【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................................................... 68 . . 第一章 系統(tǒng)框架及設(shè)計(jì)方案分析 我們 通過(guò)安卓系統(tǒng)手機(jī)終端的操作，通過(guò)路由器進(jìn)行 wifi 通信并指揮控制小車(chē)， 以此實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、停止、及直角特別是圓弧形拐彎，同時(shí)小車(chē)也通過(guò)攝像頭拍攝圖像并通過(guò)路由器傳輸實(shí)時(shí)的圖像到手機(jī)終端形成了小車(chē)與手機(jī)的物聯(lián)。 圖 11 展示了通過(guò)手機(jī)控制小車(chē)、小車(chē)反饋圖像給手機(jī)的物聯(lián)動(dòng)作過(guò)程。 在進(jìn)行視頻小車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)首先我們要進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的分析，要實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過(guò) WIFI 控制小車(chē)，有兩種方案可以實(shí)現(xiàn)： 方案一：通過(guò) SIM 卡來(lái)實(shí)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?dòng)作 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(chē)端系統(tǒng)板接收指令 小車(chē)端單片機(jī)接收指令 小車(chē)響應(yīng)控制 轉(zhuǎn)化為串口指令 . . 圖 21 方案二：通過(guò)小型路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方案是在小車(chē)端安裝一個(gè)小型路由器，是小車(chē)周?chē)欢ǚ秶哂?WIFI 覆蓋，然后將手機(jī)連接到 路由器 IP 地址，對(duì)其發(fā)送指令，路由器接收指令后對(duì)單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)指令，實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)框圖如下圖 22： 圖 22 通過(guò)比較以上兩種方案。方案一雖然可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)超遠(yuǎn)程控制，但開(kāi)發(fā)成本較高，相對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜 ，而且控制過(guò)程要消耗上網(wǎng)流量不太實(shí)際。而方案二則相對(duì)來(lái)說(shuō)易于操作，適合制作玩具視頻小車(chē)，因此我們選擇了方案二。 手機(jī)端發(fā)送控制指令 小車(chē)端路由器接收指令 小車(chē)端路由器發(fā) 送指令 小車(chē)響應(yīng)控制 轉(zhuǎn)化為串口指令 . . 第二章小車(chē)端介紹 小車(chē)是本系統(tǒng)是受控對(duì)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(yùn)動(dòng)。 因此，小車(chē)主體主要由小型路由器、電機(jī)模塊、單片機(jī)、攝像頭、四個(gè)輪子這幾部分組成。 如圖 21 所示。 圖中，各個(gè)模塊分工合作，形成了一個(gè)完成的受控端系統(tǒng)。 ? 攝像頭： 攝像頭采用沒(méi)有驅(qū)動(dòng)的一般攝像頭，由于小車(chē)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(wú)線路由器： 無(wú)線路由器可以說(shuō)是小車(chē)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(wú)線路由器。如圖 22 所示。 路由器 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng) 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?，F(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(guò) wifi 連接到任意的無(wú)線路由器上。無(wú)線路由器作為手機(jī)與小車(chē)連接的一個(gè)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(wú)線路由器。為方便手機(jī)得到圖像，在無(wú)線路由器中刷入 web 服務(wù)器，使手機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)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。控制指令是手機(jī)與小車(chē)通信的“協(xié)議”，只有發(fā)送正確的指令，小車(chē)才會(huì)執(zhí)行正常的前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)等操作。控制指令如圖 23 所示。 圖 2 3 從圖中可以看，控制指令簡(jiǎn)單，非常易于理解。當(dāng)手機(jī)向小車(chē)發(fā)送“ LF”字符時(shí)，小車(chē)將左轉(zhuǎn)；當(dāng)手機(jī)向小車(chē)發(fā)送“ L”字符，小車(chē)將左旋； 以此類(lèi)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(chē)上電時(shí)，單片機(jī)首先啟動(dòng)，負(fù)責(zé)小車(chē)各個(gè)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(chē)才能正常接收指令。 功能二：指令翻譯。將路由器傳來(lái)的指令，即上圖所示的指令，進(jìn)行翻譯，按照不同的指令，來(lái)控制不同的車(chē)輪運(yùn)動(dòng)。并將控制指令顯示在液晶顯示器上。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制，同時(shí)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(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)定時(shí)器功能控制 IO 口產(chǎn)生 PWM 波，通過(guò)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(shí)現(xiàn)以上功能，選擇使用 STC12C5A60S2 來(lái)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(chǔ)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(mén)狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)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。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 此外， STC12C5A60S2 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)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(shí)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(dòng)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(shí) /計(jì)數(shù)器 0 工作方式為 16 位計(jì)數(shù)器，并對(duì)中斷做出定義。其電路如下所示 . . ? 液晶顯示器： 顯示小車(chē)現(xiàn)在的狀態(tài)信息、調(diào)試信息，方便調(diào)試或使用時(shí)，查找各種問(wèn)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(lái)說(shuō)，使用 LED已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)功能，不過(guò)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(shí)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(jì)所要顯示的內(nèi)容不多，并不需要太大的液晶屏來(lái)顯示。所以選擇使用 1602來(lái)進(jìn)行顯示。 1602 液晶每次可以顯示 2 行 16 個(gè)字符，總共 32 個(gè)字符，而且 可以顯 示所有的 ASCII 碼 ，包括標(biāo)點(diǎn)，數(shù)字，英文大小寫(xiě) 等，因此，使用該液晶屏可以很好的實(shí)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(gè)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(gè)引腳，其各個(gè)引腳的功能如下表，表 中所示。 1602 液晶顯示屏的各個(gè)引腳功能 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)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(hào) 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(xiě)數(shù)據(jù)端（ H/L） 13 D6 DATAI/O 6 E 使能信號(hào) 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(jì)的顯示電路部分如下圖所示： . . ? 驅(qū)動(dòng)電路： 由于小車(chē)自重很重，需要四個(gè)電機(jī)才能運(yùn)動(dòng)。如果僅僅使用單片機(jī)的輸出電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將因?yàn)檩敵鲭娏餍《?。因此必須加上?qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路由四塊驅(qū)動(dòng)芯片組成，每塊驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)一個(gè)點(diǎn)擊。驅(qū)動(dòng)電路時(shí)雙向的，當(dāng)加正電壓時(shí)，電機(jī)前轉(zhuǎn)；當(dāng)加負(fù)電壓時(shí)，電機(jī)后轉(zhuǎn)。 . . 通過(guò)四個(gè) 轉(zhuǎn)方向，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)，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(chē)運(yùn)動(dòng)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇 由于小車(chē)底盤(pán)電機(jī)額定電壓為 312V，度電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇了常用 5V 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D。 L298N 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片， L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) 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(dòng)電感性負(fù)載。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)。 圖 2 4 . . 由此可以看到，整個(gè)小車(chē)端各模塊分工合作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)精妙。無(wú)論是對(duì)于做小車(chē)端擴(kuò)展，需要深入理解的，還是做手機(jī)端開(kāi)發(fā)，只需要了解接口的，都能夠在最短的時(shí)間進(jìn)行上手，大大縮短了程序開(kāi)發(fā)周期。 本文主要做手機(jī)端開(kāi)發(fā)，對(duì)小車(chē)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(jiǎn)介 一、 Android 簡(jiǎn)介 Android 是一種基于 Linux 的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，主要使用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦，由 Google 公司和開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開(kāi)發(fā)。 Android 操作系統(tǒng)最初由 Andy Rubin 開(kāi)發(fā)，主要支持手機(jī)。 2021 年 8 月由 Google 收購(gòu)注資。 2021 年 11 月，Google 與 84 家硬件制造商、軟件開(kāi)發(fā)商及電信營(yíng)運(yùn)商組建開(kāi)放手機(jī)聯(lián)盟共同研發(fā)改良Android 系統(tǒng)。隨后 Google 以 Apache 開(kāi)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(chǎng)份額首次超過(guò)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(chǎng) 76%的份額， 中國(guó)市場(chǎng)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(tái)優(yōu)勢(shì) (1) 開(kāi)放性 在優(yōu)勢(shì)方面， Android 平臺(tái)首先就是其開(kāi)發(fā)性，開(kāi)發(fā)的平臺(tái)允許任何移動(dòng)終端廠商加入到 Android 聯(lián)盟中來(lái)。顯著的開(kāi)放性可以使其擁有更多的開(kāi)發(fā)者，隨著用戶和應(yīng)用的日益豐富，一個(gè)嶄新的平臺(tái)也將很快走向成熟。 開(kāi)發(fā)性對(duì)于 Android 的發(fā)展而言，有利于積累人氣，這里的人氣包括消費(fèi)者和廠商，而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)講，最大的受益正是豐富的軟件資源。開(kāi)放的平臺(tái)也會(huì)帶來(lái)更大競(jìng)爭(zhēng)，如此一來(lái)，消費(fèi)者將可以用 更低的價(jià)位購(gòu)得心儀的手機(jī)。 (2) 不受束縛 在過(guò)去很長(zhǎng)的一段時(shí)間，特別是在歐美地區(qū)，手機(jī)應(yīng)用往往受到運(yùn)營(yíng)商制約，使用什么功能接入什么網(wǎng)絡(luò)，幾乎都受到運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)商的制約減少。隨著 EDGE、 HSDPA 這些 2G 至 3G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的逐步過(guò)渡和提升，手機(jī)隨意接入網(wǎng)絡(luò)已不是運(yùn)營(yíng)商口中的笑談。 . . (3) 豐富的硬件 這一點(diǎn)還是與 Android 平臺(tái)的開(kāi)放性相關(guān)，由于 Android 的開(kāi)放性，眾多的廠商會(huì)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(huì)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