“五感信息”仿真获取机器人

“五感信息”仿真获取机器人

刘城旭

单位:辽宁科技大学 电子与信息工程学院邮编:114051

摘要 随着智能化的不断发展，越来越多的智能化设备逐步进入我们的生活中，智能小车更是一个比较热门的研究方向。因此本文设计了以STM32为基础设计的多功能智能小车，该智能小车能够实现自主避障、自主行驶等功能，并实时采集小车周围的图像信息在终端显示出来。上位机和手机终端通过WIFI信号来接收小车采集到的数据，同时用户在终端通过监控界面对智能小车发送指令从而达到灵活的控制智能小车。

关键词：智能化，小车，STM32

1项目背景及研究现状

二十年代七十年代末期，我国就将“智能模拟”作为国家科学发展计划的主要研究课题，开始向着智能化方向进发。最开始很多智能化仅仅只是理论概念上的东西，后来经过一代代科研学者的不懈努力，逐步发展到实验室的实际科研成果，并且逐渐引申到航空航天、地质勘探、救灾等领域。这些领域智能化的实现，为后来的智能化发展奠定了基石。

智能化设备能够按照预先设定的指令在相应的环境里自行处理一些事物，这期间很少需要人去进行操作，随着智能化发展的不断进步，很多智能化系统、智能化设备相继问世并且其功能等不断完善。另一方面，智能化的全面发展是实现对资源的充分合理化利用，摒弃了人为的干扰，智能化设备能够将很多资源的利用率最大化，基本上能够实现以最少的投入、最小的损耗来获得最大的利益。在工业方面，智能化的发展与应用能够大幅提升工业生产的效率，实现工业生产向着智能化方向的升级换代。

从最早期的模拟电路设计，到数字电路设计，再到现在集成芯片的应用，都在示意着智能化技术已经由高端化到大众化的发展，也说明我们的生活水平很大一部分受益于智能化技术的应用，现在技术的不断发展以及各种智能化产物的集成化都在为以后的全面智能化奠定了良好的基础。

现在智能小车的发展非常迅速，从小孩子的玩具到社会上的各行各业都能看到智能小车的身影。目前的智能化小车基本上能够实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库等基本功能，这些基本的功能在经过不断的完善及改进后，都能够在以后的智能汽车上得到广泛的应用。在2000年，我国就已经开始实质性的实施智能交通系统，国内的高校更是研制出了新一代的无人驾驶汽车，随机也吸引越来越多的专家学者纷纷投入到智能化的研究上来。

2项目内容及系统模块介绍

2.1项目内容

本项目主要是以STM32单片机为主要控制器，通过引脚与其他的模块进行连接，从而形成了一个完整的智能小车系统，具体示意图如下图所示。

2.2 系统主要模块介绍

1.电源模块：主要的作用是为整个系统提供电源；

2.微控制器模块：该模块是系统的核心模块，主要进行信息采集、数据的处理、协调系统各功能模块完成预定的任务；

3.障碍物监测模块：障碍物检测模块主要是利用超声波传感器和红外电传感器对机器人行进过程中的障碍物进行检测，接收到障碍物信息后，反馈给主控制器进行处理；

4.电机驱动模块：在左右各安装一个独立驱动的轮子，主要使用主控制器内置的PWM输出单元向电机驱动芯片发出指令，从而实现左右两个轮子的差动控制；

5.速度检测模块：速度检测模块主要是负责检测车轮的速度，通过左右车轮的转速换算成车轮的实时速度，当车轮开始转动时，通过光电编码器和主控制器内部的计数器相结合来检测车轮的速度；

6.视觉模块：在小车上安装USB数字摄像头来采集小车周围的环境情况，将捕获到的视频数据通过WIFI信号进行传输，最后反馈到小车的控制界面，从而来实现监控小车周围的环境；

7.无线通信模块：本系统主要是采用无线通信来实现数据的传输。智能小车收集到的实时数据通过通信模块传输到控制器，由此用户可以在控制终端对小车进行相应的操作，同时也可以实时发送指令对小车进行操作。在距离较短的情况下，无线通信占有很多的优势，其稳定性较强、抗干扰能力强，并且能够摒弃地域的影响。

8.控制终端模块：控制终端主要是由PC机和Android手机客户端组成，既能够在PC机上进行控制，也能够在Android手机上进行控制。

3主要研究方法

目前主流的控制器为STM32系列的控制器，该控制器具有高度集成的特点，结构方式较为简单，去除了很多复杂且不需要的外设，将芯片的整体性能提升了一个档次。在驱动电机方面，该系统选用了L298N芯片，该芯片的Enable控制信号有两个，使用TTL、CMOS逻辑电平作为控制信号对外部电阻进行检测，随后将检测到的信号产生的变化量反馈给控制电路。在汽车速度控制方面，使用PWM脉冲编码进行控制，电机的转速主要是到平均电压值的影响，在电机的额定电压内，电机的转速和电压值成正比。在视觉采集方面，在小车上安装USB摄像头，该摄像头的结构简单，性能较高，降低了系统的整体复杂性，降低了系统的计算量，提高了系统的运行速度。在控制终端方面，使用QtCreater4.4.1作为开发工具进行应用程序的开发，上位机的操作界面主要是采用UI界面进行设计，使用JAVA语言在Eclipse开发平台进行Android应用程序的开发。

4.结束语

通过本次设计，在实践的过程中锻炼了智能化的实际应用。随着智能小车发展为比较热门的研究方向，通过STM32为主控制器，作为整个小车系统的控制核心，在此基础上使得小车能够实现自主避障、自主形式等功能。随着小车采集到的图像信息传输到控制器中，通过控制器对数据进行实时处理，基本满足了智能小车的实际需求。

参考文献

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项目作者：刘城旭

作者简介:刘城旭(2001-)，男，大学本科，专业测控技术与仪器，研究方向嵌入式系统应用。