【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................................................... 68 . . 第一章 系統(tǒng)框架及設(shè)計方案分析 我們 通過安卓系統(tǒng)手機(jī)終端的操作，通過路由器進(jìn)行 wifi 通信并指揮控制小車， 以此實現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、停止、及直角特別是圓弧形拐彎，同時小車也通過攝像頭拍攝圖像并通過路由器傳輸實時的圖像到手機(jī)終端形成了小車與手機(jī)的物聯(lián)。 圖 11 展示了通過手機(jī)控制小車、小車反饋圖像給手機(jī)的物聯(lián)動作過程。 在進(jìn)行視頻小車設(shè)計時首先我們要進(jìn)行設(shè)計方案的分析，要實現(xiàn)手機(jī)通過 WIFI 控制小車，有兩種方案可以實現(xiàn)： 方案一：通過 SIM 卡來實現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 接收命令做向左、向右、向前、前后、轉(zhuǎn)彎、攝像傳輸?shù)纫幌盗袆幼? 發(fā)送命令 傳輸圖像 圖 11 圖 11 手機(jī)端發(fā)送控制指令 手 機(jī) 用 戶WIFI 服務(wù)器 小車端系統(tǒng)板接收指令 小車端單片機(jī)接收指令 小車響應(yīng)控制 轉(zhuǎn)化為串口指令 . . 圖 21 方案二：通過小型路由器來實現(xiàn)。該方案是在小車端安裝一個小型路由器，是小車周圍一定范圍具有 WIFI 覆蓋，然后將手機(jī)連接到 路由器 IP 地址，對其發(fā)送指令，路由器接收指令后對單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)指令，實現(xiàn)控制。系統(tǒng)框圖如下圖 22： 圖 22 通過比較以上兩種方案。方案一雖然可以實現(xiàn)小車超遠(yuǎn)程控制，但開發(fā)成本較高，相對于學(xué)生來說比較復(fù)雜 ，而且控制過程要消耗上網(wǎng)流量不太實際。而方案二則相對來說易于操作，適合制作玩具視頻小車，因此我們選擇了方案二。 手機(jī)端發(fā)送控制指令 小車端路由器接收指令 小車端路由器發(fā) 送指令 小車響應(yīng)控制 轉(zhuǎn)化為串口指令 . . 第二章小車端介紹 小車是本系統(tǒng)是受控對象，其主要職責(zé)是負(fù)責(zé)視頻圖像的采集，與手機(jī)的連接，接收手機(jī)發(fā)送的控制指令，翻譯控制指令，并控制電機(jī)進(jìn)行運動。 因此，小車主體主要由小型路由器、電機(jī)模塊、單片機(jī)、攝像頭、四個輪子這幾部分組成。 如圖 21 所示。 圖中，各個模塊分工合作，形成了一個完成的受控端系統(tǒng)。 ? 攝像頭： 攝像頭采用沒有驅(qū)動的一般攝像頭，由于小車的處理速度有限，因此攝像頭 像素不需要太高。攝像頭直接與路由器相連，受路由器控制。 ? 無線路由器： 無線路由器可以說是小車端的心臟。他完成了連接，傳輸，控制等一系列功能。 此處采用 TPLink 無線路由器。如圖 22 所示。 路由器 單片機(jī) 驅(qū)動 電路 液晶顯示 電 機(jī) 攝像頭 圖 2 1 手機(jī) . . 圖 2 2 功能一：負(fù)責(zé)與手機(jī)的連接。現(xiàn)在的基于 android 操作系統(tǒng)的手機(jī)都含有 wifi 芯片，可以通過 wifi 連接到任意的無線路由器上。無線路由器作為手機(jī)與小車連接的一個端口，使連接方式統(tǒng)一，方便快捷。 功能二：控制攝像頭將采集的視頻圖像，將采 集的圖像保存到無線路由器。為方便手機(jī)得到圖像，在無線路由器中刷入 web 服務(wù)器，使手機(jī)可以通過網(wǎng)頁方式提取攝像頭采集到的視頻圖像。 功能三：接收手機(jī)發(fā)送的控制指令，并將其發(fā)送的單片機(jī)，進(jìn)行進(jìn)一步處理?？刂浦噶钍鞘謾C(jī)與小車通信的“協(xié)議”，只有發(fā)送正確的指令，小車才會執(zhí)行正常的前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)等操作?？刂浦噶钊鐖D 23 所示。 圖 2 3 從圖中可以看，控制指令簡單，非常易于理解。當(dāng)手機(jī)向小車發(fā)送“ LF”字符時，小車將左轉(zhuǎn)；當(dāng)手機(jī)向小車發(fā)送“ L”字符，小車將左旋； 以此類推。 . . ? 單片機(jī)： 單片機(jī)在這里主要負(fù)責(zé)路由器和硬件控制間的連接作用。 功能一：在小車上電時，單片機(jī)首先啟動，負(fù)責(zé)小車各個模塊的初始化工作，只有當(dāng)初始化成功，并在液晶顯示器上顯示初始化成功后，小車才能正常接收指令。 功能二：指令翻譯。將路由器傳來的指令，即上圖所示的指令，進(jìn)行翻譯，按照不同的指令，來控制不同的車輪運動。并將控制指令顯示在液晶顯示器上。 因為單片機(jī)要實現(xiàn)對電機(jī)驅(qū)動模塊的控制，同時還要有路由器進(jìn)行串口通信，為了能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以使用單片機(jī)的定時器來實現(xiàn)，利用單片機(jī)定時器功能控制 IO 口產(chǎn)生 PWM 波，通過調(diào)節(jié)占空比里調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 考慮到單片機(jī)要實現(xiàn)以上功能，選擇使用 STC12C5A60S2 來構(gòu)成電路。 STC12C5A60S2 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC12C5A60S2 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 。另外 STC12C5A60S2 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 此外， STC12C5A60S2 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 單片機(jī) TX\RX 與路由器相連， ~ 與電機(jī)驅(qū)動模塊相連。單片機(jī)的 P4 口接到液晶屏的控制端， P0 口接到液晶屏數(shù)據(jù)口。設(shè)置定時 /計數(shù)器 0 工作方式為 16 位計數(shù)器，并對中斷做出定義。其電路如下所示 . . ? 液晶顯示器： 顯示小車現(xiàn)在的狀態(tài)信息、調(diào)試信息，方便調(diào)試或使用時，查找各種問題。 顯示系統(tǒng)既可以選擇使用 LED，也可以選擇使用 LCD。就本系統(tǒng)的功能來說，使用 LED已經(jīng)可以實現(xiàn)功能，不過考慮到使用 LCD，可以輸出英文字符，從而使得顯示系統(tǒng)能夠更加美觀，同時也能更好的達(dá)到提高自己的目的，所以最后選擇使用液晶屏 LCD。 由于本次設(shè)計所要顯示的內(nèi)容不多，并不需要太大的液晶屏來顯示。所以選擇使用 1602來進(jìn)行顯示。 1602 液晶每次可以顯示 2 行 16 個字符，總共 32 個字符，而且 可以顯 示所有的 ASCII 碼 ，包括標(biāo)點，數(shù)字，英文大小寫 等，因此，使用該液晶屏可以很好的實現(xiàn)顯示功能。 1602 顯示屏的主要技術(shù)指標(biāo)如表 所示。 1602 液晶顯示屏的主要技術(shù)指標(biāo) LCD1620 顯示容量： 16X2 個字符 芯片工作電壓： . . 工作電流： (5V) 最佳工作電壓： 5V 字符尺寸： (WXH)mm 表 1602 液晶顯示屏共有 16 個引腳，其各個引腳的功能如下表，表 中所示。 1602 液晶顯示屏的各個引腳功能 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 DATAI/O 2 VDD 電源正極 10 D3 DATAI/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 DATAI/O 4 RS 數(shù)據(jù)命令選擇端（ H/L） 12 D5 DATAI/O 5 R/W 讀寫數(shù)據(jù)端（ H/L） 13 D6 DATAI/O 6 E 使能信號 14 D7 DATAI/O 7 D0 DATAI/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 DATAI/O 16 BLK 背光源負(fù)極 表 使用 1602，所設(shè)計的顯示電路部分如下圖所示： . . ? 驅(qū)動電路： 由于小車自重很重，需要四個電機(jī)才能運動。如果僅僅使用單片機(jī)的輸出電壓進(jìn)行驅(qū)動，將因為輸出電流小而失敗。因此必須加上驅(qū)動電路，驅(qū)動電路由四塊驅(qū)動芯片組成，每塊驅(qū)動芯片驅(qū)動一個點擊。驅(qū)動電路時雙向的，當(dāng)加正電壓時，電機(jī)前轉(zhuǎn)；當(dāng)加負(fù)電壓時，電機(jī)后轉(zhuǎn)。 . . 通過四個 轉(zhuǎn)方向，可以實現(xiàn)小車，前進(jìn)，后退，轉(zhuǎn)彎，旋轉(zhuǎn)的操作。如果所示。 ? 電機(jī)： 負(fù) 責(zé)小車運動。 電機(jī)驅(qū)動模塊選擇 由于小車底盤電機(jī)額定電壓為 312V，度電機(jī)驅(qū)動模塊選擇了常用 5V 電機(jī)驅(qū)動芯片L293D。 L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片， L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號 VSS， VSS 可接4． 5～ 7 V 電壓。 4 腳 VS 接電源電壓， VS 電壓范圍 VIH 為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達(dá)2． 5 A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 L298 可驅(qū)動 2 個電動機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動。 圖 2 4 . . 由此可以看到，整個小車端各模塊分工合作，系統(tǒng)設(shè)計精妙。無論是對于做小車端擴(kuò)展，需要深入理解的，還是做手機(jī)端開發(fā)，只需要了解接口的，都能夠在最短的時間進(jìn)行上手，大大縮短了程序開發(fā)周期。 本文主要做手機(jī)端開發(fā)，對小車的深入的了解有利于下一步工作順利進(jìn)行。 . . 第三章 android 系統(tǒng)簡介 一、 Android 簡介 Android 是一種基于 Linux 的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦，由 Google 公司和開放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開發(fā)。 Android 操作系統(tǒng)最初由 Andy Rubin 開發(fā)，主要支持手機(jī)。 2021 年 8 月由 Google 收購注資。 2021 年 11 月，Google 與 84 家硬件制造商、軟件開發(fā)商及電信營運商組建開放手機(jī)聯(lián)盟共同研發(fā)改良Android 系統(tǒng)。隨后 Google 以 Apache 開源許可證的授權(quán)方式，發(fā)布了 Android 的源代碼。第一部 Android 智能手機(jī)發(fā)布于 2021 年 10 月。 Android 逐漸擴(kuò)展到平板電腦及其他領(lǐng)域上，如電視、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)等。 2021 年第一季度， Android 在全球的市場份額首次超過塞班系統(tǒng)，躍居全球第一。 2021 年 11 月數(shù)據(jù)顯示， Android 占據(jù)全球智能手機(jī)操作系統(tǒng)市場 76%的份額， 中國市場占有率為 90%， 且其在其他應(yīng)該領(lǐng)域也在急速的擴(kuò)張。 二、 平臺優(yōu)勢 (1) 開放性 在優(yōu)勢方面， Android 平臺首先就是其開發(fā)性，開發(fā)的平臺允許任何移動終端廠商加入到 Android 聯(lián)盟中來。顯著的開放性可以使其擁有更多的開發(fā)者，隨著用戶和應(yīng)用的日益豐富，一個嶄新的平臺也將很快走向成熟。 開發(fā)性對于 Android 的發(fā)展而言，有利于積累人氣，這里的人氣包括消費者和廠商，而對于消費者來講，最大的受益正是豐富的軟件資源。開放的平臺也會帶來更大競爭，如此一來，消費者將可以用 更低的價位購得心儀的手機(jī)。 (2) 不受束縛 在過去很長的一段時間，特別是在歐美地區(qū)，手機(jī)應(yīng)用往往受到運營商制約，使用什么功能接入什么網(wǎng)絡(luò)，幾乎都受到運營商的控制。自從 2021 年 iPhone 上市后，用戶可以更加方便地連接網(wǎng)絡(luò)，運營商的制約減少。隨著 EDGE、 HSDPA 這些 2G 至 3G 移動網(wǎng)絡(luò)的逐步過渡和提升，手機(jī)隨意接入網(wǎng)絡(luò)已不是運營商口中的笑談。 . . (3) 豐富的硬件 這一點還是與 Android 平臺的開放性相關(guān)，由于 Android 的開放性，眾多的廠商會推出千奇百怪，功能特色各具的多種產(chǎn)品。功能上的差異和特色，卻不會影響到數(shù)據(jù) 同步、甚至軟件的兼容，如同從諾基亞 Symbian 風(fēng)格手機(jī)一下