基于STM32的六轴智能传感车设计

邹士喜

摘   要：六轴智能传感车可通过使用者的肢体动作来使其达到想要的位置，从而完成一系列任务。文章设计的智能传感车可以通过车身上的旋转摄像头来传输一些前方所看不到的影像，从而让使用者了解到前面未知的地形。六轴传感智能车系统综合采用了六轴传感器、STM32主板、设备控制，结合人工智能与嵌入式、物联网技术，具备视觉、运动控制、导航、多传感器采集，依靠其各种传感器节点、控制节点、服务器和客户端来实现移动设备实时监控其动向和周边的环境，实现了实时、准确、高效、安全、节能的目标。

关键词：智能;传感器;无线网络

在科技高速发展的今天，人工智能已成为一个引领时尚前沿的代名词，如今的无人机和无人驾驶飞行器等已经在农业、工业、军事中得到广泛的运用。六轴智能车是一个集环境感知、数据采集、数据处理等功能于一体的智能操作系统。

1    六轴智能传感车的设计方案

1.1  設计方案概述

六轴智能传感车通过人体肢体动作，实时采集六轴传感器全方位环境感知数据参数，依据其接收的传感器采集的信息，以及基于STM32的嵌入式软件系统，决定其对外部设备的处理，通过微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）将处理信号发送至执行器。如同人脑一般，通过嵌入式系统软硬件的控制，为智能车的行驶进行全方位操控，达到对周围环境的感知及为实时处理提供有效的手段。

该六轴智能车的环境感知和MCU处理设计方案可以灵活地部署在其他机动设备上，比如无人机、智能驾驶汽车，部署各种无线传感器，包括Zigbee，Blue，WiFi等，全方位行进，通过设备外部摄像头和人体操控的六轴传感器传输的上下左右方向，获取机动设备在行驶过程的环境感知参数，实时监控数据通过无线网络存储在云服务器上，并进行智能分析和信息处理。

1.2  项目需求

六轴传感车上安装环境感知模块、数据传输及处理模块、无线视频收发模块。

（1）环境感知模块，用于感知周围的环境，数据传输及处理模块用于将环境感知模块采集到信息进行处理并传送到无线视频收发模块，便于看见智能车前方或者周围的路线情况，从而使使用者在面对实时路况时做出正确的分析和选择[1-2]。

（2）数据传输及处理模块：包括：六轴传感器、WiFi，Blue，IR，MCU核心等，完成了六轴传感器、WiFi和手机之间的数据传输。WiFi是将智能车采集到的视频数据实时传输到智能手机。通过六轴传感器进行处理，嵌入式系统程序主要完成对智能车环境感知模块采集的信号接收和处理[3-5]，并控制智能车的运行轨迹系统。

（3）无线视频收发模块。系统软件设计包括：初始化感知模块、数据传输模块、六轴传感器、无线传输模块等，通过MCU中断的方式处理六轴传感器传输的数据，控制智能车的运行轨迹，然后感知模块实时采集数据通过数据处理和无线模块传输到手机和MCU进行处理，反馈人体通过六轴传感器实时控制智能车的运行。

1.3  系统架构设计

1.3.1  总体架构

六轴智能传感车系统架构分为实时对六轴传感器的信息采集、采集信息通过WiFi传送到手机和智能车、Blue传输到智能车、MCU接收数据并处理、主控程序5个部分[2]。

1.3.2  典型配置结构

（1）两层网络结构，包括环境感知节点和无线WiFi节点。环境感知节点包括：光强度传感器、超声波传感器、红外传感器、温湿度传感器等，这些环境感知节点将采集到信息通过WiFi节点传输到手机和六轴传感器。

该网络结构适用于WiFi信号覆盖的区域，相关的WiFi智能设备可以和智能车进行连接，可实现环境感知模块的数据采集和上传。

（2）三层网络结构，包括环境感知节点、无线WiFi路由节点和六轴传感器模块。其中环境感知节点和两层网络结构相同，无线WiFi路由节点，在两层网络结构的基础上增加了路由功能，六轴传感器模块和MCS模块相连，实时处理数据。

该网络结构在智能传感车作业的环境中无法建立WiFi进行覆盖，同时也不能直接进行GPRS数据上传的情况。增加了一个WiFi数据路由器和无线网关，自动进行数据中继，扩大智能车控制的覆盖范围。

（3）传感信息采集。在无线视频监视收发模块中，包括内部传感器（例如WiFi传感器、蓝牙传感器、六轴传感器和视频接收模块）可以执行低功耗操作，因此测试人员可以使用干电池实现长期工作。同时，所有环境感知节点都具备低功耗自组网协议，该协议可以为其他环境感知节点提供自动中继和转发数据，以扩展智能车控制的覆盖范围并提高部署移动性。

无线WiFi节点将传感器采集数据发送到云服务。用户可以通过网络访问云服务平台，实时监测环境感知模块实时采集的数据和六轴传感器的参数，达到实时控制智能车在相应的工作环境中达到指定的位置[6]。

2    总体设计方案

通过控制六轴传感器实时采集左右摇摆的全方位动态信息参数来控制车身的前进方向，若车身偏离预期轨道，可以继续晃动六轴传感器使找到平衡，使其通过六轴传感器所收集的全方位动态信息参数来控制其行进间的平衡，便于操控行进间的方位。

六轴传感车可以对未知的野外环境或者是隧道进行勘测，对位置环境进行了解，避免一些未知环境所带来的危险或者影响计划的更改，通过使用者的肢体动作来达到使用者想要到达的位置，肢体所传来的参数可以传到对应的手机上，也可以通过车上的视频收发模块将数据传输到手机，使操控小车更加得心应手。

作为现代新发明，人工智能是未来的发展方向。无人机和无人驾驶发生了翻天覆地的变化。随着计算机、微电子技术和信息技术的飞速发展，智能技术的发展越来越快，基于汽车电子技术的快速发展，智能驾驶的发展程度越来越高，涵盖了控制、模式识别、角度控制和速度控制。因此对智能驾驶的研究具有重要的现实意义。Cortex-M3是基于ARM的处理器的MCU，它体积小、成本低、功能强大，可以满足智能化开发的要求。它主要针对智能设备领域，具有高性能、低能耗、成本低、稳定性等优点，适用于汽车电子、智能家居、农业监测、工业控制、医疗设备等领域[7]。ST公司推出基于Cortex-M3内核的STM32系列处理器。集成了先进的Cortex-M3核心结构、出色的创新外设、良好的性能和低成本，满足了自动控制系统的设计要求，STM32集成智能控制系统是一个更好的选择。

3    结语

本设计与实际应用相结合，采用高性能STM32芯片，辅以各种环境感知传感器，通过高度可靠的嵌入式软件设计实现智能车的智能控制，具有很高的现实意义。随着智能控制技术和传感器检测技术的飞速发展，作为智能机器人原型的智能车已被广泛应用于各个领域。随着智能机器人的飞速发展，智能车辆控制系统的发展为其提供了更强大的研究方法，这将有利于智能机器人的进一步发展。

[参考文献]

[1]李婕.基于STM32的無线视频监控智能小车设计[D].兰州：兰州理工大学，2014.

[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]付家才.单片机控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[4]陈明计.嵌入式实时操作系统Small RTOS51原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[5]黄友锐.单片机原理及应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2006.

[6]王永虹，徐炜，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[7]范书瑞.Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用[M].北京：电子工业出版，2011.

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