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无线视觉智能机器人 　　摘 要：随着物联网、大数据和云计算等技术的快速发展，人们对智能电子产品的要求也越来越高。针对一般的智能机器人只能巡线循迹、躲避障碍物和超声波测量距离等，并且其实时性、可靠性并不高。本文设计开发了一种高可靠性、高实时性的无线视觉智能机器人。小车采用STM32f103芯片，采集了多种高性能传感器的数据信息，高效率地实现了上述功能。用户可以利用Android APP或PC 应用软件来控制小车的各种功能。实验结果表明，小车的各种功能均能有效地实现；通过客户端可以实时控制小车的各种运动以及摄像头的全方位转动。 　　关键词：智能机器人；WIFI；视频监控；STM32 　　课题名称： wifi视觉智能小车设计 课题编号：AF201504 课题级别：院级 课题类型：科研项目 　　1 引言 　　智能小车是一个集自动控制、环境监测、无线遥控等多种功能于一体的综合系统，目前以高级单片机为核心的移动机器人还存在处理数据局限、控制不稳定等不足之处，国内市场暂时还没有出现具有真正意义的跟随性智能载物小车[1-3]。本文提出了一种基于STM32f103系列芯片的无线视觉智能机器人设计方案。STM32F1X系列芯片采用了Cortex-M3内核，性价比高于ARM7；系统采用两个电源稳压模块，一路给主控制器供电，另一路给电机驱动芯片和其他外部设备供电。系统将动力部分的电源和逻辑部分的电源分开，保证了主控制器的稳定性。电机驱动芯片采用的是微型集成电路电机驱动芯片L298N，其稳定性较好[4]。 　　2 硬件设计 　　2.1 系统整体设计 　　系统的整体设计分成软件程序与硬件电路设计。软件程序方面，PC应用程序采用VS2010开发环境，采用C#编程语言实现；Android APP采用Eclipse + Android ADT开发环境，采用Java编程语言实现。硬件电路方面，包括伺服电机的驱动设计、摄像头视频的采集并传输设计、各种传感器电路的设计等。图1为系统的整体设计图。 　　2.2超声波测距模块 　　超声波是指频率高于20kHZ的声波，超声波在介质中传播时遇到不同的界面将产生反射、绕射、折射等原理在各行各业得到了广泛应用[5-6]。该系统所使用的测距模块为HC-SRO4超声波模块，该模块测量范围为3-400cm，精度最高可达3mm，由超声波发射探头、控制电路和驱动电路组成[7-8]。测距模块对外引出4个引脚分别为VCC、TRIG、ECHO和GND。超声波测距要先设置定时器。超声波模块的工作原理为： 　　（1）采用IO口TRIG触发测距，给控制端TRIG至少10us的高电平信号； 　　（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测ECHO端是否有信号返回； 　　（3）有信号返回，通过IO口TRIG输出一个高电平，同时开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。 超声波测距原理图如图2所示。 　　如果发射脉冲和回波接受时间相差t，则可以算出超声波传感器与阻挡物体反射点之间的距离，测量距离。图2为超声波测距原理图。 　　3 软件设计 　　3.1 下位机程序 　　主控板和WIFI模块通过串口连接，当串口初始化之后，WIFI模块可能会向主控板传输大量数据，此时延迟函数保护主控板不被卡死。接着进行串口的初始化（设置串口通信的波特率等），初始化完成后，串口就可以接收WIFI模块的数据了。最后，程序进入循环，判断机器人的当前模式，若为无线控制模式，就通过客户端的操作来控制小车的各种运动以及摄像头的转动；若为全功能模式，则相应执行红外循迹、红外避障、自动跟随、边缘检测以及超声波测距等功能。下位机程序结构图如图3所示。 　　3.2 PC控制端程序 　　PC应用程序采用VS2010开发环境，采用C#编程实现。当一直按住“前进”按钮时，上位机发送数据速度较快，主控芯片接收数据速度较慢，主控芯片将会卡死。为避免上述情况，上位机程序为每个动作按钮设置一个标志位，当按钮按下时，标志位为FALSE，将不会继续发送控制命令。 　　3.3 Android 控制端程序 　　Android APP采用Eclipse + Android ADT开发环境，采用Java编程语言实现。用户在Android APP主界面上输入视频的控制地址和控制端口，界面将会跳转到显示摄像头拍摄到视频的界面；Android 程序对“前”、“后”、“左”、“右”、“停止”五个按钮分别设置一个监听对象，并通过Socket对象发送控制小车电机的相关命令。BgPictureShowActivity.java是Android APP查看摄像头拍摄到照片的程序。