基于arduino平臺的智能遙控小車設(shè)計

南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 曾 建 榮聯(lián)城 姜水明 余蘇明

Arduino是一個能夠用來感應(yīng)和控制現(xiàn)實(shí)物理世界的一套工具，是一個基于單片機(jī)并且開放源碼的硬件平臺和Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。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，并且可以控制各式各樣的電燈、電機(jī)和其他物理設(shè)備。arduino的應(yīng)用很廣泛，智能遙控小車就是其中一個很有代表性的應(yīng)用。并且智能小車作為現(xiàn)代的新發(fā)明，可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。

1.系統(tǒng)設(shè)計

1.1 框架設(shè)計

該智能遙控小車基于Arduino平臺。但和通常的Arduino小車不同，Arduino系統(tǒng)在這里只是為了能讓小車動起來。真正遙控小車，并透過小車來觀察這個世界的，是安裝在小車上的攝像頭和作為遙控器的手機(jī)，框架設(shè)計如圖1所示。

圖1 智能遙控框架設(shè)計

1.2 接收裝置

接收裝置由小車、Arduino主板、云臺、WiFi模塊和攝像頭組成，是一個被控制的對象，具體內(nèi)容：(1)動力部分采用了4個電機(jī)來驅(qū)動輪子；(2)照明部分采用LED燈來實(shí)現(xiàn)小車的照明問題，使其更加美觀炫目；(3)云臺部分使用2自由度云臺，2自由度的意思就是可以同時上下和左右轉(zhuǎn)動，用以支撐小車；(4)底盤部分的設(shè)計采用設(shè)計好電路及設(shè)計圖，完成各模塊的放置及安裝問題；(5)手機(jī)通過WiFi來接收數(shù)據(jù)并控制小車。

1.3 控制裝置

主要實(shí)現(xiàn)對小車的控制，完成相應(yīng)的動作，具體由手機(jī)B實(shí)現(xiàn)。WIFI板上運(yùn)行著一款程序，叫做mjpg-streamer，這個程序可以把USB攝像頭的視頻進(jìn)行編碼，然后通過WIFI返回給上位機(jī)，這樣，我們就可以看到來自機(jī)器人的視頻了。

同時路由一般都預(yù)留有TTL串口，TTL串口是用來調(diào)試或者刷機(jī)用的，通過TTL串口引出來，然后通過安裝在路由里面的Ser2net軟件，就能把來自WIFI信道的指令轉(zhuǎn)到串口輸出，而串口在這里的作用就是與單片機(jī)芯片MCU通信，讓單片機(jī)知道用戶要讓他做什么動作。WiFi模塊如圖2所示。

圖2 WiFi模塊

2.小車的組裝

2.1 硬件方面

硬件使用Arduino的Motor Shield來驅(qū)動小車的馬達(dá)和攝像頭的云臺舵機(jī)。同時完成：(1)工具的準(zhǔn)備，斜口鉗、尖嘴鉗、3毫米套筒、2毫米一字螺絲刀、3毫米十字螺絲刀、5毫米十字螺絲刀、萬用表電烙鐵、焊錫、膠帶、鑷子、壁紙刀等；(2)配件的認(rèn)識，pcDuino作為智能控制板和控制核心，主要實(shí)現(xiàn)視頻傳輸以及控制小車上所有的模塊和機(jī)械部分，發(fā)揮小車大腦的作用。

云臺攝像頭是由2個舵機(jī)組成，進(jìn)行上下180度和左右180度旋轉(zhuǎn)控制，USB攝像頭線直接插在pcDuino上。

小車底盤(固定小車配件)，電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動板motor shield，電機(jī)固定支架，萬象輪(支撐小車后面的底盤)，T-board(連接pcDuino和motor shield)，WIFI Dongle和車輪等部件。

2.2 軟件方面

采用Ubuntu操作系統(tǒng)，所有Arduino擴(kuò)展引腳可以通過API訪問，包括UART、ADC、PWM、GPIO、SPI、I2C；編程語言能支持C，C++ with GNU tool chain，Python，Java等各種流行編程語言。

使用pcDuino的Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了WiFi路由器，視頻服務(wù)器和TCP/IP通訊。把pcDuino作為一個WiFi路由器，視頻服務(wù)器，可以傳輸實(shí)時視頻并接受客戶端的控制命令，實(shí)現(xiàn)從客戶端控制小車的移動和攝像頭的旋轉(zhuǎn)。具體步驟為：(1)完成安裝并配置好pcDuino的iptables，下載然后編譯hostapd，安裝并配置dhcp服務(wù)器，設(shè)置NAT等步驟；(2)安裝視頻流傳輸服務(wù)器。用開源軟件包mjpgstreamer來實(shí)現(xiàn)視頻流傳輸服務(wù)器，客戶端可以是瀏覽器或者是專門的APP；(3)安裝小車控制程序；(4)用手機(jī)端控制智能小車。安卓應(yīng)用軟件通過Wi-Fi與機(jī)器車實(shí)現(xiàn)通信，可控制機(jī)器車的前后左右移動、車上舵機(jī)的水平方向和垂直方向的轉(zhuǎn)動以及車上照明燈的開關(guān)，同時，安卓應(yīng)用還可以接受機(jī)器車上的攝像頭拍攝視屏并實(shí)現(xiàn)同步實(shí)時播放。

2.3 控制的細(xì)節(jié)

在機(jī)器車操控方式上，安卓客戶端控制機(jī)器車的運(yùn)動的方式有兩種。一是通過按鍵的方式，另外一種是通過安卓手機(jī)上的重力感應(yīng)傳感器的方式，具體方式可通過勾選框進(jìn)行選擇。

同樣在舵機(jī)的控制方式上，安卓操控方式也有兩種。一種是通過按鍵的方式，另外一種是通過進(jìn)度條的方式，具體的選擇方式可以通過勾選框進(jìn)行選擇。

通過對硬件和軟件的設(shè)計，組裝和實(shí)驗(yàn)的小車如圖3所示。

圖3 組裝完成后的小車

3.結(jié)束語

本文提出了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能小車系統(tǒng)設(shè)計方法，完成了智能小車硬件設(shè)計及軟件開發(fā)，在工業(yè)智能機(jī)器人領(lǐng)域具有一定的實(shí)用價值。此設(shè)計通過智能小車監(jiān)測周圍環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計簡單、成本低、實(shí)時性好，取得預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是該智能小車還存在只能對正前方一定角度內(nèi)進(jìn)行探測，存在盲區(qū)，這些都有待進(jìn)一步發(fā)展和提高。

[1]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)器人下[J].無線電,2013(1).

[2]張劍銳.動手簡單,廉價實(shí)用——利用Arduino電子積木搭建APRS簡易個人氣象站[J].現(xiàn)代通信,2012(6).

[3]紀(jì)欣然.基于Arduino開發(fā)環(huán)境的智能尋光小車設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(15).

[4]鄭昊,鐘志峰,郭昊,許駿.基于Arduino/Android的藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012(5).