基于APP的智能小车控制系统设计与实现

摘 要：智能小车对于丰富人们的生活和扩展人们的业务能力具有极大意义。本文基于Android手机APP，设计了一套智能小车控制系统。借助WIFI信号，可实现对智能小车的行驶与传感器的控制，同时智能小车根据控制指令向手机上传感数据和状态，为控制智能小车提供了一种无线高速的有效手段。

关键词：智能小车；APP；单片机；视频监控；传感器

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章編号：2096-4706（2018）08-0181-03

Abstract：Smart car has great significance for enriching peoples life and expanding peoples professional ability. Based on Android mobile phone APP，a smart car control system is designed in this paper. With the help of the WiFi signal，the driving and sensor control of the smart car can be realized. At the same time，the intelligent vehicle sensing data and state on the mobile phone according to the control instruction provides an effective means of wireless high-speed control for the intelligent car.

Keywords：smart car；APP；MCU；video surveillance；sensor

0 引 言

智能小车大致由传感器、控制器、执行器三部分组成[1]，可以实现寻迹移动、光照检测、躲避障碍物、远程控制行驶速度、远程实时视频监控等功能，是自动控制技术、机械、计算机技术、通讯技术、模式识别、传感器技术等多学科和技术综合应用的结果，能够极大方便人们生活。

随着移动智能设备的快速发展和普及，通过智能设备对智能小车进行控制和管理成为一个新的应用需求。将智能设备和智能小车相结合，能够极大简化智能小车使用控制，从而有力促进智能小车的发展和应用。[2]

本文基于Android手机APP，设计了一套智能小车控制系统。借助WIFI信号，可实现对智能小车的前后左右行驶和摄像头旋转控制，同时智能小车根据控制指令向手机上传温度湿度传感数据和监控画面，为控制智能小车提供了一种无线高速的有效手段。[3]

1 系统总体设计

系统总体功能需求主要有以下几类：（1）Android手机APP界面控制；（2）小车行驶控制；（3）传感器传感数据采集，包括温度和湿度；（4）视频采集显示，包括摄像头旋转控制和监控视频采集显示。如图1所示。

根据总体功能需求，系统总体设计如图2所示。在图中，单片机MCU是整个小车的控制核心，控制着智能小车各个模块统一协调工作；行驶电机可以正转、反转，从而使车体产生前进、后退、转弯等动作，行驶电机还需要相应的驱动电路；电源电路作用是为整个小车系统供电；舵机制作成云台，然后装上摄像头，使摄像头可实现上下、水平旋转调节；摄像头用于采集视频信号；WIFI模块产生WIFI信号，用于连接手机，同时WIFI模块与单片机用串口连接，实现单片机与手机的联通；手机APP模块一方面用于用户界面交互显示，另一方面作为系统控制管理中心，对整个系统进行协调管理。

系统工作时，首先用户在APP界面上选择相应操作，然后APP将相应指令解析得到相应指令数据，再通过WIFI信号将该数据信号送往智能小车WIFI模块，接着智能小车WIFI模块将接收到的指令传输到智能小车单片机控制中心，再由单片机控制中心控制相应模块完成指定操作，最后单片机控制中心收到对应操作结果，沿指令信号回路将结果数据反馈到手机APP上，用户得到操作结果。

2 系统软、硬件实现

2.1 硬件模块

由于采用手机APP进行控制，因此，主要的硬件为智能小车的硬件平台，包括控制模块、驱动系统、传感器模块等几个部分。智能小车平台硬件组成框图如图3所示，包括电源供电电池组、电源转换电路、小车主体（本设计采用轮式小车）、单片机MCU系统[3]、WIFI模块、摄像头和舵机云台、电机驱动电路，以及温度和湿度传感器模块。

2.1.1 最小系统组成

微控制器[4]是嵌入式开发中核心所在，微控制器的好坏直接影响着系统性能的优劣。本设计采用STM32F103C8T6作为智能小车控制板微控制器，它是主频72MHz的ARM32位处理器，包括核心MCU、电源稳压电路、电源滤波电路、BOOT选择电路、指示灯、晶振电路、复位电路、Jlink接口、USB接口和其他扩展接口。

2.1.2 电机驱动设计

设计中智能小车使用的电机驱动模块为L298N芯片驱动电路。L298N能够驱动步进电机、电磁阀和大功率直流电机等感性负载，同时还可以直接和单片机连接，易于控制。L298N电机驱动示意图如图4所示。逻辑输入、PWM信号1和PWM信号2用于控制电机相应操作，M1和M2表示可以控制两个电机，电源用于供电。L298N还可对直流电机速度进行调控，即根据PWM信号，改变向直流电机供电电压的占空，从而改变平均电压，进而达到直流电机调速的目的。[5]

2.1.3 温度和湿度传感器设计

本设计温度和湿度传感器采用DHT11芯片，该芯片可同时测量环境温度和湿度。DHT11传感器和MCU连接示意图如图5所示，其供电电压为3～5.5V，且在上电之后，传感器会有1秒左右的振荡期，因此对其发送指令应该间隔上一段时间。微控制器与DHT11之间的通信通过中间两个引脚连线实现。

2.1.4 图像采集和WIFI传输设计

图像采集模块直接购买使用USB监控摄像头作为智能小车摄像模块。USB监控摄像头可将传感器采集到的监控视频数据转换为USB信号，使用过程中可直接对USB信號处理，较为方便简单。在WIFI传输方面，采用经改装的TP-Link WR703N无线路由器作为智能小车的WIFI连接模块。在工作中，USB监控摄像头采集监控视频，并将其直接传送给WR703N无线路由器，然后WR703N无线路由器将监控视频通过WIFI传送给Android手机。

2.2 软件模块

2.2.1 智能小车平台软件设计

智能小车平台软件主要指单片机MCU控制软件，其主程序流程图如图6所示。首先，初始化单片机所用到的内部资源，如系统时钟、IO、串口和其他寄存器等初始化；初始化完成后进入循环等待模块；当接收到命令数据之后，对命令数据进行解析，并执行相应操作。接收命令主要有小车前后左右行驶控制、摄像头云台旋转控制和传感器数据上报。值得注意的是，接收命令数据格式需要自行定义，即单片机MCU和Android手机APP之间通过事先定义的数据格式封装和解析控制命令。

2.2.2 Android手机APP软件设计

在APP启动之前，需要连接智能小车WIFI模块的WIFI信号。APP启动之后，主程序首先初始化用户显示界面，并建立与智能小车通信所用到的Socket套接字。然后APP会根据相应情况做出不同的反应，主要有用户指令控制、视频接收显示和传感器数据接收显示。

2.3 安装与调试

经过调试，实现了以下功能：（1）在Android手机APP上点击对应按钮，小车可根据相应操作前后左右行驶，且改变对应速度大小值，小车速度相应改变；（2）连接智能小车之后，界面实时显示监控视频；（3）拖动舵机控制进度条，舵机会对应旋转运动，从而控制摄像头旋转；（4）界面实时显示环境温度和湿度。

3 结 论

本文根据系统需求，将时下流行的智能手机和智能小车相结合，利用智能手机APP实现对智能小车的控制，能够有力地促进智能小车的发展。对于无线小车和现代智能家居的设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 周柱.基于STM32的智能小车研究 [D].成都：西南交通大学，2011.

[2] 谭海红.基于Android的远程监控系统的设计与实现 [D].北京：中国科学院研究生院，2015.

[3] 孙浩.基于WiFi技术和Android系统的智能家居系统设计 [D].徐州：中国矿业大学，2014.

[4] 周磊.单片机电机系统控制分析 [J].信息与电脑（理论版），2013（4）：167-168.

[5] 黄兴.Android平台远程终端控制系统的研究与设计 [D].北京：北京邮电大学，2013.

作者简介：周海鹏（1993-），男，汉族，湖北赤壁人，本科。研究方向：数据通信与智能控制。