一種基于物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)易遙控技術(shù)探究

李天旭 何以精 張福君 盧勁駱 周文龍

(北華大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，吉林 吉林132021)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是二十世紀(jì)末提出的一項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越深入到農(nóng)業(yè)、工業(yè)及民用領(lǐng)域，多個(gè)國(guó)家乃至全球?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)人才的需求也越來(lái)越大。面對(duì)這一形勢(shì)，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的從業(yè)人員也需要在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行控制技術(shù)的研發(fā)與使用。本文基于blinker 互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)與WiFiduino 硬件，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的簡(jiǎn)易遠(yuǎn)程設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于WiFi 或4G 熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)下的機(jī)器人遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)控制，整個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，控制響應(yīng)速度較快，對(duì)于開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單物聯(lián)網(wǎng)下遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目具有參考意義，對(duì)于自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生面向社會(huì)需求學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識(shí)具有積極意義。

1 blinker 物聯(lián)網(wǎng)方案

blinker 是由專(zhuān)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供商點(diǎn)燈科技提供的一種物聯(lián)網(wǎng)接入方案，使開(kāi)發(fā)者可以方便地開(kāi)發(fā)自己的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或系統(tǒng)[1]。

blinker 的方案中支持WiFi、藍(lán)牙、MQTT 等通信接入方式[2]，并且發(fā)布有自己的應(yīng)用APP，支持android 系統(tǒng)和蘋(píng)果的ios 系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用程序的界面布局器，開(kāi)發(fā)者可以很容易地開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序界面。

blinker 物聯(lián)網(wǎng)方案包含設(shè)備端、服務(wù)器端、客戶(hù)端三部分。設(shè)備端可以是設(shè)備或者網(wǎng)關(guān)，是具體事件（如運(yùn)動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集等）的執(zhí)行者；客戶(hù)端一般為應(yīng)用程序，可以為移動(dòng)端APP 或者電腦端應(yīng)用程序；服務(wù)器端負(fù)責(zé)設(shè)備、用戶(hù)和數(shù)據(jù)的管理，具體的通信流程中，blinker 服務(wù)器端不負(fù)責(zé)設(shè)備的遠(yuǎn)程通信，遠(yuǎn)程通信是通過(guò)broker（公有云代理服務(wù)器）實(shí)現(xiàn)。

2 WiFiduino 開(kāi)發(fā)析與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

blinker 設(shè)備端可以支持藍(lán)牙、WiFi 等接入方式。本文采用WiFi 接入方式和使用WiFiduino 開(kāi)發(fā)析來(lái)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)遙控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。WiFiduino 開(kāi)發(fā)析其核心控制器是ESP8266，時(shí)鐘頻率為80/160MHz，和傳統(tǒng)的Arduino 控制器相比，它添加了對(duì)WiFi的支持，方便設(shè)備接入WiFi 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[3]。

在具備了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端的硬件條件后，需要在電腦端安裝和配置物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的軟件環(huán)境。步驟如下：

a.安裝Arduino IDE，本設(shè)計(jì)使用的IDE 版本為1.8.8。

b.安裝ESP8266 的SDK 和blinker Arduino 庫(kù)。

c.下載并在安卓系統(tǒng)安裝blinker APP。

3 基于blinker 的簡(jiǎn)易遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于blinker 平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)如圖1 所示，受控測(cè)試設(shè)備使用幻爾科技生產(chǎn)的窄足6 自由度雙足行走機(jī)器人。系統(tǒng)包括物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)設(shè)備APP 端，WiFiduino 開(kāi)發(fā)析、雙足機(jī)器人驅(qū)動(dòng)析、兩個(gè)LDX-227 數(shù)字舵機(jī)和四個(gè)LDX-218數(shù)字舵機(jī)。

圖1 遙控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

4 程序調(diào)試與實(shí)驗(yàn)測(cè)試

程序調(diào)試主要包括WiFiduino 的聯(lián)網(wǎng)功能調(diào)試和與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)析通信控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)兩部分內(nèi)容。參考blinker 技術(shù)文檔，在APP 端添加Arduino 設(shè)備獲得Secret Key，然后在代碼中添加auth[]，ssid[]和pswd[]，其中，auth[]內(nèi)容是Secret Key，ssid[]內(nèi)容是WiFi 或熱點(diǎn)名稱(chēng)，pswd[]的內(nèi)容是WiFi 或熱點(diǎn)的連接密碼，添加完這三項(xiàng)內(nèi)容后，編寫(xiě)blinker 的物聯(lián)網(wǎng)通信等代碼。正常聯(lián)網(wǎng)后，APP 中的設(shè)備圖標(biāo)會(huì)由灰色變成彩色，表示聯(lián)網(wǎng)成功，在APP 端可以設(shè)置控制按鈕和設(shè)置語(yǔ)音控制命令，這一部分的程序調(diào)試比較簡(jiǎn)單[4]。

另一部分程序調(diào)試是WiFiduino 與雙足機(jī)器人驅(qū)動(dòng)析的串口通信程序調(diào)試。這一部分涉及到雙足機(jī)器人的二次開(kāi)發(fā)內(nèi)容，初始設(shè)計(jì)中，雙足機(jī)器人驅(qū)動(dòng)析是基于藍(lán)牙通信控制的，如果要進(jìn)行串口通信控制就要根據(jù)串口通信協(xié)議向驅(qū)動(dòng)析發(fā)送串行數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的不同動(dòng)作控制。按照機(jī)器人二次開(kāi)發(fā)的串口通信協(xié)議。實(shí)驗(yàn)中采用機(jī)器人動(dòng)作組運(yùn)行命令控制機(jī)器人，檢測(cè)到blinker APP 設(shè)置的命令后，WiFiduino 共需要向機(jī)器人發(fā)送長(zhǎng)度為7 個(gè)字節(jié)的命令數(shù)據(jù)，前兩個(gè)字節(jié)為幀頭，第三個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，第四個(gè)字節(jié)為指令，第五個(gè)字節(jié)表示動(dòng)作組編號(hào)，第六個(gè)和第七個(gè)字節(jié)表示動(dòng)作組運(yùn)行次數(shù)的低八位和高八位[5]。

在遠(yuǎn)程控制機(jī)器人之前要先把機(jī)器人需要執(zhí)行的動(dòng)作組程序下載到機(jī)器人驅(qū)動(dòng)析里。實(shí)驗(yàn)測(cè)試效果如圖2 所示。

圖2 機(jī)器人遙控實(shí)驗(yàn)測(cè)試錄制視頻截圖

從實(shí)驗(yàn)測(cè)試效果可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于blinker 物聯(lián)網(wǎng)方案的簡(jiǎn)易遙控系統(tǒng)工作正常，穩(wěn)定性好，可以通過(guò)在APP 端設(shè)置按鈕進(jìn)行控制或采用語(yǔ)音控制，語(yǔ)音識(shí)別度較高。

結(jié)束語(yǔ)

本文研究了一種基于blinker 物聯(lián)網(wǎng)方案的簡(jiǎn)易遙控技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備的遙控。這一遙控方案基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，降低了遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜程度，更多關(guān)注的是遠(yuǎn)端設(shè)備的具體控制技術(shù)，為遙控應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和遙控系統(tǒng)搭建提供了很大便利，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和遙控技術(shù)入門(mén)學(xué)習(xí)具有很好的借鑒意義。