基于wif i和組態技術的舵機遠程控制系統設計與實現

作者/顧敏鑫、陶杰，蘇州農業職業技術學院

基于wif i和組態技術的舵機遠程控制系統設計與實現

作者/顧敏鑫、陶杰，蘇州農業職業技術學院

本文利用wifi技術設計一ASMC-03大扭矩舵機遠程操控系統，采用 LAPIS的ML610Q496作為MCU制作遠程驅動終端，使用USR C210WiFi模塊實現wifi通信、TLC5618 DAC控制舵機，并定義了上層通信協議，編寫程序，利用組態王設計操作界面，并和數據庫聯接，實現遠程操控舵機和舵機角度查詢。

組態技術；wif i；ML610Q496；遠程驅動

ASMC–03大扭矩舵機模塊，可用于機器人、機械臂、閥門控制，攝像機云臺控制等方面，本項目將其用于遠程攝像機底座控制，實現遠程調節攝像機視角功能。可采用模擬/脈沖兩種方式控制。本項目采用模擬電壓模式控制，輸入電壓為0–5V，0.22V對應0゜，4.78V對應300゜。

1.系統設計

整個項目設計方案如圖1所示,由監控終端、驅動終端、AP、數據庫服務器等組成系統。監控終端通過互聯網連接AP，AP與驅動終端之間通過無線網通信，監控終端可遠程發指令給驅動終端操控電機，并可通過指令查詢舵機的位置數據，存儲在數據庫服務器，監控終端可查詢實時數據和歷史記錄。

圖1 系統示意圖

2.驅動終端硬件設計

驅動終端電路主要包括MCU、wif i模塊、ADC模塊，以及輔助的接口連接電路。MCU與wif i模塊通過串口通信，接入wif i。MCU通過I2C與DAC模塊通信，通過DAC輸出電壓，控制舵機驅動模塊，硬件組成如圖2所示。

圖2 硬件組成示意圖

驅動終端的MCU采用 LAPIS的ML610Q496,采用5V電壓供電，可提供的接口有UART(5通道)、SPI(1通道)、I2C(1通道)。限于篇幅，其最小系統的電路圖可參考相關手冊資料[2]

Wif i模塊采用USR–C210，提供串口與wif i的轉換功能，其與MCU之間通過串口連接[3]。因該模塊采用3.3V電壓供電所有與MCU的串口之間需要加接電壓轉換電路，其與MCU的電路圖如圖3所示，包括WRXD、WTXD；以及復位端WREST，用于模塊復位， 低電平有效，拉低至少100ms。

圖3 wifi模塊電路圖

本項目采用 DAC模塊，可實現雙路12位的DAC，采用5V電壓供電。MCU與TLC5618DAC模塊采用I2C總線通信，實現DAC模擬量輸出控制。

3.驅動終端軟件設計

就整個系統而言，經過互聯網、AP、wif i模塊和串口的傳送，在MCU和遠程上位機之間進行數據透傳，為了統一上層數據的含義，制定了上層通信協議，定義的格式如下：

表頭(1B)地址碼(4B)分割碼(1B)命令碼(1B)數據長度(1B)傳送數據(≤256B)和校驗(1B)表尾(1B)68 A0 A1 A2 A3 68 CMD LEN D0～Dn CS 16

其中，LEN 為需要傳送的數據長度，占用1B，如果不需要傳送數據，LEN=0；D0～Dn 為傳送的數據，低位在前、高位在后，不超過256字節。 上層通信協議支持1條查詢指令、1條控制指令。查詢指令的命令碼CMD為0x01，用來獲取相應的舵機數據。數據長度為 0x00；對應的返回數據幀命令碼CMD為0x01，數據長度為1，數據為HEX，表示當前舵機的角度，范圍在0～180°。

控制指令的命令碼CMD為0x02，用來控制相應的舵機轉動。數據長度為 0x10；數據內容為 C0 C1兩個字節，其中C0 為控制使能：0不控、1使能控制；C1為HEX，表示0～180°的控制角度；對應的返回數據幀命令碼CMD為0x02，數據長度為1，數據為HEX，表示當前舵機的角度，范圍在 0～180°。

具體組幀時，采用數組g_Wif i Buf [ ]實現，圖4所示為返回數據幀組幀的流程圖，用于查詢和設置后的返回數據，g_add[4]為節點地址，g_servoAngle[6]為當前舵機角度；GetChecksum（g_Wif i Buf [0]，pos）為和校驗函數，從數組g_Wif i Buf [0]起始，共有pos個字節相加產生和校驗碼。

另外，本項目沒有采用wif i模塊提供的自帶心跳包功能，在應用層利用上層通信協議自定義了心跳幀，每隔2s發送，定義其命令碼CMD為0xFE，上傳數據內容是當前心跳包計數值。

整個終端模塊的主流程分為四個階段，包括開機處理、初始化、主循環任務、各子任務分解。系統流程圖如圖5所示，開始階段單片機開機初始化，主要進行上電自檢、芯片startup等工作。而后進行硬件初始化，包括各引腳的配置、RAM、Flash、串口通信等方面的參數設置，主流程中采用查詢方式，根據串口中斷的處理情況，進行上位機查詢和控制命令處理；根據2s定時中斷標記，發送心跳包和處理響應情況。

4.上位機軟件及組態王操作界面設計

操作界面采用組態軟件Kingview7.0，設計操作和監控界面。數據庫采用mySQL5.5，當操作界面有動作，命令舵機轉動或查詢舵機角度，則將給定角度和查詢時間刷新，寫入mySQL數據庫中對應的實時數據表，并通過觸發器在操作記錄表中插入一條操作記錄。上位機軟件采用c#編程，每隔1s從操作記錄表中讀取最新操作記錄，判斷是否有新的操作，并根據上層通信協議組幀，下發給驅動終端，并接受驅動終端的返回數據，寫入數據庫內；同時每隔2s，接收上傳的心跳幀進行處理。

圖4 上層幀組幀流程圖

操作界面涉及的各個參數，主要包括各個舵機的位置設定值、實時角度，以及操作按鈕、查詢按鈕對應的開關量，在上位機系統的ODBC數據源管理器中添加mySQL數據庫驅動程序后，通過組態軟件工程瀏覽器中提供的SQL訪問管理器工具，創建記錄體，將變量與數據庫表中對應的字段聯接，并在組態畫面的命令語言中利用組態軟件提供的SQLConnect、SQLUpdate等數據庫訪問函數編程，即可實現組態界面訪問數據庫的功能[4]。

圖5 系統流程圖

5.系統調試

根據手冊，在局域網內檢測調試，在USR–C210web設置頁面中，先設置wif i參數，設置wif i組網方式為STA，設置AP的網絡名稱和密碼，IP地址為192.168.1.101；在透傳參數設置中，先根據驅動終端規定的串口協議設置串口參數，而后將工作模式為透傳，SocketB協議設為TCP–Client，根據上位機的網絡編程設定端口為5555，選取服務器所在地址192.168.1.200，將上位機作為服務器，設置IP地址，查看數據庫和操作界面，通過測試，系統能夠實現預期的控制效果，滿足監控需要。

＊ [1] 陶杰,聶瓊,過琦芳.基于zigbee與PLC的圈舍環境監控系統設計與實現[J].江蘇農業科學 2015(43)：458-462.

＊ [2] 高新,張俊哲,耿春麗.基于ML610Q496掉電事件采集器的設計.電測與儀表2016(53):50-53

＊ [3] 楊玲,朱江,程勇,劉秋玥.基于安卓的無線體征信息監測系統設計與實現.電子測量技術2015(38):121-124

＊ [4] 孫明革,朱喜林.基于組態王軟件下的SQL數據庫技術.控制系統2006(22):109-111

蘇州農業職業技術學院優秀畢業論文資助項目（LWXT201710）