基于互联网实时监控及控制小车

李海+李媛琼+张恩溪

摘 要：设计了一种采用WiFi模块对设备进行控制和当前状况的视频进行发送，运用连接网络的中转站——路由器来传送数据，并将数据发送到监控中心。智能小车将其与单片机、超声波测距避障、摄像采集等技术相结合，提高了效率与管理水平。远程控制的设备通过完成较为复杂的内容，对现场信号，包括远程监控温度和光敏度会更加简便、准确、实时和可靠，并且在通讯距离方面有很大的提升。

关键词：履带小车；WiFi；路由器；STM32单片机；OV2640摄像

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.123

科技生活的不断发展、人们需求的智能化，无线技术、机器人的研研发和应用更多的出现在我们的生活里。人类根据自身的需求出发，设计研发了种类、功能繁多的机器人，小型机器人具有形状体积小、移动转动灵活等优点。数据的采集及发送是通过Internet作为载体，两者相结合可以便利、灵活地运用到各类场合。

本文所设计出来的基于互联网实时监控及控制履带小车系统正是利用MT8266WiFi模块、路由器实现由网络来传送并且获取和反馈控制命令的，实时监控履带小车周围环境，不但提高了效率与管理水平。而且在危险的条件下用智能小车去勘察检测，可以很好的保证人类自身的安全，对于采集到的视频能够实时的保存下来，为以后的分析使用做准备。

1 总体设计

履带小车主要是运用摄像头采集视频信号，再由网络对采集到的视频信号进行传送，并进行远程控制台的控制。履带小车的设计由三大模块进行的，分别是主控系统、采集系统、信号传送系统。履带小车以STM32系列单片机作为控制核心，由電动机驱动模块来使小车运行，摄像头采集视频信号、无线网络传送信号。[1]基于互联网实时监控及控制履带小车的设计框图如图1所示，包括主控模块、WiFi模块、电机模块、视频采集模块、液晶显示模块、自动循迹模块、电源驱动模块、超声波测距避障模块、温湿度采集模块、声光报警模块。

2 履带小车硬件电路

2.1 履带小车主控模块

履带小车采用STM32系列的单片机（型号为STM32F407ZGT6）为核心，以Cortex?-M4F 作为内核，112KB的SRAM为存储器，拥有3 种低功耗模式，2种调试模式（串行调试（SWD）和（JTAG接口） ，多达 140 个具有中断功能的 I/O 端口，12个16位定时器和2个频率高达 168 MHz 的 32 位定时器，最多达 15 个通信接口（3 个 I2C 接口 、4 个 USART/4 个 UART、3个SPI、2个具有复用全双工I2S、2个CAN（2.0B主动）以及SDIO接口）[2]。

2.2 电机驱动模块

目前，常用的方法是通过脉冲宽度调制（PWM）来控制小车的车速。本文利用TB6612电机驱动模块控制小车的4个电机运行，PWM调速系统具有的优点有运行平稳、电流连续和可调范围较宽等，适合通过占空比改变电压。脉冲宽度调制来控制小车的车速的工作原理是通过调制器给电机提供一个脉冲电，这个脉冲电是可调的、有一定频率的脉冲宽度，脉冲宽度越大则占空比就越大，电机的平均电压越大，电机的转速越快，履带小车的运行速度就越快。

2.3 履带小车wifi模块

WiFi模块对设备进行控制和当前状况的视频进行发送，路由器通过连接网络实现连接转换，然后从远端控制台传送到Internet，再由路由器通过WiFi信号进行通信。

2.4 摄像头模块

OV2640摄像头通过SCCB总线控制，输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率8/10位影像数据。图像处理过程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等通过SCCB接口编程。OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、拖尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。本设计采用1/4寸的OV2640百万高清CMOS传感器制作。具有高灵敏度、高灵活性、成像通透、明锐度都很好，清晰度高。

2.5 警报模块

本文中设计了声光报警电路，是采用了NPN型S8080三极管驱动，当BEEP端输出低电平时，三极管的发射结正偏，集电结反偏，此时发光二极管和蜂鸣器发出声光报警，则提示人们电压不足并根据指示灯的位置判断是电压不足模块的位置，当BEEP端输出高电平时，三极管截止，声光报警停止工作，则系统的模块电压均能正常运行。

2.6 温湿度采集模块

亮度采集是采用了光敏电阻串接而成的电路、温度采集是采用了DS18B20串接而成的电路，对周围亮度的采集是能及时对周围环境进行感知，如遇到黑夜时，车前灯亮起，为小车照路；对周围环境的温度采集及时显示告知控制台，现小车处于的温度是否可以进行作业。

2.7 电源模块

电源模块是智能小车控制系统的中枢系统。STM32单片机自带5V转3.3 V芯片。智能小车需要5V和3.3V电压，从电机驱动模块处直接引出5V电压可以提供给路由器使用；通过单片机自带的芯片AMS1117—3.3将5 V电压转换成3.3V电压，再提供给单片机运作。

3 履带小车软件设计

小车的控制系统软件设计是基于Source Insight 4.0环境编写，基于Keil Vision5编译，并使用C语言对小车的电机驱动模块，超声波模块，通信模块等进行程序编写 [3] 。

（1）小车的初始化程序。履带小车上电之后，软件必必须对小车的硬件做最基本的初始化设置，通过初始化设置之后，才能开始系统的运作；

（2）主控模块编程。主控模块编程对履带小车进行电机驱动操作并实现控制操作，如起动、停止、转向、加速、减速等，使小车的能符合运动特性的要求；

（3）摄像信号处理程序。对拍摄场景的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号，同时可以通过网络传送解码好的数据模块能在控制台上运行；

（4）传送程序。需要利用WiFi模块对小车的控制信号进行接收与发送。 以网络为媒介来传送远程控制台的控制命令及摄像头拍摄到的视頻的采集信号传送；

（5）远程控制台程序。在远程控制台上能够流畅从MT8266wifi模组的信号传送到Internet，使远程控制台具有观看视频、对履带小车进行控制的功能[4]。

4 结语

基于互联网远程实时监控及控制履带小车机器人是一个由stm32单片机，摄像头，WIFI模块，电机，小车框架等硬件于一体的智能小车机器人，采用Keil MDK uVision5为小车进行程序编译。创新点在于可以根据远程控制台对智能小车机器人进行移动，摆脱了现场的控制，操作方便。其次其后期拓展性能、实用性非常好，针对不同的环境任务要求，可以增加相应的功能，如机械臂、各种探测传感器，采集数据，可以通过互联网再由WiFi模块控制传回单片机而进行实时探测[5]。

基于互联网远程实时监控及控制小车采用单片机STM32F407ZGT6作为系统主控核心，最大限度的将其具备的资源应用到智能小车的设计中。经过系统功能测试表明，基于互联网远程实时监控及控制智能小车机器人完美地实现了视频的网络传输，在远端控制台控制小车行走，自动避开障碍物等功能，系统启动后用户只需配置相关参数后便可进入主体部分，可以根据作业的需求编写小车所需要行走的轨迹，也通过实时监控小车的状态，再通过远程控制台控制小车行走，操作简单，控制方便，人机交互性好。具有非常重要的市场应用价值。

参考文献：

[1]车玥玮，童金，王明宝.基于网络的小车远程监控系统的设计[J].电子测量技术，2012（03）：20-23.

[2]陈晓燕，庞涛，卢宇翔.基于嵌入式TCP/IP协议数据传输监控系统的设计[J].测控技术，2012（02）：81-83.

[3]刘辉，董昌群.基于Internet的远程监控系统中的关键性技术分析[J].中国科技博览，2012（14）：193.

[4]马涛.基于Internet的远程监控系统[D].北京邮电大学硕士学位论文，2009（03）.

[5]田瑶.基于PC控制的智能小车循迹系统的实现[D].华中师范大学硕士学位论文，2011（05）.

作者简介：李海（1982-），江西人，硕士研究生，讲师，研究方向：检测技术与自动化装置。