基于互聯網實時監控及控制小車

李海+李媛瓊+張恩溪

摘 要：設計了一種采用WiFi模塊對設備進行控制和當前狀況的視頻進行發送，運用連接網絡的中轉站——路由器來傳送數據，并將數據發送到監控中心。智能小車將其與單片機、超聲波測距避障、攝像采集等技術相結合，提高了效率與管理水平。遠程控制的設備通過完成較為復雜的內容，對現場信號，包括遠程監控溫度和光敏度會更加簡便、準確、實時和可靠，并且在通訊距離方面有很大的提升。

關鍵詞：履帶小車；WiFi；路由器；STM32單片機；OV2640攝像

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.123

科技生活的不斷發展、人們需求的智能化，無線技術、機器人的研研發和應用更多的出現在我們的生活里。人類根據自身的需求出發，設計研發了種類、功能繁多的機器人，小型機器人具有形狀體積小、移動轉動靈活等優點。數據的采集及發送是通過Internet作為載體，兩者相結合可以便利、靈活地運用到各類場合。

本文所設計出來的基于互聯網實時監控及控制履帶小車系統正是利用MT8266WiFi模塊、路由器實現由網絡來傳送并且獲取和反饋控制命令的，實時監控履帶小車周圍環境，不但提高了效率與管理水平。而且在危險的條件下用智能小車去勘察檢測，可以很好的保證人類自身的安全，對于采集到的視頻能夠實時的保存下來，為以后的分析使用做準備。

1 總體設計

履帶小車主要是運用攝像頭采集視頻信號，再由網絡對采集到的視頻信號進行傳送，并進行遠程控制臺的控制。履帶小車的設計由三大模塊進行的，分別是主控系統、采集系統、信號傳送系統。履帶小車以STM32系列單片機作為控制核心，由電動機驅動模塊來使小車運行，攝像頭采集視頻信號、無線網絡傳送信號。[1]基于互聯網實時監控及控制履帶小車的設計框圖如圖1所示，包括主控模塊、WiFi模塊、電機模塊、視頻采集模塊、液晶顯示模塊、自動循跡模塊、電源驅動模塊、超聲波測距避障模塊、溫濕度采集模塊、聲光報警模塊。

2 履帶小車硬件電路

2.1 履帶小車主控模塊

履帶小車采用STM32系列的單片機（型號為STM32F407ZGT6）為核心，以Cortex?-M4F 作為內核，112KB的SRAM為存儲器，擁有3 種低功耗模式，2種調試模式（串行調試（SWD）和（JTAG接口） ，多達 140 個具有中斷功能的 I/O 端口，12個16位定時器和2個頻率高達 168 MHz 的 32 位定時器，最多達 15 個通信接口（3 個 I2C 接口 、4 個 USART/4 個 UART、3個SPI、2個具有復用全雙工I2S、2個CAN（2.0B主動）以及SDIO接口）[2]。

2.2 電機驅動模塊

目前，常用的方法是通過脈沖寬度調制（PWM）來控制小車的車速。本文利用TB6612電機驅動模塊控制小車的4個電機運行，PWM調速系統具有的優點有運行平穩、電流連續和可調范圍較寬等，適合通過占空比改變電壓。脈沖寬度調制來控制小車的車速的工作原理是通過調制器給電機提供一個脈沖電，這個脈沖電是可調的、有一定頻率的脈沖寬度，脈沖寬度越大則占空比就越大，電機的平均電壓越大，電機的轉速越快，履帶小車的運行速度就越快。

2.3 履帶小車wifi模塊

WiFi模塊對設備進行控制和當前狀況的視頻進行發送，路由器通過連接網絡實現連接轉換，然后從遠端控制臺傳送到Internet，再由路由器通過WiFi信號進行通信。

2.4 攝像頭模塊

OV2640攝像頭通過SCCB總線控制，輸出整幀、子采樣、縮放和取窗口等方式的各種分辨率8/10位影像數據。圖像處理過程包括伽瑪曲線、白平衡、對比度、色度等通過SCCB接口編程。OmmiVision 圖像傳感器應用獨有的傳感器技術，通過減少或消除光學或電子缺陷如固定圖案噪聲、拖尾、浮散等，提高圖像質量，得到清晰的穩定的彩色圖像。本設計采用1/4寸的OV2640百萬高清CMOS傳感器制作。具有高靈敏度、高靈活性、成像通透、明銳度都很好，清晰度高。

2.5 警報模塊

本文中設計了聲光報警電路，是采用了NPN型S8080三極管驅動，當BEEP端輸出低電平時，三極管的發射結正偏，集電結反偏，此時發光二極管和蜂鳴器發出聲光報警，則提示人們電壓不足并根據指示燈的位置判斷是電壓不足模塊的位置，當BEEP端輸出高電平時，三極管截止，聲光報警停止工作，則系統的模塊電壓均能正常運行。

2.6 溫濕度采集模塊

亮度采集是采用了光敏電阻串接而成的電路、溫度采集是采用了DS18B20串接而成的電路，對周圍亮度的采集是能及時對周圍環境進行感知，如遇到黑夜時，車前燈亮起，為小車照路；對周圍環境的溫度采集及時顯示告知控制臺，現小車處于的溫度是否可以進行作業。

2.7 電源模塊

電源模塊是智能小車控制系統的中樞系統。STM32單片機自帶5V轉3.3 V芯片。智能小車需要5V和3.3V電壓，從電機驅動模塊處直接引出5V電壓可以提供給路由器使用；通過單片機自帶的芯片AMS1117—3.3將5 V電壓轉換成3.3V電壓，再提供給單片機運作。

3 履帶小車軟件設計

小車的控制系統軟件設計是基于Source Insight 4.0環境編寫，基于Keil Vision5編譯，并使用C語言對小車的電機驅動模塊，超聲波模塊，通信模塊等進行程序編寫 [3] 。

（1）小車的初始化程序。履帶小車上電之后，軟件必必須對小車的硬件做最基本的初始化設置，通過初始化設置之后，才能開始系統的運作；

（2）主控模塊編程。主控模塊編程對履帶小車進行電機驅動操作并實現控制操作，如起動、停止、轉向、加速、減速等，使小車的能符合運動特性的要求；

（3）攝像信號處理程序。對拍攝場景的模擬信號轉換成單片機可識別的數字信號，同時可以通過網絡傳送解碼好的數據模塊能在控制臺上運行；

（4）傳送程序。需要利用WiFi模塊對小車的控制信號進行接收與發送。 以網絡為媒介來傳送遠程控制臺的控制命令及攝像頭拍攝到的視頻的采集信號傳送；

（5）遠程控制臺程序。在遠程控制臺上能夠流暢從MT8266wifi模組的信號傳送到Internet，使遠程控制臺具有觀看視頻、對履帶小車進行控制的功能[4]。

4 結語

基于互聯網遠程實時監控及控制履帶小車機器人是一個由stm32單片機，攝像頭，WIFI模塊，電機，小車框架等硬件于一體的智能小車機器人，采用Keil MDK uVision5為小車進行程序編譯。創新點在于可以根據遠程控制臺對智能小車機器人進行移動，擺脫了現場的控制，操作方便。其次其后期拓展性能、實用性非常好，針對不同的環境任務要求，可以增加相應的功能，如機械臂、各種探測傳感器，采集數據，可以通過互聯網再由WiFi模塊控制傳回單片機而進行實時探測[5]。

基于互聯網遠程實時監控及控制小車采用單片機STM32F407ZGT6作為系統主控核心，最大限度的將其具備的資源應用到智能小車的設計中。經過系統功能測試表明，基于互聯網遠程實時監控及控制智能小車機器人完美地實現了視頻的網絡傳輸，在遠端控制臺控制小車行走，自動避開障礙物等功能，系統啟動后用戶只需配置相關參數后便可進入主體部分，可以根據作業的需求編寫小車所需要行走的軌跡，也通過實時監控小車的狀態，再通過遠程控制臺控制小車行走，操作簡單，控制方便，人機交互性好。具有非常重要的市場應用價值。

參考文獻：

[1]車玥瑋，童金，王明寶.基于網絡的小車遠程監控系統的設計[J].電子測量技術，2012（03）：20-23.

[2]陳曉燕，龐濤，盧宇翔.基于嵌入式TCP/IP協議數據傳輸監控系統的設計[J].測控技術，2012（02）：81-83.

[3]劉輝，董昌群.基于Internet的遠程監控系統中的關鍵性技術分析[J].中國科技博覽，2012（14）：193.

[4]馬濤.基于Internet的遠程監控系統[D].北京郵電大學碩士學位論文，2009（03）.

[5]田瑤.基于PC控制的智能小車循跡系統的實現[D].華中師范大學碩士學位論文，2011（05）.

作者簡介：李海（1982-），江西人，碩士研究生，講師，研究方向：檢測技術與自動化裝置。