基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設(shè)計

南京理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心 李彬彬 王建花 羅 津 陳國星 周 成

基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設(shè)計

南京理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心 李彬彬 王建花 羅 津 陳國星 周 成

介紹了一款基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設(shè)計與制作，小車由車體、驅(qū)動模塊、單片機(jī)控制模塊、迷你路由器、舵機(jī)以及HD高清攝像頭等構(gòu)成。利用手機(jī)APP終端作為控制端，連接由小車上無線路由器發(fā)射的WIFI信號，實現(xiàn)手機(jī)APP對小車前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、攝像頭轉(zhuǎn)動的控制以及對周圍環(huán)境的視頻采集。

Arduino平臺；WIFI；單片機(jī)；視頻采集

0　引言

Arduino是源自意大利的一個開放源代碼的硬件項目平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套程序開發(fā)環(huán)境軟件。Arduino可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號，并且可以控制電燈、電機(jī)和其他各式各樣的物理設(shè)備；Arduino也可以開發(fā)出與PC相連的周邊裝置，能在運(yùn)行時與PC上的軟件進(jìn)行通信。WIFI信號傳輸具有傳輸精準(zhǔn)、快速、覆蓋范圍大、操作簡單等優(yōu)點。采用基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車的設(shè)計變得容易許多。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1總體設(shè)計思路

智能小車主要由車體、驅(qū)動模塊、單片機(jī)控制模塊、迷你路由器、舵機(jī)以及HD高清攝像頭構(gòu)成。車體由三塊自制不銹鋼板、兩個主動輪、兩個從動輪以及八個輔助輪組成。驅(qū)動模塊由兩個24V、400r/min、1/10減速比金屬電機(jī)構(gòu)成，該電機(jī)具有起步快（扭力大）、速度快（轉(zhuǎn)速高）、動力強(qiáng)（不易堵轉(zhuǎn)）三大特點，能輕松翻越各種障礙。單片機(jī)控制模塊由Arduino（ATmega328P）主板，STM32系列STM32F103型號單片機(jī)構(gòu)成，控制整車運(yùn)動、舵機(jī)運(yùn)動以及為無線迷你路由器供電。本設(shè)計采用TP-LINK 150M迷你型無線路由器，用于接收手機(jī)APP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將攝像頭采集的視頻信號反饋到控制模塊。舵機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動HD高清攝像頭的轉(zhuǎn)動，用于采集周圍環(huán)境信息。

1.2整機(jī)工作原理

利用手機(jī)APP終端作為控制端，連接由小車上無線路由器發(fā)射的WIFI信號，實現(xiàn)手機(jī)APP對小車的控制。APP端將控制指令通過WIFI下達(dá)至小車的單片機(jī)上，單片機(jī)將指令翻譯、解碼，并傳送給小車上的驅(qū)動模塊，從而實現(xiàn)對小車以及舵機(jī)的運(yùn)動控制。

圖1　STM32F103單片機(jī)引腳圖

2　主要模塊及其工作原理

2.1單片機(jī)系統(tǒng)

小車采用STM系列STM32F103型號單片機(jī)，屬于中低端的32位 ARM微控制器，其內(nèi)核是Cortex-M3。其引腳圖如圖1所示。相比較傳統(tǒng)的51單片機(jī)，STM32單片機(jī)程序已實現(xiàn)模塊化，接口較為簡單，自帶功能較多，工作速度更快。

2.2電源電路

電源電路要同時為STM32F103單片機(jī)和直流電機(jī)供電。采用六節(jié)3.7V鋰電池供電，但在單片機(jī)與電源之間安裝降壓電源芯片MP2303，可同時保證24V電機(jī)驅(qū)動電壓和3.6V單片機(jī)驅(qū)動電壓。MP2303使用電路圖如圖2所示。

圖2　MP2303使用電路圖

圖3　L293D驅(qū)動器

圖4　L293D驅(qū)動器引腳圖

2.3電機(jī)驅(qū)動模塊

電機(jī)種類很多，出于使設(shè)計更加簡單、高效的考慮，采用24V直流電機(jī)。它具有扭矩大、動力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速高的特點，并且該直流電機(jī)減速效率高達(dá)96%，具有很寬的高效率區(qū)。更為重要的是它結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，采用密封裝置，保護(hù)性能好，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。直流電機(jī)的驅(qū)動需要由電機(jī)驅(qū)動芯片控制，本車采用小型直流電機(jī)專屬驅(qū)動器L293D，其輸出電流為1000毫安，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅(qū)動負(fù)載。其輸入端與單片機(jī)直接相連，控制較為便捷。其實物圖如圖3所示，引腳圖如圖4所示。

圖5　組裝完成后的小車

圖6　小車采集視頻的畫面

2.4舵機(jī)驅(qū)動模塊

舵機(jī)和HD高清攝像頭固定在一起，通過舵機(jī)的轉(zhuǎn)動控制攝像頭的轉(zhuǎn)動，達(dá)到視頻采集的目的。HD高清攝像頭采用市場上常見的BNT相影HD720P攝像頭，該攝像頭的一大特色是即插即用免驅(qū)動，非常便捷，并且其通用性強(qiáng)，損壞后便于更換。組裝完成后的小車如圖5所示，圖6為小車執(zhí)行手機(jī)APP下達(dá)的運(yùn)動指令后采集的視頻資料。

3　結(jié)束語

本文所提出是基于Arduino平臺的WIFI智能遙控小車設(shè)計。具有制作成本低、經(jīng)濟(jì)適用的特點。在智能工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域能有一定的作用。但由于小車采用的是迷你路由器發(fā)射的WIFI信號進(jìn)行控制，故仍存在控制范圍的限制，并且由于攝像頭安裝在小車正前方，故只能對正前方的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，存在檢測盲區(qū)。這些問題的突破需要進(jìn)一步的研究設(shè)計所解決。

[1]程晨.Arduino開發(fā)實戰(zhàn)指南AVR篇[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2012(3).

[2]朱廣俊,尚春明,郭強(qiáng),劉定楊.通過Android手機(jī)控制Arduino互動機(jī)器人[J].無線電,2012(12).

[3]魏亮.路由器原理與應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2005.

[4]蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2011.

李彬彬（1993—），新疆喀什人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于南京理工大學(xué)。