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WIFI智能小車方案開發(fā)
智能設(shè)備未來將占據(jù)人類生活的多個(gè)方面，國外的智能汽車領(lǐng)域發(fā)展靠前，我國則稍有落后。對這一方面的研究刻不容緩，此次，我們選擇一種由單片機(jī)控制的智能小車進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行研究探討，配合我國對智能汽車的科研工作。
一、單片機(jī)的簡單介紹
在設(shè)計(jì)過程中，對智能小車實(shí)現(xiàn)控制，和對計(jì)算機(jī)或其他智能設(shè)備的信息接收。下面對單片機(jī)進(jìn)行簡單介紹：
（1）單片機(jī)的性質(zhì)。單片機(jī)就是一種微型計(jì)算機(jī)，在物理層面，它是一種芯片。單片機(jī)包括中央處理器、儲(chǔ)存器、中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器等功能，從1980年出現(xiàn)的4位單片機(jī)，到現(xiàn)在取得了很大的發(fā)展，已經(jīng)有300M的高速單片。
（2）單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)按照類型區(qū)分，分為以下3種應(yīng)用方向：通用型的單片機(jī)是能滿足大多數(shù)產(chǎn)品的控制電路；總線型單片機(jī)在一個(gè)芯片的周圍有很多引腳，大大節(jié)省了單片機(jī)系統(tǒng)的體積；控制型單片機(jī)大多專用型強(qiáng)，引腳和接口比較集中。當(dāng)然，一種單片可能滿足以上兩種應(yīng)用領(lǐng)域或多種應(yīng)用領(lǐng)域。
（3）單片機(jī)的特點(diǎn)。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：可靠性強(qiáng)，持續(xù)工作時(shí)間很長；結(jié)構(gòu)簡單，對操作人員要求低；對數(shù)據(jù)處理速度快；工作電壓低，對能源的消耗??；對工作環(huán)境的要求低。由于以上的優(yōu)良特性，單片機(jī)被廣泛應(yīng)用在智能卡、智能家電、智能汽車和攝像等領(lǐng)域。
（4）單片機(jī)的工作條件。單片機(jī)的工作條件主要分為以下三個(gè)：電源、復(fù)位和時(shí)鐘晶振。當(dāng)單片機(jī)發(fā)生故障時(shí)，需要對這三個(gè)條件進(jìn)行檢查，在排除工作條件后，再對單片機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行檢查。
二、智能小車的設(shè)計(jì)要求
因?yàn)榇舜沃悄苄≤嚨脑O(shè)計(jì)主要是對智能汽車領(lǐng)域的一種研究探討，所以此次研究暫時(shí)不考慮其性價(jià)比和美觀等影響用戶購買的因素，主要考慮其構(gòu)造的合理性。在構(gòu)造上，主要由三個(gè)模塊構(gòu)成，分別是主要控制模塊、驅(qū)使運(yùn)動(dòng)模塊和躲避障礙模塊。主控模塊主要負(fù)責(zé)智能小車的行駛路線的選擇，對小車的控制系統(tǒng)輸入電信號；驅(qū)動(dòng)模塊主要負(fù)責(zé)小車的快速停止、快速啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；躲避障礙模塊利用傳感器對行駛環(huán)境進(jìn)行獲取和傳遞，再通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出躲避障礙的命令，這是智能小車的系統(tǒng)核心。其中，控制器在硬件方面極為重要，軟件設(shè)計(jì)的合理則包括程序和設(shè)計(jì)兩部分。
在軟件設(shè)計(jì)上，主要由主程序、行駛中斷程序、驅(qū)動(dòng)程序和速度調(diào)整程序構(gòu)成，由軟件對硬件進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)對外界環(huán)境和小車本身的信息監(jiān)察、采集傳輸、分析和控制。軟件設(shè)計(jì)的原理是，將傳感器利用紅外線和聲波探測到的信息進(jìn)行傳輸，單片機(jī)接受信息后進(jìn)行運(yùn)算，在這一過程中需要用到藍(lán)牙、WIFI等信息傳輸功能，本次設(shè)計(jì)主要采用WIFI這一功能。在驅(qū)動(dòng)電路中，要注意設(shè)置一個(gè)外接電阻，這一電阻用于檢測輸電量的變化，并將數(shù)據(jù)信息傳輸給控制端，這樣一來，即使電壓偏低，WIFI智能小車也能夠運(yùn)行，還要注意盡量減少其他信號的干擾，這就需要有兩個(gè)控制點(diǎn)。在軟件上，要使用開放源碼操作，加強(qiáng)信息的交流互通，實(shí)現(xiàn)信息傳遞的完整準(zhǔn)確。
三、智能小車的設(shè)計(jì)方案
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
路由器接收電腦和其他終端設(shè)備發(fā)送指令，將由攝像機(jī)的視頻信號采集傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端設(shè)備；單片機(jī)最小系統(tǒng)是智能小車的控制中心，控制模塊的協(xié)調(diào)工作；驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，可使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，從而使車體產(chǎn)生前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作；電動(dòng)機(jī)的作用，使整個(gè)車體的運(yùn)動(dòng)；電平轉(zhuǎn)換電路是3.3V串行級路由器的輸出轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可確定高低電平；電源電路作用是為整個(gè)小車系統(tǒng)供電，舵機(jī)制作成云臺(tái)，然后裝上攝像頭，使攝像頭可實(shí)現(xiàn)。主程序框圖圖1。
3.2整機(jī)工作原理
計(jì)算機(jī)終端通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)連接到路由器，然后通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件向路由器發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)。接收的路由器通過串口軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送路由器89C52單片機(jī)串口接收命令和數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收到相應(yīng)的指令，這些指令如：驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)、蜂鳴器、照明電路開關(guān)等。視頻信號通過攝像頭發(fā)送到計(jì)算機(jī)終端，攝像頭采集的視頻信號顯示在應(yīng)用軟件中。
3.3攝像頭的工作原理
攝像頭的工作原理大致是：景物通過鏡頭（Lens）的光學(xué)圖像產(chǎn)生投射到圖像傳感器的表面，然后轉(zhuǎn)換成電信號通過A/D（ADC）轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理器（DSP）處理，然后通過USB接口過程中的計(jì)算機(jī)，你可以通過顯示器看到的圖像。我們在這里把攝像頭連接在路由器的USB接口上，通過路由器上的攝像頭驅(qū)動(dòng)軟件使攝像頭工作，并通過路由器將WIFI視頻信號發(fā)送出去。計(jì)算機(jī)接收視頻信號，然后通過控制軟件接口顯示圖像。
四、智能小車的設(shè)計(jì)內(nèi)容
在設(shè)計(jì)時(shí)，主要分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：
（1）動(dòng)力控制設(shè)計(jì)。其工作電壓偏高，可達(dá)50V以上，功率也較大，一般可達(dá)30w。這就要求氣動(dòng)力控制系統(tǒng)要有足夠的電壓，所以我們選擇兩個(gè)高電壓橋式驅(qū)動(dòng)器。
（2）電源設(shè)計(jì)。電源除了要給動(dòng)力系統(tǒng)提供電壓外，還需要為信號接收系統(tǒng)、信號傳遞系統(tǒng)提供電力，電源線路分為正壓和負(fù)壓。還需要注意一點(diǎn)，電源的電壓要穩(wěn)定，除了選擇好的電源外，可以添加微型變壓器進(jìn)行穩(wěn)壓。
（3）傳感器設(shè)計(jì)。在對外界信息和小車本身運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集上，主要采用紅外線攝像頭進(jìn)行。攝像頭采集圖像信息，通過單片機(jī)處理成為計(jì)算機(jī)語言信息，通過WIFI傳達(dá)給計(jì)算機(jī)后進(jìn)行處理運(yùn)算，再將處理后的數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)，完成對小車的遠(yuǎn)程控制。主要采用A/D轉(zhuǎn)換器，降低了電路成本，將復(fù)雜的電路進(jìn)行簡單化處理，方便后期檢測排查故障。
（4）軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)是對信息處理模塊的設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)是WIFI智能小車的設(shè)計(jì)核心。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，控制端軟件和小車車體程序要同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)完美對接?？刂贫塑浖饕捎肑ava語言，在主程序上，主要實(shí)現(xiàn)定時(shí)器、中斷程序等初始化功能，在子程序上實(shí)現(xiàn)其他控制，如加速，躲避障礙等；小車車體上的程序要滿足對控制端的信息接收外，還有對車體的運(yùn)行發(fā)出指令，控制電壓電流、行駛方向等行駛要求。這些程序相互關(guān)聯(lián)，共同運(yùn)轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)對智能小車?yán)肳IFI進(jìn)行遠(yuǎn)端控制。
智能小車應(yīng)用價(jià)值
通過此次設(shè)計(jì)，我們的智能小車技術(shù)得以彰顯價(jià)值，進(jìn)而提出對智能汽車領(lǐng)域的類似的技術(shù)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對我國智能汽車領(lǐng)域的幫助；除了智能汽車，在其他領(lǐng)域也具有一些微弱幫助，另外，這種智能小車，通過改進(jìn)，如加大體型，添加工作部件，可以為一些智能化領(lǐng)域提供幫助，如智能種植等。
單片機(jī)被廣泛應(yīng)用在各種智能化領(lǐng)域，在本次設(shè)計(jì)中，我們將單片機(jī)與WIFI智能小車結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能小車的設(shè)計(jì)，對其他智能領(lǐng)域具有一定的借鑒價(jià)值。希望我國在智能化的道路上穩(wěn)步向前。
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