远程视频探测小车机器人系统的设计

胡兴梅，邹奇朋，杨文任，李子桦

（天津科技大学，天津 300222）

远程视频探测小车机器人系统的设计

胡兴梅，邹奇朋，杨文任，李子桦

（天津科技大学，天津 300222）

文章设计了一种基于STC11F32XE的无线远程视频智能小车机器人—WiFiRobot。它集环境感知、信息反馈、远程控制等功能为一体，并力图利用计算机网络实现一个廉价、灵活、开放、可扩展的互交系统。

WiFiRobot；STC11F32XE；远程控制

WiFi是一种可以将个人电脑、手机设备等终端以无线方式相互连接的技术，它具有组网方便、易于扩展、传输速度快等特点，有很广阔的发展前景［1］。WiFiRobot是一种基于WiFi的无线远程智能机器人，利用WiFi无线网络作为数据载体，实现控制数据、视频数据传送从而实现控制小车和视频监控等功能，它是集远程无线通讯、视频传输、数据采集、多向机械云台、灯光控制、动力四驱、摄像头云台等功能为一体的多功能智能遥感机器人，以高速MCU为数据处理中心，可通过电脑、智能手机等设备进行远程控制，可实现多种扩展功能［2］。

1 基本原理

该机器人的工作过程为：操作员利用电脑端上位机C#编程，并且C#可移植性好，通过上位机编写的程序通过WiFi无线网络连接到小车的WiFi路由模块上，路由器通过ser2net把数据包解开，然后转发到路由器串口，该系统采用STC11F32XE单片机作为处理器，通过STC11F32XE单片机与路由器建立串行通信，便能利用路由器的串口数据进行控制电机的工作状态。同时，安装在机器人上的传感器和摄像头可以通过 WiFi 路由将采集到的数据反向传递给上位机，从而实现上位机和下位机之间的双向通信，以便操作员实时了解机器人周围的环境，并根据环境情况发出指令控制机器人执行相应的任务，实现交互式操作。

2 硬件设计

硬件框架主要分成下位机平台和WiFi模块两部分。

下位机平台是利用MCU最小系统通过控制板来控制摄像头、4路电机、视频云台、超声波雷达、温湿度传感器以及各种模块来实现指令功能。其中摄像头采用的是高清晰度的摄像头进行探测，可以满足0°～180°旋转，并且能够通过远程操作关闭或打开，通讯接口为USB接口协议，云台由两个S3003数字舵机及其他辅助材料构成。采用的超声波雷达方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的性能，可以很好地用于测距。

另一部分的WiFi模块，此WiFi智能小车机器人使用操作系统为OpenWrt的无线路由器作为通讯，它提供了一个完全可写的文件系统，从应用程序供应商提供的选择和配置，并允许自定义的设备，以适应任何应用程序，它使得信号覆盖范围可以做到很广，并且摄像头可以直接挂载到路由器上，也就是可以通过路由器直接驱动，十分方便。该无线路由器具有尺寸较小，供电电压低，携带方便等特点，它的供电电压只有5V。OpenWrt路由器选择OpenWrt作为操作系统，把摄像头采集的现场照片通过网络发送给远端的上位机，同时也可将上位机发出的指令通过串口转发给MCU单片机控制系统。硬件系统图如图1所示。

图1 硬件系统图

3 软件设计

软件部分是机器人智能化的体现，主要完成视频采集、数据传输等功能。上位机软件实时控制机器人运动，下位机软件通过接收来自上位机的命令，从而执行相应操作，而连接上位机和下位机之间的纽带就是通信协议。软件部分包括通信协议，客户端控制软件和下位机软件。在此主要介绍通信协议和上位机的开发。

3.1 通信协议

为了防止通信干扰过大，上位机采用数据格式传送指令，格式包括包头、类型位、命令位、数据位和包尾，不含校验位，其通信协议规定如表1所示。

表1 通信协议规定表

3.2 上位机软件

关于控制平台，我们使用C#语言编写上位机客户端界面，并利用TCP/IP提供Socket编程接口，实现了上位机和路由器之间的数据通信［3-4］。客户端包括了一个主窗口和配置对话框。主窗口中包括了视频显示部分、按钮控制部分及雷达扫描部分，作用分别是显示实时回传视频、控制机器人运动及显示周围障碍物；配置对话框用来完成WiFi参数设置和控制指令设置。上位机通过Socket以字节的方式向小车机器人发送控制指令，同时接收摄像头回传的视频流并在主窗口的视频显示区中实时显示出来。另外，控制指令只需配置一次即可，无须重复操作。我们还定义了10个基本控制指令，用于检测控制指令是否执行，这样就可以在主窗口中直接通过键盘触发，控制了电机各个方向的驱动，并且增加了车灯的亮灭功能，经过测试，上位机软件运行顺利。

3.3 下位机软件

关于下位机，我们采用的是STC公司超强抗干扰、高速、低功耗的STC11F32XE芯片，并与8051系列单片机的指令代码兼容。因此，我们采用Keil uVision4编写下位机程序。下位机程序主要包括：电机的驱动、舵机控制及定时器中断等。路由器接收到来自上位机的指令，并转发给下位机。下位机接收并执行相应的指令，最终实现电机驱动、摄像头舵机控制、车灯控制等功能。

4 结语

经过测试和实际运行结果显示，远程视频探测机器人实现了利用上位机对其进行远程操作与控制，运行稳定，并能及时通过WiFi路由网络向上位机机发送采集到的数据或图像。探测机器人各项功能的实现证明了系统软、硬件设计的可行性。使用STC11F32XE微处理器和OPenWrt操作系统增强了探测机器人的智能化水平，确保了对机器人运行速度和转向控制的精确性［4］。这种小车机器人的研发能够广泛地应用在校园安全防护、环境监测等领域，对我们未来的生活意义重大。智能机器人的发展和先进的检测技术之间有着密切的联系，具有广阔的发展前景。

［1］HSUM L，WEIYAN W，SHUNFENG S，et al.A merged fuzzy neural network and its application in battery state of charge estimation［J］.Energy Conversion，2007（3）：697-708.

［2］张学武，何玉钧.基于WiFi的远程视频传输智能机器人设计［D］.保定：华北电力大学，2013.

［3］ION L，POL L.Texas Instruments Incorporated-Battery Gas Gauge IC for（bq27210）［M］.Texas：Texas Instruments，2012.

［4］Texas Instruments Incorporated.Mixed signal microcontroller（MSP430G2x01）［M］.Texas：Texas Instruments，2011.

Design of remote video detection car robot system

Hu Xingmei，Zou Qipeng，Yang Wenren，Li Zihua

（Tianjin University of Science and Technology，Tianjing 300222，China）

A wireless remote video intelligent car robot—WiFiRobot based on STC11F32XE MCU is presented in the paper.It integrates the functions of environment perception，information feedback，remote control and so on，and tries to realize an inexpensive，flexible，open and extensible interaction system through computer network.

WiFiRobot；STC11F32XE；remote control

2015年天津市大学生创新创业训练计划项目结题项目；项目编号：201510057110。

胡兴梅（1993—），女，陕西安康。