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智能无线探测小车控制系统设计

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第39卷第1期辽宁工业大学学报(自然科学版)V ol.39, No.1 2019年2 月Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Feb. 2019收稿日期：2018-05-29基金项目：辽宁省大学生创新创业训练计划项目(201710154000119)作者简介：庄咸乐(1995-)，男，江苏宿迁人，本科生。

王春霞(1978-)，女，辽宁锦州人，高级实验师，硕士。

DOI:10.15916/j.issn1674-3261.2019.01.004智能无线探测小车控制系统设计庄咸乐，王春霞，邹正杰，韩放，赵越岭（辽宁工业大学 电气工程学院，辽宁 锦州 121001）摘 要：针对某些恶劣、危险环境下的探测工作，设计了智能无线探测小车控制系统。

以STM32单片机为核心控制器，通过遥控器控制小车的运动和车载摄像头旋转，同时小车采集恶劣环境中温湿度、气体浓度等参数，并将采集到的数据通过无线方式实时传送至用户监控终端。

二轴云台上的摄像头拍摄周围环境并在用户监控终端的彩色屏幕上显示，实现了无人侦察危险环境的功能。

最后，制作了样机且通过测试验证了包括小车的遥控运行、云台控制、图像传输显示、环境数据采集传输等功能，取得了良好效果。

关键词：STM32单片机；探测小车；无线传输；摄像头中图分类号：TP29 文献标识码：A文章编号：1674-3261(2019)01-0017-04Design of Intelligent Wireless Detection Trolley Control SystemZHUANG Xian-le, WANG Chun-xia, ZOU Zheng-jie, HAN Fang, ZHAO Yue-ling （School of Electrical Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）Abstract:, The intelligent wireless detection trolley control system is designed for the detection work in some harsh and dangerous environment. The STM32 MCU as the core controller is adopted. The trolley motion and the vehicle camera rotation are controlled through the remote controller. At the same time, the parameters of the temperature, humidity and gas concentration in the bad environment are collected. The collected data are transferred through wireless mode to the users’ monitoring terminal. The surrounding environment is captured by the camera on the two-axis cloud terrace and displayed on the color screen of the users’ monitoring terminal. The function in the unmanned reconnaissance of dangerous environment is realized. At last, the prototype is designed and tested to verify the functions of the remote control of the trolley, the control of the cloud platform, the display of image transmission, the data collection and transmission of the environment, and the good results have been obtained.Key words: STM32 MCU; detection trolley; wireless transmission; camera生活中各种自然灾害、意外事故时有发生，如何避免和及时采取有效措施，对灾害后救援工作顺利进行有着重要的意义。

然而，当现场救援人员不能到达，无法对现场进行勘测时，无线遥控小车是解决上述问题的有效途径之一[1-3]。

智能化无线探测小车的设计以STM32F103ZET6单片机作为控制核心[4]，集成了传感器技术、视频采集、电机驱动及无线通信技术，实现对现场环境感知及远程遥控技术融合，应用于军事、民用及科学研究，为人们生活和工作带来了极大的便利。

1 系统设计方案智能无线探测小车由监控终端与探测小车2部分组成。

监控终端部分采用STM32F103ZET6作为主控制器，主要有图传显示、遥控器、环境数据显示与存储3种功能，通过SI4432无线方式与探测小18 辽宁工业大学学报(自然科学版) 第39卷车实现通信。

探测小车同样采用STM32F103ZET6单片机作为主控制器，实现环境气体浓度检测、环境的温湿度检测、摄像头云台控制、图传控制、电机驱动控制等功能，同时通过MPU6050传感器采集当前车身的姿态信息以控制二轴云台来减少图传画面的抖动，行进中无线探测小车解析来自监控终端的控制指令实现环境数据采集。

根据以上性能与指标要求，确定系统总体结构框图如图1所示。

图1 系统总体结构框图2 硬件设计2.1 电机驱动设计设计中无线探测小车的执行机构选用四路直流电机，直流电机接上减速机可以保证最大化小车的扭力输出，四轮分别独立驱动能够使小车获得更强的机动能力，有效克服恶劣环境中各类地形带来的行进困难。

直流电机驱动电路使用L298N 芯片，L298N 是一种高电压、大电流电机驱动芯片，持续工作电流可达2 A ，完全可以满足直流电机稳定运行的需求。

为了能控制每个电机的正反转，设计采用2个驱动芯片驱动4个电机。

设计中在驱动芯片的每一个输出端均设置了上下2个二极管用作钳制电位，以防电机线圈两边在运转过程中产生反电势对L298N 形成冲击，造成芯片的损坏。

直流电机驱动电路如图2所示。

图2 直流电机驱动电路2.2 无线通信电路设计设计中采用无线通信电路来实现探测小车与监控终端之间的数据传输。

在大多数环境探测的场合中，无线探测小车与监控终端之间都有一定距离，又需要考虑到探测现场环境的复杂性，因此设计对无线通讯的有效距离和穿墙性能都提出了较高的要求。

无线通讯选用SI4432模块，该模块通讯距离远，可达上千米，穿墙能力优秀，性价比极高，十分适合本次设计[5]。

2.3 图传选型及控制电路设计图传部分选用5.8 GHz 芯片AM2302，采用局域网IEEE802.11a 标准，传输速率可以达到54 Mbps ，即使在有一定障碍的情况下也能够清晰成像。

由于图传模块功率较大，工作电流达到了200 mA ，而无线探测小车在探测过程中并不需要时刻传输图像，因此为节能设计了继电器电路以控制图传的开关。

2.4 检测电路设计环境探测任务中，无线探测小车只是一个载体，主要执行任务的是探测小车上的各个传感器。

探测人员需要根据实际情况，采用不同类别、型号的传感器。

设计的检测电路部分主要有温湿度检测和空气质量检测功能，温度检测电路采用的是AM2302数字温湿度传感器，可测湿度范围0~99.9% RH ，精度±2% RH ，温度范围为-40~+80 ℃，精度±0.5 ℃。

该款传感器采用单总线协议，能够以数字信号输出采集到的温湿度数据。

AM2302接口电路如图3所示。

第1期 庄咸乐等：智能无线探测小车控制系统设计19图3 AM2302接口电路气体浓度检测部分选用MQ135气体传感器，当该传感器所处环境中存在氨气、硫化物、苯系蒸汽气体或烟雾时，传感器即可将气体浓度转换为与之相对应的模拟电压信号，检测浓度范围为10×106~1 000×106。

MQ135采用模拟电压输出数据数值，因此仅需将MQ135的数据引脚与STM32的AD引脚连接。

2.5 电源电路设计由于遥控器电路、气体浓度检测电路、电机驱动电路所需电压为5 V，而温湿度检测电路、无线通讯电路、液晶显示电路、单片机最小系统等所需电压为3.3 V，此外图像采集电路所需电压为12 V。

故本设计采用12 V锂电池为图像采集电路供电，同时12 V锂电池经三端稳压器件LM7805转换后输出5 V电压，再经过AMS1117-3.3 V稳压器件转为3.3 V电压。

电源电路如图4所示。

图4电源电路2.6 电池电压采集电路设计无线探测小车运行中需要显示当前电池剩余电量，使操作者能实时了解无线探测小车运行状态，保证成功返航。

由于电池电压约为12 V，而AD输入范围为0~3 V，故对采集的电池电压进行信号调理以满足AD输入范围要求，同时在考虑AD输入阻抗的基础上设计了电压跟随器实现信号匹配。

由于无线探测小车采用的是锂电池供电，剩余电量与电池电压不是线性关系，经换算后将电池电压转换为剩余电量百分比以及剩余工作时间，方便操作者了解小车的工作状态。

2.7 其他功能模块电路设计其他功能模块包括STM32F103ZET6最小系统、MPU6050数据采集电路[6]、遥控信号转换电路、电压采集电路、舵机云台、液晶显示电路、数据存储单元等。

STM32F103ZET6最小系统包括复位电路及时钟电路；MPU6050采集无线探测小车运行过程中的车身姿态及抖动信息；由于来自AT9的遥控信号采用的是SBUS协议，经反相处理后转换为标准串口信号；二轴云台采用舵机驱动，能够实现俯仰角与航向角的旋转，根据遥控器给定的视角及车身计算出的姿态保证摄像头的稳定拍摄；液晶显示电路可以显示无线探测小车远程采集到的各类信息，包括温湿度、电池电量等；数据存储单元采用TF卡模块，能够自动按时间保存采集到的环境数据，方便以后调取查看。

3 软件设计系统上电后完成初始化，包括输入/输出端口和时钟、SI4432芯片、定时器、串口通信及ADC初始化等，初始化结束后完成功能程序循环。

控制无线探测小车执行动作包括直流电机动作、云台旋转俯仰动作、图传控制、风扇控制等。

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基于无线控制的智能小车系统的设计毕业设计

基于无线控制的智能小车系统的设计毕业设计

基于无线控制的智能小车系统的设计摘要：本文针对基于无线控制的智能小车的设计和研究，首先对系统的总体设计加以介绍，概括了智能小车的主要作用及其工作模式，并介绍了智能小车的主要元器件；然后详细介绍了系统的硬件以及软件设计，硬件方面，重点研究了温度采集模块、红外避障模块和无线收发模块，软件方面详细讲解了上位机人机交互界面的设计、避障设计以及无线通信的数据处理；最后，总结了系统测试结果并对本设计的发展前景做了概述。

关键词：单片机；上位机；红外线；避障；温度检测；无线通信The intelligent car Based on wireless controlAbstract: In this paper, the overall description of the smart car, which is base on the wireless control, is introduced its design and research. First introduced is the overall design of the system, and describes the major function, operating mode and the main components of the smart car; then analyses the system's hardware and software design in detail. Hardware side, the focus is on the temperature acquisition module, infrared obstacle avoidance module and wireless transceiver module; The software has a detailed account of the host-computer interactive interface design, the design of the obstacle avoidance and wireless communication's data processing; Finally summaries up the test results of this system and has an overview of the prospects for the development of this design.Keywords: MCU; upper computer; Infrared ray; Obstacle avoidance; Temperature detection; Wireless communication1.绪论1.1课题的背景及意义1.1.1课题背景未来是充满科学技术的新时代，而智能化[1]正是科学技术的重要体现。

智能小车无线寻迹控制系统设计

智能小车无线寻迹控制系统设计


面 已 获 得 了 应 用 ，同 时 也 涉 及 到 了 关 于 机 械 学 、光 控、智能小车全程录像拍照实时无线传送等多种功
学、力学、电子科学等多方面专业知识 。 [4-5] 在智能小 能[8-10]，初 步 实 现 了 智 能 化 ，具 有 较 好 的 应 用 性 和 开
车的研究领域，智能小车基于无线操控方式的设计 发空间，适合于相关领域的智能化研究与发展[11- 。 13]
智能交通的控制，缓解城市交通拥堵的压力，降低汽 环境的数据，也可以实现寻迹避障、检测外部环境温
收稿日期：2018-07-24 稿件编号：201807126
度或湿度情况、自动入库等功能 。 [15-16]
基金项目：国家自然科学基金项目（61703242）
作者简介：朱 然（1998—），女，山西大同人。研究方向：电气工程及其自动化专业。 -6-
摘要：文中针对智能小车行驶中巡查拍照的寻迹，采用脉宽调制（PWM）控制方式对驱动电机进行
调 速 ，结 合 传 感 器 技 术 和 电 机 操 控 技 术 等 相 关 技 术 的 应 用 ，设 计 了 一 个 智 能 小 车 无 线 寻 迹 控 制 系
统。该系统以 51duino 单片机为核心控制器，以普通的电机模型车为机械平台，主要设计了智能小
有助于科研人员对智能小车的研究，智能小车自动 如 在 特 定 模 式 环 境 下 进 行 自 主 巡 查 运 作 ，可 [14] 用 于
巡查功能的实现会对人类的社会发展和进步带来巨 多种高端勘探用途而无需特别的人为因素影响，便
大的影响[6]，例如智能小车可以通过无线操控来实现 可以得到人们想要的特殊环境的目标结果或者恶劣
朱 然，等 智能小车无线寻迹控制系统设计
文 中 在 现 有 普 通 玩 具 电 动 车 基 础 上 ，加 装 光 电 检 测 器 ，实 现 对 电 动 车 的 速 度 、位 置 、运 行 状 况 的 实 时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后 由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智 能 控 制 。 下 面 的 设 计 内 容 重 点 给 出 寻 迹 、无 线 视 频 拍照传输这两个功能的实现过程。
无线遥控智能小车的设计

无线遥控智能小车的设计

无线遥控智能小车的设计摘要面对诸多人类不容易到达的工作环境，为了有效的到达指定位置完成指定功能，就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。

因此研究和开发无线遥控智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。

无线遥控小车具有体积小、成本低、生存能力强等特点。

本设计基于单片机控制和无线数据传输技术的设计思想。

利用两片单片机构成主从结构，主机发送控制指令，从机接收控制指令并控制小车运动。

主机由STC89C52单片机、LCD1602显示、NRF24l01无线模块和控制按键组成，从机由小车底盘、NRF24l01无线模块、电机驱动、HC-RS04超声波测距模块和STC89C52单片机组成。

主机和从机基于无线模块进行数据传输，主机电路主要负责发送小车运动状态的控制指令；从机电路主要负责小车运动状态指令的接受和实现对运动状态的控制。

电机由电机专用驱动芯片L298N驱动，通过单片机的控制，可轻松实现小车的前进、后退、左转、右转等的控制。

无线遥控智能小车控制系统的软件设计分为主机和从机两部分。

主机软件设计分为无线通讯程序，按键控制程序，显示程序，从机软件设计分为小车超声波避障程序，无线通讯程序，电机驱动程序。

概括来说，本设计就是用遥控器发射控制信号，用单片机控制直流电机输出相应的电平控制车辆的前行或者后退等动作，进而实现小车的智能遥控功能。

关键词：STC89C52；无线遥控；智能小车AbstractFacing a range of working environment that human beings can not reach easily, it is necessary to employ the intelligent car to go to the scene to accomplish the corresponding task in order to reach the specified location to complete the specified function effectively. Therefore, it is of great importance to study and develop the guidance and control system of the wireless remote controlled intelligent trolley.The wireless remote controlled car is characteristiced by small size, low cost, strong survivability and so on.The design is based on the thinking about the single-chip control and wireless data transmission technique. Using two microcontrollers constitutes the master-slave structure. The host sends control commands, which the slave receives and then controls the trolley movement.The host consists of the STC89C52 microcontroller, LCD1602 display, NRF24l01 wireless module and control buttons while the slave is made up of the car chassis, NRF24l01 wireless module, motor drive, HC-RS04 ultrasonic distance measurement module and STC89C52 microcontroller. The host and slave are based on the wireless communication module for data transmission. The host circuit is mainly responsible for sending movement control instructions to the car; the slave circuit is mainly responsible for the acceptance of the movement state of the car and the realization of the control of the state of motion. The motor is driven by the motor-specific driver chip L298N. Through the control of the single chip computer, the control of car to advance, go backward, turn left and right can be easily realized. The software design of wireless remote control intelligent car control system is divided into two parts of the host and slave. Host software design is divided into wireless communication procedures, button control procedures, display procedures. Slave software design is divided into trolley ultrasonic obstacle avoidance procedures, wireless communication procedures and motor drivers.To sum up, the design is to use the remote control to launch control signals and single-chip to control DC motor to output corresponding level of electricity to control the vehicle going forward or backward and other actions, and then it realizes intelligent remote control function of the car.Keywords: STC89C52; remote control; intelligent car目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究主要内容及要求 (1)1.2课题研究的目的和意义 (1)1.1.1研究的目的 (1)1.1.2研究的意义 (1)1.3课题国内外研究状况 (2)1.4 总结 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1总体设计 (3)2.2方案论证 (4)2.2.1 系统控制模块选择 (4)2.2.2小车遥控选择 (5)2.2.3上位机显示模块设计选择 (6)2.2.4下位机电机的选择 (7)2.2.5下位机避障模块设计选择 (8)2.2.6 直流调速方案选择 (9)2.2.7电源模块设计选择 (9)2.3本章小结 (10)第3章系统模块电路 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 NRF24L01无线通讯模块 (11)3.3电机驱动模块 (13)3.3.1 L298N驱动模块 (13)3.3.2 PWM调速原理 (14)3.4电源模块 (15)3.4.1 5V稳压电路 (15)3.4.2 3.3V稳压部分 (15)3.5 避障部分模块 (16)3.5.1 避障原理 (16)3.5.2超声波测距模块 (16)3.6 其他模块电路介绍 (17)3.6.1 LCD1602显示电路 (17)3.6.2 键盘电路 (18)3.7本章小结 (19)第4章软件设计与说明 (20)4.1软件设计 (20)4.2软件的说明 (21)4.2.1 遥控部分主程序流程 (21)4.2.2 NRF24L01子程序流程图 (22)4.2.3 小车部分主程序流程图 (23)4.2.4 超声波部分程序流程图 (24)4.3 本章小结 (24)第5章硬件与软件调试 (26)5.1 硬件调试部分 (26)5.2 软件调试部分 (26)5.3 系统总体调试 (26)第6章结论 (29)参考文献 (31)附录A：电路原理图 (33)附录B：电路PCB图 (34)附录C：程序清单 (36)第1章绪论1.1课题研究主要内容及要求分析无线遥控智能小车的设计要求，确定上位机和下位机控制系统、智能小车驱动方式和避障方式、车速的检测方法，无线通信方式等，完成系统硬件电路及部分软件的设计。

智能小车控制实验报告

智能小车控制实验报告

一、实验目的本次实验旨在通过设计和搭建一个智能小车系统，学习并掌握智能小车的基本控制原理、硬件选型、编程方法以及调试技巧。

通过实验，加深对单片机、传感器、电机驱动等模块的理解，并提升实践操作能力。

二、实验原理智能小车控制系统主要由以下几个部分组成：1. 单片机控制单元：作为系统的核心，负责接收传感器信息、处理数据、控制电机运动等。

2. 传感器模块：用于感知周围环境，如红外传感器、超声波传感器、光电传感器等。

3. 电机驱动模块：将单片机的控制信号转换为电机驱动信号，控制电机运动。

4. 电源模块：为系统提供稳定的电源。

实验中，我们选用STM32微控制器作为控制单元，使用红外传感器作为障碍物检测传感器，电机驱动模块采用L298N芯片，电机选用直流电机。

三、实验器材1. STM32F103C8T6最小系统板2. 红外传感器3. L298N电机驱动模块4. 直流电机5. 电源模块6. 连接线、电阻、电容等7. 编程器、调试器四、实验步骤1. 硬件搭建：- 将红外传感器连接到STM32的GPIO引脚上。

- 将L298N电机驱动模块连接到STM32的PWM引脚上。

- 将直流电机连接到L298N的电机输出端。

- 连接电源模块，为系统供电。

2. 编程：- 使用Keil MDK软件编写STM32控制程序。

- 编写红外传感器读取程序，检测障碍物。

- 编写电机驱动程序，控制电机运动。

- 编写主程序，实现小车避障、巡线等功能。

3. 调试：- 使用调试器下载程序到STM32。

- 观察程序运行情况，检查传感器数据、电机运动等。

- 调整参数，优化程序性能。

五、实验结果与分析1. 避障功能：实验中，红外传感器能够准确检测到障碍物，系统根据检测到的障碍物距离和方向，控制小车进行避障。

2. 巡线功能：实验中，小车能够沿着设定的轨迹进行巡线，红外传感器检测到黑线时，小车保持匀速前进；检测到白线时，小车进行减速或停止。

3. 控制性能：实验中，小车在避障和巡线过程中，表现出良好的控制性能，能够稳定地行驶。