基于手机WiFi的智能车控制系统设计

基于手机WiFi的智能车控制系统设计

张英平，沈先乐，任忠良，陈起新，杨凯

(吉林师范大学 信息技术学院,吉林 四平 136000)

摘要:智能手机已经越来越成为工作、生活中不可缺少的一部分，基于此设计了具有手机WiFi功能的智能车控制系统.51单片机的串行口与无线传输模块ST-MW-08S进行UDP通信,人触摸手机发出的控制指令通过WiFi来控制小车运动,小车位置数据通过WiFi模块发送给手机，并在显示屏上显示.经过实验表明，该系统具有操作简单，性能稳定，人车对话更为智能的特点.

关键词:单片机；无线传输模块；UDP通信；手机；WiFi

DOI:10.13877/j.cnki.cn22-1284.2015.10.001

收稿日期：2015-08-25

作者简介：张英平,女,吉林四平人，副教授.

中图分类号：TP36文献标志码：A

由于安卓系统的开源性与可操作性，以及系统的流畅性和大量的可选择设备，使得安卓系统在智能手机市场上占了比较大的份额.WiFi信号在无障碍环境中传输距离为50米左右，室内有障碍的情况下传输距离也在15米左右，用它作为控制信号，其性能远远优于红外和蓝牙信号.“基于手机WiFi技术的智能小车”以手机作为手持终端，通过WiFi传输指令控制新型玩具小车，携带极其方便.基于WiFi的控制系统不仅可以控制小车，稍做改动就可用来控制电脑、家用电器甚至探测、排爆机器人等，同时也可用于地质检测设备的手持终端，具有广阔的应用前景.[1-2]

1系统硬件设计

本设计主要由手机、智能车、电机驱动模块LM298和无线收发模块ST-MW-08S、摄像头等组成.手机作为上位机负责接收从ST-MW-08S传递过来的数据，显示小车环境，发出控制小车的指令，无线模块通过串行口发送给车载的单片机，单片机接收信号后，进行相关处理，再经过电机驱动模块控制智能小车移动，同时小车的摄像头将运行情况记录下来，通过单片机发送给无线模块，再发送至手机端，手机接收信息可以进行相应操作，从而构成一个完整的控制系统[3].系统总体方案框图如图1所示.

图1　系统总体方案框图

1.1无线模块ST-MW-08S的配置

主要利用UDP通信模式，支持串口和网页两种配置参数的方式.UDP模式下模块将本地UDP端口收到的所有数据(含其他多个远程端口的数据)报转发至串口[4].ST-MW-08S模块的基本配置如下：

网络类型：Ad-Hoc；

创建网络名称：ST-MW-08S；

加密方式：无加密；

IP地址：192.168.0.10；

子网掩码：255.255.255.0；

默认网关：192.168.0.1；

DNS服务器：202.114.88.10；

通信协议：UDP；

串口波特率：2400；

本地端口号：8080；

远程端口号：8080；

远程IP地址：192.168.0.100.

1.2WiFi协议和智能手机的介绍

WiFi作为一种无线技术，不仅可以访问互联网，更是一种通信手段，利用手机上的WiFi模块，写好WiFi协议就可以进行通信.当其作为控制信号载体使用时，相对于红外信号和蓝牙信号等，WiFi信号具有传输距离远、传送速度快等优点.[5]

手机采用“安卓2.3.3”版本的操作系统.Google公司提供的Android SDK中包括模拟硬件设备的Emulator、资源打包工具、调试监视服务、DX工具等.Android应用程序通常用JAVA编写，同时可以使用VS系列的IDE加Cocos2d-X进行跨平台的编写，通常用Eclipse开发平台作为集成开发环境IDE进行开发，用这种方式开发出来的安卓应用是原生的，调用底层的API极为便利，当然还需要配置完整的JAVA开发环境.可以使用AVD在电脑上模拟一个虚拟的真实设备，由用户自己配置硬件、版本的高低、设备的屏幕尺寸大小等.搭建好安卓的开发环境后，可以使用C++或者JAVA进行开发，方便易用，生成的应用为APK格式，可以用真机调试或者安装到真机.[6]

1.3电源稳压模块

AMS1117稳压器有多种(可调、固定电压)，输出电路1A，电压差1V.输出电压涵盖在1.2～5V之间，其内部具有过热切断电路模式.它具有较为可靠的工作性能，连接的电路图只需很少的外围器件，稳压过程中最大限度地减少了供电系统的能量损耗，转换效率高.[7-8]

本系统的无线接收模块需要3.3V供电，液晶显示模块需要5V供电，因此，接收装置的稳压模块选用两块固定的AMS1117，其固定电压值分别为3.3V和5V.AMS1117的外围接线图如图2所示.

图2　AMS1117外围接线图

1.4智能车驱动模块L298N及PWM调制

L298N是ST公司生产的电机驱动芯片，额定功率25W，特点是允许高电压、大电流.通常用来驱动直流电动机和步进电机等器件.L298N的整流桥为H桥，这种驱动器支持较高的电压和大电流.四个输出端，这种输出模式，可以实现对智能车的控制，同时通过一定的逻辑连线可以扩充其接线的能力，用检测电路可以检测出输出端的输出情况，实物图如图3所示.这在开发测试过程中非常便利，甚至可以随时观测，一边调试一边观测，实现整个系统的完整性、可靠性和准确性.[9]

图3　L298N实物图

2系统软件设计

系统采用了11.0592MHz晶振驱动的STC89C52RC单片机，通过串行口对无线传输模块ST-WM-08S进行控制.系统通电时，单片机对ST-WM-08S进行状态配置.然后手指触摸手机屏幕，发送相关指令，这些指令通过手机WiFi传递给无线传输模块ST-WM-08S，ST-WM-08S将接收到的数据发送给单片机，单片机接收数据，进行数据处理后控制小车的移动.小车的环境信息反映在单片机内部的数据变化上面，单片机处理后传递给无线传输模块ST-WM-08S，通过其发送给手机，手机可显示、可判断，实现双向通信过程，整个系统性能稳定，抗干扰能力强，能够在较远的距离进行数据传送.[10-11]

2.1系统的程序流程图

系统软件设计的主程序流程图包括分机发射部分和主机接收部分，分别如图4和图5所示.

图4　分机发射模块　　图5　主机接收模块

2.2系统的主要程序

①PWM调制程序.

#include< reg51.h >

#define Left_moto_pwm P1_6

//接驱动模块ENA使能端，输入PWM信号调节速度

#define Right_moto_pwm P1_7

//接驱动模块ENB

#define Left_moto_go {P3_4=0,P3_5=1;}

//P3_4 P3_5 接IN1 IN2 当 P3_4=0,P3_5=1; 时左电机前进

#define Left_moto_back {P3_4=1,P3_5=0;}

//P3_4 P3_5 接IN1 IN2 当 P3_4=1,P3_5=0; 时左电机后退

#define Right_moto_go {P3_6=0,P3_7=1;}

//P3_6 P3_7 接IN1 IN2 当 P3_6=0,P3_7=1; 时右电机前进

#define Right_moto_back {P3_6=1,P3_7=0;}

//P3_6 P3_7 接IN1 IN2 当 P3_6=1,P3_7=0; 时右电机后退

unsigned char pwm_val_left =0;//变量定义

unsigned char push_val_left =0;// 左电机占空比N/10

unsigned char pwm_val_right =0;

unsigned char push_val_right=0;// 右电机占空比N/10

bit Right_moto_stop=1;

bit Left_moto_stop =1;

unsigned int time=0;

void run(void)//前进函数

{

push_val_left =3;

//PWM 调节参数1-10 1为最慢，10是最快 改变左电机速度

push_val_right =3;

//PWM 调节参数1-10 1为最慢，10是最快改变右电机速度

Left_moto_go ; //左电机前进

Right_moto_go ; //右电机前进

}

②ST-MW-08S数据发送及接收程序.

//向串口发送一个字符串

void Uart_Send_String (unsigned char *str, unsigned int strlen)

{

unsigned char m = 0;

do

{

SBUF = *(str + m);// 串口发送数据

while(!TI); //等待串口发送完

TI = 0; //发送中断标志清零

m ++; //下一个数据

}while (m < strlen); //判断字符串是否发送完

}

3系统调试与数据分析

3.1系统调试

图6　智能小车组装后的系统实物图

带有WiFi模块和摄像头的智能小车组装后的系统实物图如图6所示，给小车上电，WiFi模块通电正常会有绿灯点亮，在1分钟左右使用安卓手机或笔记本电脑可以搜索到WiFi模块的信号，并且进行连接.

成功连接后点击手机上的上位机软件(要事先安装)，点击上位机软件“设置”图样，选项中“前”“后”“左”“右”“停”“显示模式”等参数可以根据自身需要进行更改；点击上位机软件“播放”图样可以直接观察摄像头监控到的视频，同时界面上有“前进”“后退”“左转”“右转”等选项，还具有“报警控制”“PWM控制”“重力控制”“舵机控制”等扩展选项.点击“前进”“后退”“左转”“右转”，小车即执行相对应的功能.

3.2数据分析

小车与上位机间无遮挡物时测得小车反应时间，如表1所示.当小车与上位机间距离不超过50米时，小车能够接收到信号，反应灵敏.

表1　小车与上位机间无遮挡物时测得小车反应时间

小车与上位机间隔有一堵墙时测得小车反应时间，如表2所示.当小车与上位机间距离不超过15米时，小车能够接收到信号，反应灵敏.

表2　小车与上位机间隔有一堵墙时测得小车反应时间

当小车与上位机之间隔有两堵墙(两堵墙间隔约5米)时，WiFi信号微弱，上位机发出指令，小车没有任何动作.

经过测试，证明上位机、下位机可以独立正常运行，上位机可独立正常操作，整个系统正常，运行流畅.

4结论

该系统通过手机控制小车移动，让小车执行通过手势发出的各种指令，实现如下功能：对STC89C52RC的串行通信；实现了稳压模块对电源电压的高效固定；实现了单片机对无线收发设备ST-MW-08S的控制；实现了手机对小车的控制；完成了两个无线收发设备数据的通信.

本设计完成了基本的设计功能，为人机智能交互简单化提供了一个可行性的参考，通过在小车上安装摄像头，作为下位机，用手机作上位机，可以轻易地获取小车所在地非常清晰的实时状态，可以检测死角，甚至可以代替人进行巡逻.用在消防，能够获取小车地区的数据，获取危险地带的实时状态.这套系统，操作方便，实用性强，价格低廉，具有广阔的市场前景.

参考文献：

[1]李晓阳.WiFi技术及其应用与发展[J].信息技术,2012(02):196-198.

[2]徐虎,彭正涛,赵俊逸.基于WiFi的Android移动设备语音通信系统的设计开发[J].计算机应用与软件,2012(11):225-228,238.

[3]侯维岩,曾磊,张海峰.工业无线测控网络中WiFi无线终端设计与实现[J].自动化与仪表,2011(08):41-44.

[4]曾磊,张海峰,侯维岩.基于WiFi的无线测控系统设计与实现[J].电测与仪表,2011(07):81-83,96.

[5]王雷,蓝箭,陈雪娟,陈峰.基于Android平台的无线WiFi控制方法[J].微型电脑应用,2012(07):58-61.

[6]杨帆,赵东东.基于Android平台的WiFi定位[J].电子测量技术,2012(09):116-119,124.

[7]余海,曹蕾.基于WiFi的无线网状(Mesh)组网技术[J].现代电子技术,2011(10):120-122.

[8]孙继平,李晨鑫.基于WiFi和计时误差抑制的TOA煤矿井下目标定位方法[J].煤炭学报,2014(01):192-197.

[9]孙弋,徐瑞华.基于WiFi技术的井下多功能便携终端的设计与实现[J].工矿自动化,2007(03):60-63.

[10]刘辛酉.WiFi通信的安全分析[J].信息通信技术,2009(04):50-56.

[11]卢灵,周贤军.基于WiFi的嵌入式视频监控系统设计[J].电视技术,2013(01):157-160,168.

(责任编辑:王前)

The Intelligent Car Control System Based on WiFi

ZHANG Ying-ping, SHEN Xian-le, REN Zhong-liang, CHEN Qi-xin, YU Nan

(Collegeofinformationandtechnology,Jilinnormaluniversity,Siping,Jilin136000,China)

Abstract：The smart phone has become an indispensable part of our work and life. The intelligent vehicle control system, which based on the mobile WiFi function, is designed. UDP communication runs between the serial port of 51 microcontroller and wireless transmission module ST-MW-08S. The control instruction issued by the person touching the display screen of the smart phone is sent out to control the movement of the car through WiFi module. The car position data is transmitted to the smart phone via the WiFi module and displayed on the screen. The experimental results show the features of simple operation, stable performance and more intelligent human-car conversation in the system.

Key words:microcontroller; wireless transmission module; UDP communication; the mobile phone; WiFi