基于STM32的六軸智能傳感車設(shè)計(jì)

鄒士喜

摘 ? 要：六軸智能傳感車可通過使用者的肢體動作來使其達(dá)到想要的位置，從而完成一系列任務(wù)。文章設(shè)計(jì)的智能傳感車可以通過車身上的旋轉(zhuǎn)攝像頭來傳輸一些前方所看不到的影像，從而讓使用者了解到前面未知的地形。六軸傳感智能車系統(tǒng)綜合采用了六軸傳感器、STM32主板、設(shè)備控制，結(jié)合人工智能與嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備視覺、運(yùn)動控制、導(dǎo)航、多傳感器采集，依靠其各種傳感器節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器和客戶端來實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控其動向和周邊的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、安全、節(jié)能的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：智能;傳感器;無線網(wǎng)絡(luò)

在科技高速發(fā)展的今天，人工智能已成為一個(gè)引領(lǐng)時(shí)尚前沿的代名詞，如今的無人機(jī)和無人駕駛飛行器等已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事中得到廣泛的運(yùn)用。六軸智能車是一個(gè)集環(huán)境感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等功能于一體的智能操作系統(tǒng)。

1 ? ?六軸智能傳感車的設(shè)計(jì)方案

1.1 ?設(shè)計(jì)方案概述

六軸智能傳感車通過人體肢體動作，實(shí)時(shí)采集六軸傳感器全方位環(huán)境感知數(shù)據(jù)參數(shù)，依據(jù)其接收的傳感器采集的信息，以及基于STM32的嵌入式軟件系統(tǒng)，決定其對外部設(shè)備的處理，通過微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）將處理信號發(fā)送至執(zhí)行器。如同人腦一般，通過嵌入式系統(tǒng)軟硬件的控制，為智能車的行駛進(jìn)行全方位操控，達(dá)到對周圍環(huán)境的感知及為實(shí)時(shí)處理提供有效的手段。

該六軸智能車的環(huán)境感知和MCU處理設(shè)計(jì)方案可以靈活地部署在其他機(jī)動設(shè)備上，比如無人機(jī)、智能駕駛汽車，部署各種無線傳感器，包括Zigbee，Blue，WiFi等，全方位行進(jìn)，通過設(shè)備外部攝像頭和人體操控的六軸傳感器傳輸?shù)纳舷伦笥曳较颍@取機(jī)動設(shè)備在行駛過程的環(huán)境感知參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)存儲在云服務(wù)器上，并進(jìn)行智能分析和信息處理。

1.2 ?項(xiàng)目需求

六軸傳感車上安裝環(huán)境感知模塊、數(shù)據(jù)傳輸及處理模塊、無線視頻收發(fā)模塊。

（1）環(huán)境感知模塊，用于感知周圍的環(huán)境，數(shù)據(jù)傳輸及處理模塊用于將環(huán)境感知模塊采集到信息進(jìn)行處理并傳送到無線視頻收發(fā)模塊，便于看見智能車前方或者周圍的路線情況，從而使使用者在面對實(shí)時(shí)路況時(shí)做出正確的分析和選擇[1-2]。

（2）數(shù)據(jù)傳輸及處理模塊：包括：六軸傳感器、WiFi，Blue，IR，MCU核心等，完成了六軸傳感器、WiFi和手機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。WiFi是將智能車采集到的視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)。通過六軸傳感器進(jìn)行處理，嵌入式系統(tǒng)程序主要完成對智能車環(huán)境感知模塊采集的信號接收和處理[3-5]，并控制智能車的運(yùn)行軌跡系統(tǒng)。

（3）無線視頻收發(fā)模塊。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：初始化感知模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、六軸傳感器、無線傳輸模塊等，通過MCU中斷的方式處理六軸傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，控制智能車的運(yùn)行軌跡，然后感知模塊實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理和無線模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)和MCU進(jìn)行處理，反饋人體通過六軸傳感器實(shí)時(shí)控制智能車的運(yùn)行。

1.3 ?系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3.1 ?總體架構(gòu)

六軸智能傳感車系統(tǒng)架構(gòu)分為實(shí)時(shí)對六軸傳感器的信息采集、采集信息通過WiFi傳送到手機(jī)和智能車、Blue傳輸?shù)街悄苘嚒CU接收數(shù)據(jù)并處理、主控程序5個(gè)部分[2]。

1.3.2 ?典型配置結(jié)構(gòu)

（1）兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)和無線WiFi節(jié)點(diǎn)。環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)包括：光強(qiáng)度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器等，這些環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)將采集到信息通過WiFi節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)绞謾C(jī)和六軸傳感器。

該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于WiFi信號覆蓋的區(qū)域，相關(guān)的WiFi智能設(shè)備可以和智能車進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知模塊的數(shù)據(jù)采集和上傳。

（2）三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)、無線WiFi路由節(jié)點(diǎn)和六軸傳感器模塊。其中環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)和兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，無線WiFi路由節(jié)點(diǎn)，在兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了路由功能，六軸傳感器模塊和MCS模塊相連，實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。

該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在智能傳感車作業(yè)的環(huán)境中無法建立WiFi進(jìn)行覆蓋，同時(shí)也不能直接進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)上傳的情況。增加了一個(gè)WiFi數(shù)據(jù)路由器和無線網(wǎng)關(guān)，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)中繼，擴(kuò)大智能車控制的覆蓋范圍。

（3）傳感信息采集。在無線視頻監(jiān)視收發(fā)模塊中，包括內(nèi)部傳感器（例如WiFi傳感器、藍(lán)牙傳感器、六軸傳感器和視頻接收模塊）可以執(zhí)行低功耗操作，因此測試人員可以使用干電池實(shí)現(xiàn)長期工作。同時(shí)，所有環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)都具備低功耗自組網(wǎng)協(xié)議，該協(xié)議可以為其他環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)提供自動中繼和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，以擴(kuò)展智能車控制的覆蓋范圍并提高部署移動性。

無線WiFi節(jié)點(diǎn)將傳感器采集數(shù)據(jù)發(fā)送到云服務(wù)。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問云服務(wù)平臺，實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境感知模塊實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和六軸傳感器的參數(shù)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制智能車在相應(yīng)的工作環(huán)境中達(dá)到指定的位置[6]。

2 ? ?總體設(shè)計(jì)方案

通過控制六軸傳感器實(shí)時(shí)采集左右搖擺的全方位動態(tài)信息參數(shù)來控制車身的前進(jìn)方向，若車身偏離預(yù)期軌道，可以繼續(xù)晃動六軸傳感器使找到平衡，使其通過六軸傳感器所收集的全方位動態(tài)信息參數(shù)來控制其行進(jìn)間的平衡，便于操控行進(jìn)間的方位。

六軸傳感車可以對未知的野外環(huán)境或者是隧道進(jìn)行勘測，對位置環(huán)境進(jìn)行了解，避免一些未知環(huán)境所帶來的危險(xiǎn)或者影響計(jì)劃的更改，通過使用者的肢體動作來達(dá)到使用者想要到達(dá)的位置，肢體所傳來的參數(shù)可以傳到對應(yīng)的手機(jī)上，也可以通過車上的視頻收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)，使操控小車更加得心應(yīng)手。

作為現(xiàn)代新發(fā)明，人工智能是未來的發(fā)展方向。無人機(jī)和無人駕駛發(fā)生了翻天覆地的變化。隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能技術(shù)的發(fā)展越來越快，基于汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能駕駛的發(fā)展程度越來越高，涵蓋了控制、模式識別、角度控制和速度控制。因此對智能駕駛的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。Cortex-M3是基于ARM的處理器的MCU，它體積小、成本低、功能強(qiáng)大，可以滿足智能化開發(fā)的要求。它主要針對智能設(shè)備領(lǐng)域，具有高性能、低能耗、成本低、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，適用于汽車電子、智能家居、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域[7]。ST公司推出基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器。集成了先進(jìn)的Cortex-M3核心結(jié)構(gòu)、出色的創(chuàng)新外設(shè)、良好的性能和低成本，滿足了自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，STM32集成智能控制系統(tǒng)是一個(gè)更好的選擇。

3 ? ?結(jié)語

本設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，采用高性能STM32芯片，輔以各種環(huán)境感知傳感器，通過高度可靠的嵌入式軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能車的智能控制，具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。隨著智能控制技術(shù)和傳感器檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，作為智能機(jī)器人原型的智能車已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著智能機(jī)器人的飛速發(fā)展，智能車輛控制系統(tǒng)的發(fā)展為其提供了更強(qiáng)大的研究方法，這將有利于智能機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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Abstract：The six-axis intelligent sensor car can reach the desired position through the users limb movements， thereby completing a series of tasks. The intelligent sensor car designed in this paper can transmit some invisible ones through the rotating camera on the body image， so that users understand the unknown terrain in front. The system comprehensively uses six-axis sensor， STM32 motherboard， device control， combined with artificial intelligence and embedded， Internet of Things technology and has vision， motion control， navigation， and multi-sensor acquisition， cross-disciplinary integration of disciplines relies on its various sensor nodes， control nodes， servers， and clients to achieve real-time monitoring of mobile devices trends and surrounding environments， and achieves the goals of real-time， accuracy， efficiency， security， and energy saving.

Key words：intelligent; sensor; wireless network