姚麗娜

摘要：提出了一種基于STM32嵌入式微處理器的WIFI智能小車設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)以u(píng)COS-II為操作系統(tǒng)，利用PC端的WIFI串口通信向小車發(fā)送指令，STM32主控制器根據(jù)接收到的指令對(duì)小車進(jìn)行操作，從而達(dá)到PC端通過無線網(wǎng)絡(luò)來控制小車狀態(tài)并且能夠顯示小車傳輸圖像的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了紅外避障及溫度采集顯示功能。測(cè)試表明該系統(tǒng)成本低，設(shè)計(jì)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制，為未來的智能家居及無人探測(cè)提供了研究方向。

關(guān)鍵詞： STM32微處理器;WIFI小車;嵌入式;串口通信;無線控制

Abstract： The WIFI smart car design scheme based on STM32 embedded microprocessor is proposed. The design uses uCOS-II as the operating system， and uses the WIFI serial communication on the PC to send instructions to the car. The STM32 main controller operates the car according to the received instructions， so that the PC terminal controls the state of the car through the wireless network and can display the car transmission image. At the same time the infrared obstacle avoidance and temperature collection and display functions is realized. Tests show that the system has low cost， reasonable design， and can realize remote wireless control， providing a research direction for future smart home and unmanned detection.

Key words： STM32 microprocessor; WIFI car; embedded; serial communication; wireless control

1 引言

近幾年，人們的生活正在逐漸向智能化轉(zhuǎn)變，嵌入式技術(shù)及一些新技術(shù)的快速發(fā)展，使人們生活和工作變得越來越智能化[1]。

智能小車可以在所處的環(huán)境中通過傳感器自行進(jìn)行判斷和分析，在無人操作的情況下自主完成任務(wù)[2]。本文設(shè)計(jì)的智能小車通過WIFI實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制，同時(shí)具有避障及溫度采集功能，實(shí)現(xiàn)了小車的智能化，可以作為研究智能汽車或者其他移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)模型，具有較大的研究空間[3]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)功能定義

本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)無線控制，避障，循跡等功能，由硬件，軟件，無線傳輸三大部分組成，現(xiàn)對(duì)以上三部分功能進(jìn)行具體的敘述[4]。

1）硬件部分：輸出PWM控制電機(jī);檢測(cè)障礙物，檢測(cè)距離為10cm;串口通信，需要通過串口對(duì)智能小車進(jìn)行調(diào)試，串口波特率設(shè)置為115200;對(duì)接收到的命令進(jìn)行處理和判斷;通過溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度;連接WIFI模塊及控制WIFI模塊;通過uCOS-II實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行。

2）軟件部分：操作界面功能;通過SOCKET編程實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，可以連接到WIFI模塊;接收STM32開發(fā)板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和發(fā)送指令數(shù)據(jù);利用攝像頭進(jìn)行拍照，在小車行駛過程中接收小車傳輸?shù)膱D片信息并顯示;實(shí)現(xiàn)小車的模式切換，模式1為無線控制行駛模式，模式2為自動(dòng)行駛模式。

3） WIFI通信功能：與PC端進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)連接;實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換功能。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STM32F103開發(fā)板，與51單片機(jī)相比，STM32可以搭載小型系統(tǒng)且速度更快，設(shè)計(jì)方案如圖1所示。STM32開發(fā)板作為本設(shè)計(jì)的控制中心，使用PWM輸出波形驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過內(nèi)部定時(shí)器達(dá)到控制方向的效果，同時(shí)將接收到的數(shù)據(jù)及命令經(jīng)過處理器判斷和計(jì)算從IO口輸出。本設(shè)計(jì)利用溫度傳感器采集溫度信息通過串口傳輸?shù)絎IFI模塊，在PC端顯示;利用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)探測(cè)障礙和循跡功能。WIFI模塊是PC端和開發(fā)板進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的媒介，PC端的操作指令由WIFI模塊進(jìn)行發(fā)送，開發(fā)板和PC端之間設(shè)置了相應(yīng)的數(shù)據(jù)協(xié)議，由此判斷接收到的是哪種類型的命令，小車根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 WIFI通信電路設(shè)計(jì)

WIFI通信模塊作為STM32和PC端通信的中介，兩端都通過WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，該模塊選用ESP8266芯片[5]，其特點(diǎn)就是如果斷開連接，再次連接，模塊會(huì)連接到最近一次連接過的熱點(diǎn)[6]。

ESP8266支持三種模式，分別為STA模式，AP模式，STA+AP模式。本設(shè)計(jì)使用AP模式，使其他網(wǎng)絡(luò)能夠連接到ESP8266。本設(shè)計(jì)使用ESP8266的AP模式，使其他網(wǎng)絡(luò)能夠連接到ESP8266，與STM32的引腳連接如表1所示。

3.2 攝像頭電路設(shè)計(jì)

攝像頭模塊選用OV7670，攝像頭模塊采集的光信號(hào)通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換變?yōu)镽GB信號(hào)，屏幕顯示的為色位信息[7-8]。攝像頭模塊電路如圖2所示，攝像頭模塊數(shù)據(jù)需要7個(gè)引腳進(jìn)行傳輸，傳輸協(xié)議為SCCB[9]。

3.3 定時(shí)器

STM32中的通用定時(shí)器是由16位的自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成，通用定時(shí)器包括TIM2、TIM3、TIM4和TIM5。定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)基本定時(shí)、輸出4路PWM、輸入捕獲等功能。本設(shè)計(jì)采用STM32F103開發(fā)板，該開發(fā)板中除了定時(shí)器6和定時(shí)器7都可以產(chǎn)生PWM輸出，本設(shè)計(jì)使用的定時(shí)器為TIM3。