基于wif i和组态技术的舵机远程控制系统设计与实现

作者/顾敏鑫、陶杰，苏州农业职业技术学院

基于wif i和组态技术的舵机远程控制系统设计与实现

作者/顾敏鑫、陶杰，苏州农业职业技术学院

本文利用wifi技术设计一ASMC-03大扭矩舵机远程操控系统，采用 LAPIS的ML610Q496作为MCU制作远程驱动终端，使用USR C210WiFi模块实现wifi通信、TLC5618 DAC控制舵机，并定义了上层通信协议，编写程序，利用组态王设计操作界面，并和数据库联接，实现远程操控舵机和舵机角度查询。

组态技术；wif i；ML610Q496；远程驱动

ASMC–03大扭矩舵机模块，可用于机器人、机械臂、阀门控制，摄像机云台控制等方面，本项目将其用于远程摄像机底座控制，实现远程调节摄像机视角功能。可采用模拟/脉冲两种方式控制。本项目采用模拟电压模式控制，输入电压为0–5V，0.22V对应0゜，4.78V对应300゜。

1.系统设计

整个项目设计方案如图1所示,由监控终端、驱动终端、AP、数据库服务器等组成系统。监控终端通过互联网连接AP，AP与驱动终端之间通过无线网通信，监控终端可远程发指令给驱动终端操控电机，并可通过指令查询舵机的位置数据，存储在数据库服务器，监控终端可查询实时数据和历史记录。

图1 系统示意图

2.驱动终端硬件设计

驱动终端电路主要包括MCU、wif i模块、ADC模块，以及辅助的接口连接电路。MCU与wif i模块通过串口通信，接入wif i。MCU通过I2C与DAC模块通信，通过DAC输出电压，控制舵机驱动模块，硬件组成如图2所示。

图2 硬件组成示意图

驱动终端的MCU采用 LAPIS的ML610Q496,采用5V电压供电，可提供的接口有UART(5通道)、SPI(1通道)、I2C(1通道)。限于篇幅，其最小系统的电路图可参考相关手册资料[2]

Wif i模块采用USR–C210，提供串口与wif i的转换功能，其与MCU之间通过串口连接[3]。因该模块采用3.3V电压供电所有与MCU的串口之间需要加接电压转换电路，其与MCU的电路图如图3所示，包括WRXD、WTXD；以及复位端WREST，用于模块复位， 低电平有效，拉低至少100ms。

图3 wifi模块电路图

本项目采用 DAC模块，可实现双路12位的DAC，采用5V电压供电。MCU与TLC5618DAC模块采用I2C总线通信，实现DAC模拟量输出控制。

3.驱动终端软件设计

就整个系统而言，经过互联网、AP、wif i模块和串口的传送，在MCU和远程上位机之间进行数据透传，为了统一上层数据的含义，制定了上层通信协议，定义的格式如下：

表头(1B)地址码(4B)分割码(1B)命令码(1B)数据长度(1B)传送数据(≤256B)和校验(1B)表尾(1B)68 A0 A1 A2 A3 68 CMD LEN D0～Dn CS 16

其中，LEN 为需要传送的数据长度，占用1B，如果不需要传送数据，LEN=0；D0～Dn 为传送的数据，低位在前、高位在后，不超过256字节。 上层通信协议支持1条查询指令、1条控制指令。查询指令的命令码CMD为0x01，用来获取相应的舵机数据。数据长度为 0x00；对应的返回数据帧命令码CMD为0x01，数据长度为1，数据为HEX，表示当前舵机的角度，范围在0～180°。

控制指令的命令码CMD为0x02，用来控制相应的舵机转动。数据长度为 0x10；数据内容为 C0 C1两个字节，其中C0 为控制使能：0不控、1使能控制；C1为HEX，表示0～180°的控制角度；对应的返回数据帧命令码CMD为0x02，数据长度为1，数据为HEX，表示当前舵机的角度，范围在 0～180°。

具体组帧时，采用数组g_Wif i Buf [ ]实现，图4所示为返回数据帧组帧的流程图，用于查询和设置后的返回数据，g_add[4]为节点地址，g_servoAngle[6]为当前舵机角度；GetChecksum（g_Wif i Buf [0]，pos）为和校验函数，从数组g_Wif i Buf [0]起始，共有pos个字节相加产生和校验码。

另外，本项目没有采用wif i模块提供的自带心跳包功能，在应用层利用上层通信协议自定义了心跳帧，每隔2s发送，定义其命令码CMD为0xFE，上传数据内容是当前心跳包计数值。

整个终端模块的主流程分为四个阶段，包括开机处理、初始化、主循环任务、各子任务分解。系统流程图如图5所示，开始阶段单片机开机初始化，主要进行上电自检、芯片startup等工作。而后进行硬件初始化，包括各引脚的配置、RAM、Flash、串口通信等方面的参数设置，主流程中采用查询方式，根据串口中断的处理情况，进行上位机查询和控制命令处理；根据2s定时中断标记，发送心跳包和处理响应情况。

4.上位机软件及组态王操作界面设计

操作界面采用组态软件Kingview7.0，设计操作和监控界面。数据库采用mySQL5.5，当操作界面有动作，命令舵机转动或查询舵机角度，则将给定角度和查询时间刷新，写入mySQL数据库中对应的实时数据表，并通过触发器在操作记录表中插入一条操作记录。上位机软件采用c#编程，每隔1s从操作记录表中读取最新操作记录，判断是否有新的操作，并根据上层通信协议组帧，下发给驱动终端，并接受驱动终端的返回数据，写入数据库内；同时每隔2s，接收上传的心跳帧进行处理。

图4 上层帧组帧流程图

操作界面涉及的各个参数，主要包括各个舵机的位置设定值、实时角度，以及操作按钮、查询按钮对应的开关量，在上位机系统的ODBC数据源管理器中添加mySQL数据库驱动程序后，通过组态软件工程浏览器中提供的SQL访问管理器工具，创建记录体，将变量与数据库表中对应的字段联接，并在组态画面的命令语言中利用组态软件提供的SQLConnect、SQLUpdate等数据库访问函数编程，即可实现组态界面访问数据库的功能[4]。

图5 系统流程图

5.系统调试

根据手册，在局域网内检测调试，在USR–C210web设置页面中，先设置wif i参数，设置wif i组网方式为STA，设置AP的网络名称和密码，IP地址为192.168.1.101；在透传参数设置中，先根据驱动终端规定的串口协议设置串口参数，而后将工作模式为透传，SocketB协议设为TCP–Client，根据上位机的网络编程设定端口为5555，选取服务器所在地址192.168.1.200，将上位机作为服务器，设置IP地址，查看数据库和操作界面，通过测试，系统能够实现预期的控制效果，满足监控需要。

＊ [1] 陶杰,聂琼,过琦芳.基于zigbee与PLC的圈舍环境监控系统设计与实现[J].江苏农业科学 2015(43)：458-462.

＊ [2] 高新,张俊哲,耿春丽.基于ML610Q496掉电事件采集器的设计.电测与仪表2016(53):50-53

＊ [3] 杨玲,朱江,程勇,刘秋玥.基于安卓的无线体征信息监测系统设计与实现.电子测量技术2015(38):121-124

＊ [4] 孙明革,朱喜林.基于组态王软件下的SQL数据库技术.控制系统2006(22):109-111

苏州农业职业技术学院优秀毕业论文资助项目（LWXT201710）