无线通信的环境侦测车设计
摘 要对于已知环境侦测、未知环境探索、反恐防化一类的特殊场合，以此工作的人们随时可能会遇到各种各样的危险，由于对危险的无法预知，它所造成的影响也是难以预估的，极有可能会导致重大情报的流失、工作人员的伤亡、造成环境恶化等情况。针对这种工作人员进入随时可能会付出生命危险的区域，特此设计本侦测小车，该侦测小车能够在电脑端或手机端通过摄像头实时监视当下环境,然后在远程控制的情况下顺利始达目的地完成对该地的侦测任务，可以极大地保障了工作人员的人身安全，从而得到准确的情报，以避免会造成环境的恶化现象。现在随着社会对智能化这一词的理解不断深入，智能化影响下的智能产品在日益增多，从而使得数据传输技术、无线视频监控技术、嵌入式开发技术得到了快速的发展。与此同时，无线网络通信技术、多媒体传输技术、视频图像采集技术也对智能化的发展和应用产生了较大的影响。对于嵌入式处理器的研究的设计这些年来发展迅速，它因为具有功耗低、体积小、经济实用、性能稳定的特点，因此越来越多的技术都朝着与嵌入式相结合的方向发展。此次设计就是应用了嵌入式的开发模式，将图像采集、图像处理、数据传输、无线通信、图像显示、远程遥控、传感器信息采集处理相结合，设计出可以应用在侦测各类危险环境的前沿侦查中，从而达到保护工作者的目的。
目 录
1绪论 1
1.1研究现状和发展趋势 1
1.2本设计的研究内容 1
2系统总体方案设计 3
2.1系统结构设计 3
2.2系统工作原理 4
3系统硬件电路设计 6
3.1 STM32单片机最小系统电路设计 6
3.2温湿度检测电路设计 9
3.3超声波避障电路设计 11
3.4红外避障电路设计 12
3.5视频图像采集电路设计 13
3.6 WIFI无线传输电路设计 17
3.7电机驱动电路设计 20
3.8电机电路设计 20
3.9舵机电路设计 21
3.10电源电路设计 22
4系统软件设计 24
4.1单片机软件设计 24
4.1.1运行主程序设计 24
4.1.2初始化子程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
25
4.1.3小车运行子程序 26
4.1.4温湿度设定和采集子程序 26
4.1.5视频图像采集子程序 27
4.1.6避障功能子程序设计 29
4.1.7舵机控制子程序 30
4.2移动控制端软件设计 30
4.2.1手机或电脑APP软件设计 30
4.2.2监控图像显示软件设计 31
4.2.3温湿度显示程序 32
4.2.4控制指令编码模块软件设计 32
4.2.5小车转向控制指令 33
5系统测试与分析 35
5.1环境侦测车系统测试 35
5.2测试结果分析 36
6总结与展望 38
6.1课题总结 38
6.2课题展望 38
参考文献 39
致 谢 41
附 录A 42
附 录B 46
1绪论
1.1研究现状和发展趋势
在20世纪70年代末，科学家们对移动机器人的研究设计又出现了新的起点，特别是在20世纪80年代中期，电子设计爱好者们将对设计移动机器人的浪潮推向全世界。而我国对于移动机器人的研究起步相比与其他发达国家较晚许多，但是我国对它的研究进步非常之快，现在已经在工业、智能机器人的各个领域取得了较优异的成果。
在当下世界上对于搭配移动智能机器人的无线网络研究普遍的分为两个极端，一种是高端的应用，一种是低端的射频控制。因为随着智能手机的普及率越来越高，所以基于WIFI控制的智能设备也有了新的控制中心，即可以应用手机APP通过WIFI实现远程的数据通信，采用WIFI进行通信可以实现即时性的、大数据量的传输。现在国内外应用更多的是单点的通信上面，也就是点对点数据通信，WIFI控制与红外通信在通信方式上类似。蓝牙模式的通信则是更多的应用在较短距离点对点的通信上，相比于蓝牙、红外通信，WIFI通信具有较远距离的通信距离，其实在理论上来讲，只要两点之间都具有网络，那么理论上WIFI的控制距离是可以任意远的。
1.2本设计的研究内容
本设计为基于无线通信的环境侦测车，它是一种利用电脑或手机远程控制小车运动的无线WIFI视频小车设计，可具体划分为三个大部分。其一是通过STM32作为主控制器来控制电机驱动输出口，从而驱动小车直流电机的正和反转，以及控制舵机的正和反转，进一步达到控制环境侦测车的各类运动状况，以及驱动舵机的运动使得摄像头采集到目标的准确视频信息，这样就完成了最重要的环境侦测车电机设计部分；其二环境侦测小车上的搭载的摄像头将所拍摄到的视频图像信号通过WIFI信号的形式传送给电脑或手机上进行准确、实时的视频图像显示，这样就实现了信息传输部分； 其三是将电脑或手机遥控端产生的控制信号传给总控器STM32主控制器，STM32主控器将以PWM波驱动控制电机运作，这样就可以达到电脑或手机控制环境侦测车运动的部分。
整个系统的设计思想可分为三个部分：硬件电路设计、软件程序设计和硬件电路软件程序联调。
（1）硬件电路设计主要是系统的整个电路设计，包括STM32单片机系统电路、温湿度采集电路、视频图像采集电路、WIFI无线传输电路、电机驱动电路，视频图像显示电路、电机驱动电路的设计；
（2）软件程序设计是软件程序开发平台上编写出驱动程序可以驱动各个电路，软件程序设计主要分成三大部分：一是设计编写STM32主控制器的系统主程序；二是编写STM32主控制器的各个子程序作为各电路驱动；三是设计电脑APP以及手机APP可以作为整个系统的控制端；
（3）完成系统电路的总体设计进行软件程序硬件电路联调。首先实现预定功能，之后可以键入新功能使整个系统设计更加完善。 2系统总体方案设计
2.1系统结构设计
本设计的设计原理是通过WIFI来传输数据，将遥控端的控制信号通过WIFI传输给接收端，接收端口收到控制信号后，经过解析后就可以进行相应的动作。本设计的应用场景是在未知环境情况的场所，采用远程控制的方式可以实现对周围环境的监控，经过摄像头将当前环境实时数据传输回去，应用传感器检测当前环境如温度、湿度、气体含量等。整体电路设计有STM32单片机芯片、温湿度采集电路、视频图像采集电路、WIFI无线传输电路、电机驱动电路，视频图像显示电路、电机电路、舵机电路、电源电路设计等几部分。整体设计框图如图2.1所示，主要内容如下：
目 录
1绪论 1
1.1研究现状和发展趋势 1
1.2本设计的研究内容 1
2系统总体方案设计 3
2.1系统结构设计 3
2.2系统工作原理 4
3系统硬件电路设计 6
3.1 STM32单片机最小系统电路设计 6
3.2温湿度检测电路设计 9
3.3超声波避障电路设计 11
3.4红外避障电路设计 12
3.5视频图像采集电路设计 13
3.6 WIFI无线传输电路设计 17
3.7电机驱动电路设计 20
3.8电机电路设计 20
3.9舵机电路设计 21
3.10电源电路设计 22
4系统软件设计 24
4.1单片机软件设计 24
4.1.1运行主程序设计 24
4.1.2初始化子程序 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
25
4.1.3小车运行子程序 26
4.1.4温湿度设定和采集子程序 26
4.1.5视频图像采集子程序 27
4.1.6避障功能子程序设计 29
4.1.7舵机控制子程序 30
4.2移动控制端软件设计 30
4.2.1手机或电脑APP软件设计 30
4.2.2监控图像显示软件设计 31
4.2.3温湿度显示程序 32
4.2.4控制指令编码模块软件设计 32
4.2.5小车转向控制指令 33
5系统测试与分析 35
5.1环境侦测车系统测试 35
5.2测试结果分析 36
6总结与展望 38
6.1课题总结 38
6.2课题展望 38
参考文献 39
致 谢 41
附 录A 42
附 录B 46
1绪论
1.1研究现状和发展趋势
在20世纪70年代末，科学家们对移动机器人的研究设计又出现了新的起点，特别是在20世纪80年代中期，电子设计爱好者们将对设计移动机器人的浪潮推向全世界。而我国对于移动机器人的研究起步相比与其他发达国家较晚许多，但是我国对它的研究进步非常之快，现在已经在工业、智能机器人的各个领域取得了较优异的成果。
在当下世界上对于搭配移动智能机器人的无线网络研究普遍的分为两个极端，一种是高端的应用，一种是低端的射频控制。因为随着智能手机的普及率越来越高，所以基于WIFI控制的智能设备也有了新的控制中心，即可以应用手机APP通过WIFI实现远程的数据通信，采用WIFI进行通信可以实现即时性的、大数据量的传输。现在国内外应用更多的是单点的通信上面，也就是点对点数据通信，WIFI控制与红外通信在通信方式上类似。蓝牙模式的通信则是更多的应用在较短距离点对点的通信上，相比于蓝牙、红外通信，WIFI通信具有较远距离的通信距离，其实在理论上来讲，只要两点之间都具有网络，那么理论上WIFI的控制距离是可以任意远的。
1.2本设计的研究内容
本设计为基于无线通信的环境侦测车，它是一种利用电脑或手机远程控制小车运动的无线WIFI视频小车设计，可具体划分为三个大部分。其一是通过STM32作为主控制器来控制电机驱动输出口，从而驱动小车直流电机的正和反转，以及控制舵机的正和反转，进一步达到控制环境侦测车的各类运动状况，以及驱动舵机的运动使得摄像头采集到目标的准确视频信息，这样就完成了最重要的环境侦测车电机设计部分；其二环境侦测小车上的搭载的摄像头将所拍摄到的视频图像信号通过WIFI信号的形式传送给电脑或手机上进行准确、实时的视频图像显示，这样就实现了信息传输部分； 其三是将电脑或手机遥控端产生的控制信号传给总控器STM32主控制器，STM32主控器将以PWM波驱动控制电机运作，这样就可以达到电脑或手机控制环境侦测车运动的部分。
整个系统的设计思想可分为三个部分：硬件电路设计、软件程序设计和硬件电路软件程序联调。
（1）硬件电路设计主要是系统的整个电路设计，包括STM32单片机系统电路、温湿度采集电路、视频图像采集电路、WIFI无线传输电路、电机驱动电路，视频图像显示电路、电机驱动电路的设计；
（2）软件程序设计是软件程序开发平台上编写出驱动程序可以驱动各个电路，软件程序设计主要分成三大部分：一是设计编写STM32主控制器的系统主程序；二是编写STM32主控制器的各个子程序作为各电路驱动；三是设计电脑APP以及手机APP可以作为整个系统的控制端；
（3）完成系统电路的总体设计进行软件程序硬件电路联调。首先实现预定功能，之后可以键入新功能使整个系统设计更加完善。 2系统总体方案设计
2.1系统结构设计
本设计的设计原理是通过WIFI来传输数据，将遥控端的控制信号通过WIFI传输给接收端，接收端口收到控制信号后，经过解析后就可以进行相应的动作。本设计的应用场景是在未知环境情况的场所，采用远程控制的方式可以实现对周围环境的监控，经过摄像头将当前环境实时数据传输回去，应用传感器检测当前环境如温度、湿度、气体含量等。整体电路设计有STM32单片机芯片、温湿度采集电路、视频图像采集电路、WIFI无线传输电路、电机驱动电路，视频图像显示电路、电机电路、舵机电路、电源电路设计等几部分。整体设计框图如图2.1所示，主要内容如下：
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