基于OpenWRT的無(wú)線小車(chē)設(shè)計(jì)

摘 要：現(xiàn)階段，企業(yè)生產(chǎn)水平不斷提高，生產(chǎn)技術(shù)面臨著不斷的挑戰(zhàn)，自動(dòng)化水平的要求也在步步攀升。在這一大環(huán)境下，人工智能的發(fā)展成為了科技發(fā)展及多領(lǐng)域需求的焦點(diǎn)，無(wú)線小車(chē)作為其中的一員在自動(dòng)化水平的提升及實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中均扮演著越來(lái)越重要的角色。文章圍繞無(wú)線小車(chē)的設(shè)計(jì)為核心展開(kāi)論述，基于OpenWRT系統(tǒng)，對(duì)小車(chē)的整體設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)探討，并提出了相應(yīng)的一些方案。

關(guān)鍵詞：OpenWRT系統(tǒng)；無(wú)線小車(chē)；軟件；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.118

近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，人工智能逐步滲透生活中的方方面面，在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用，無(wú)線小車(chē)即是其中之一。本文中以無(wú)線小車(chē)為設(shè)計(jì)對(duì)象，采用OpenWRT操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其基本功能是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)小車(chē)上的圖像采集系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)畫(huà)面的傳送，從理論角度說(shuō)，其功能性還可以根據(jù)不同的需求加以擴(kuò)展。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)中的智能小車(chē)屬輪式移動(dòng)機(jī)器人，其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制便捷，在室內(nèi)地面或較為平坦的環(huán)境下可進(jìn)行較好地工作。在對(duì)智能小車(chē)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需就小車(chē)的三個(gè)設(shè)計(jì)方向加以考量，即傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模式操作設(shè)計(jì)與基于OpenWRT的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，旨在實(shí)現(xiàn)小車(chē)的遠(yuǎn)程控制，包括障礙物檢測(cè)、速度檢測(cè)等目標(biāo)；模式操作設(shè)計(jì)較為整體，關(guān)系到小車(chē)運(yùn)行的方方面面；而無(wú)線通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則是基于OpenWRT系統(tǒng)下，搭建無(wú)線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的遠(yuǎn)程通訊。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

如上圖所示，硬件系統(tǒng)模塊主要包括直流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊、圖像采集模塊、超聲波測(cè)距模塊、無(wú)線通信模塊、紅外感應(yīng)模塊等。具體來(lái)說(shuō)，小車(chē)硬件系統(tǒng)的主要構(gòu)建有單片機(jī)、ARM處理器、外圍電路、電源等。本設(shè)計(jì)中，小車(chē)采用兩層架構(gòu)，其中，上層核心為ARM處理器，其主板采用MINI2440作為其主板，主要功能是采集圖像，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將圖像將圖像傳送至遠(yuǎn)端機(jī)器；下層核心為單片機(jī)，本設(shè)計(jì)中采用51單片機(jī)，與外圍電路共同組成單片機(jī)控制系統(tǒng)，主要作用于兩方面，分別是小車(chē)移動(dòng)的控制和傳感器數(shù)據(jù)的處理。

直流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路如上圖所示，在直流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊中，小車(chē)的核心構(gòu)件為L(zhǎng)298N芯片，就其自身而言，優(yōu)勢(shì)在于帶載能力強(qiáng)；而外圍電路的重要構(gòu)件為二極管，將由二極管構(gòu)成的電橋電路與電機(jī)并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制與其預(yù)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。

本設(shè)計(jì)中，小車(chē)的控制方案為H橋控制方案，對(duì)小車(chē)左右輪驅(qū)動(dòng)的控制依賴(lài)于電機(jī)4路PWM的輸出，2路PWM輸出即可對(duì)一個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，兩電機(jī)之間以并聯(lián)方式相聯(lián)。信號(hào)ENABLE的高低將直接影響輸出的變化，只有直流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)芯片使得ENABLE信號(hào)為高，才能使得輸出隨輸入變化，否則將處于高阻態(tài)。因此，在進(jìn)行焊接過(guò)程中，應(yīng)將電源引腳與ENABLE引腳VS均接電源VCC。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中選用OpenWRT操作系統(tǒng)，屬嵌入式Linux系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于OpenWRT支持各種處理器架構(gòu)，無(wú)論是對(duì)ARM，X86，PowerPC或者M(jìn)IPS都有很好的支持。其多達(dá)3000多種軟件包，囊括從工具鏈（toolchain），到內(nèi)核（linux kernel），到軟件包（packages），再到根文件系統(tǒng)（rootfs）整個(gè)體系，使得用戶(hù)只需簡(jiǎn)單的一個(gè)make命令即可方便快速地定制一個(gè)具有特定功能的嵌入式系統(tǒng)來(lái)制作固件。

本設(shè)計(jì)中小車(chē)的操作程序編寫(xiě)在Kubuntu CodeBlock IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行，并將編譯出的代碼再經(jīng)ARM eabi較差編譯工具再編譯，再由中斷經(jīng)由串行口向移動(dòng)終端燒入交叉編譯后的系統(tǒng)及程序。在通信方面，主機(jī)端利用vsftp軟件進(jìn)行FTP服務(wù)器假設(shè)，并以無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)建立。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，可根據(jù)MINI2440開(kāi)發(fā)板現(xiàn)有的例程結(jié)合小車(chē)功能硬件及功能需要進(jìn)行改寫(xiě)，編譯后輸入內(nèi)核。在攝像控制方面，其軟件mjpg-streamer由OpenWRT提供，為軟件包形式，用法比較簡(jiǎn)單，參數(shù)直接寫(xiě)在命令行中，通過(guò)8080端口輸出為MJPEG格式圖像。本設(shè)計(jì)中通過(guò)Putty進(jìn)行指令操作，其代碼如下：

mjpg_streamer -i "input_uvc.so -d /dev/video0" -o "output_http.so -p 8080 -w /www/camwww"。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展需要，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，人工智能逐漸嶄露頭角，并在多個(gè)領(lǐng)域中扮演著越來(lái)越重要的角色。文章以無(wú)線小車(chē)的設(shè)計(jì)為核心展開(kāi)探討，著重對(duì)其總體設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)闡述，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]滕泓虬.基于OpenWrt的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012，12（01）：50-52.

[2]喻濤.基于無(wú)線控制模式的智能小車(chē)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2015.

作者簡(jiǎn)介：徐廣允（1984-），男，云南宣威人，本科，工學(xué)學(xué)士，講師，研究方向：自動(dòng)化。