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(tái)的WIFI智能遙控小車設(shè)計(jì)

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(tái)的WIFI智能遙控小車設(shè)計(jì)與制作，小車由車體、驅(qū)動(dòng)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(hào)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP對(duì)小車前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)的控制以及對(duì)周圍環(huán)境的視頻采集。

Arduino平臺(tái)；WIFI；單片機(jī)；視頻采集

0　引言

Arduino是源自意大利的一個(gè)開放源代碼的硬件項(xiàng)目平臺(tái)，該平臺(tái)包括一塊具備簡(jiǎn)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(hào)，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(shí)與PC上的軟件進(jìn)行通信。WIFI信號(hào)傳輸具有傳輸精準(zhǔn)、快速、覆蓋范圍大、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。采用基于Arduino平臺(tái)的WIFI智能遙控小車的設(shè)計(jì)變得容易許多。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1總體設(shè)計(jì)思路

智能小車主要由車體、驅(qū)動(dòng)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(gè)主動(dòng)輪、兩個(gè)從動(dòng)輪以及八個(gè)輔助輪組成。驅(qū)動(dòng)模塊由兩個(gè)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(dòng)力強(qiáng)（不易堵轉(zhuǎn)）三大特點(diǎn)，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(hào)單片機(jī)構(gòu)成，控制整車運(yùn)動(dòng)、舵機(jī)運(yùn)動(dòng)以及為無線迷你路由器供電。本設(shè)計(jì)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(hào)反饋到控制模塊。舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)HD高清攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(hào)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP對(duì)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(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車以及舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(hào)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(shí)現(xiàn)模塊化，接口較為簡(jiǎn)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(shí)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(shí)保證24V電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓和3.6V單片機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器

圖4　L293D驅(qū)動(dòng)器引腳圖

2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)種類很多，出于使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、高效的考慮，采用24V直流電機(jī)。它具有扭矩大、動(dòng)力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)，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(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片控制，本車采用小型直流電機(jī)專屬驅(qū)動(dòng)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(dòng)負(fù)載。其輸入端與單片機(jī)直接相連，控制較為便捷。其實(shí)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(dòng)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(dòng)控制攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到視頻采集的目的。HD高清攝像頭采用市場(chǎng)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(dòng)，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(dòng)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(tái)的WIFI智能遙控小車設(shè)計(jì)。具有制作成本低、經(jīng)濟(jì)適用的特點(diǎn)。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(hào)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(duì)正前方的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，存在檢測(cè)盲區(qū)。這些問題的突破需要進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)所解決。

[1]程晨.Arduino開發(fā)實(shí)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(dòng)機(jī)器人[J].無線電,2012(12).

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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)。