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(多图) 采用Cortex-M3单片机设计的WiFi物联网小车

汤莉莉?? 黄伟?? 王春波?? 方规?? 湖北大学知行学院?? 湖北航天技术研究院总体设计所?? 2014年11月27日 ?? 收藏5

WiFi物联网小车设计方案，采用电脑上位机软件通过无线WiFi 控制小车的运动，采集小车的信息。与传统的“智能小车”相比，主要特点在于使用32 位高性能单片机控制、互联网通信机制和电脑上位机软件控制。此方案融合了电脑软件、网络通信、图像处理、图形显示、运动控制、速度采集和温度采集等技术，具有“物联网”的相关特点。传统的小车控制大多使用红外通信，使用遥控器进行控制，不但受到距离的限制，而且远没有电脑软件直观美观。互联网通信使小车具备远程控制的能力，这是红外通信望尘莫及的。此外，本方案小车控制芯片采用Cortex-M3单片机，该单片机具有极丰富的外设，这给小车以后功能升级和扩展奠定了基础。

1 总体设计方案

WiFi 物联网小车设计方案需要达到的目的是使用电脑软件(简称上位机)通过互联网与小车控制端(简称下位机) 进行通信，从而控制小车的运动，采集小车的速度、温度以及视频监控等功能。总体设计方案如图1 所示。图中有2 种通信模式可选，其中“WiFi 局域网小车控制”是采用局域网的方式，将上位机、无线路由器和小车组成一个局域网，实现上位机控制小车的目的。“互联网远程小车控制方案”是采用远程互联网的方式，将上位机与小车组成一个互联网，从而实现远程控制小车的目的。2 种方案的技术类似，由于受到实验条件的限制，本设计以局域网小车控制为例进行讲解说明。

图1 总体方案设计

从通信的角度来讲，无线路由器是上位机和下位机的数据中心，上位机通过Winsocket 套接字编程创建一个网络接口与路由器进行连接，小车端通过一个串口转WiFi 模块，将串口数据通过WiFi 模块转换成WiFi 信号与路由器交互。此过程中，上位机和下位机WiFi 模块均有一个独立的局域网IP 地址。通过这个IP 地址上位机和下位机便可以实现网络通信。

从控制的角度来讲，上位机是小车的控制中心，上位机通过“按键”发出指令给小车，小车收到指令后回传相关数据给上位机，上位机收到小车回传的数据，经过解析，将其显示出来。

1.1 上位机软件设计

上位机主要功能是控制小车运动，显示小车的速度、周围的温度以及小车采集的摄像。如图2 所示，这些功能由2 个线程来完成分别是“图像、声音处理线程”和“小车运动控制，速度、温度采集线程”等。前一个线程主要负责接收并处理有小车WiFi摄像头传过来的图像信息和音频信息，此部分主要涉及到DirectShow 相关技术。后一个线程主要负责小车运动的控制，包括“前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速、转向灯和喇叭”以及接收处理小车回传的温度和速度信息等，并用虚拟图表显示出来。上位机软件2 个线程都创建了一个互不相干的套接字，前者用于与小车WiFi 摄像头进行数据交互，后者用于与小车串口转WiFi 模块进行数据交互。

图2 上位机软件设计方案