多功能操作WIFI智能小车技术方案

多功能操作WIFI智能小车技术方案
作者：宜宾职业技术学院谭进胡文钰邹顺
指导老师：彭永杰陈挺
作品简介：
开发背景：
所谓的wifi智能小车就是可以通过WIFI网络控制的视频传输可移动甚至可以安装其他机械手各类传感器实现数据互动的小车，对于那些不安全的以及人无法进入的场所进行无线监测，wifi小车监控是一个很好的解决方案，能够很好的进行监控控制。

现在无线wifi功能的设备随处可见，本设计利用现有的网络资源搭建一台wifi视频监控小车，即利用带有wifi的设备进行控制小车，实现无线监控。

结构说明：
本次设计的主要组成部分是由IAP15F2K61S2单片机、路由器703N、S605摄像头、NRF905无线发送接收模块、小车模型、TPC7062KD组态触摸屏、串口通信模块构成。

其系统结构方框图如下图1所示。

一、路由器部分
本次设计采用703N路由器，此路由器采用主芯片AR9331，集成了无线网卡有线网卡CPU 等全部功能，是最小尺寸的wifi路由器模块，采用703N路由器可以很好的实现wifi传输，达到设计的要求。

二、无线发送接收部分
本次设计采用NRF905无线模块，NRF905无线芯片是挪威NORDIC公司出品的低于1GHz
无线传输芯片，主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM频段。

芯片内置电源管理、频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

此模块适合
于低功耗、低成本的系统设计，本设计采用两块发收模块，可以更好的进行通信。

三、主控芯片部分
本次设计采用STC公司的IAP15F2K61S2为主控芯片，主要功能是：摄像头将录制到的画面传送到703N路由器上，703N路由器将摄像头采集到的视频通过wifi发送给PC机，PC 机接收到视频信号后，将采集到的画面在PC机上显示出来。

在PC平台上通过wifi发出相应的数据给路由器，路由器将数据再转发给IAP15F2K61S2单片机，由单片机去操作系统的运行。

TPC7062KD组态触摸屏将实时的数据传送给IAP15F2K61S2单片机，单片机将接收到的信号转发给NRF905无线发送模块，由无线接收模块接收相应的数据，再传送给单片机，来控制相应系统的运行。

四、触摸屏控制部分
TPC7062KD，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频400MHz)的高性能嵌入式一体化触摸屏。

用这种触摸屏作为LCD显示，其效果明显，能实现触摸键盘等多种功能，操作简单，实现了良好的人机界面。

如表1所示为触摸屏RS232C通讯方式操作方式，可根据这种操作方式对触摸屏进行操作。

表1 触摸屏通信接口说明
产品功能：
本系统能够实现三种功能，分别为PC操控小车运行、手机操控小车、触摸屏操控小车运行。

703N路由器将视频信号发送给PC(或手机)机，PC(或手机)机接收到wifi信号后，将视频图像显示出来，通过PC机(或手机)上位机软件远程控制小车运行，控制端IAP15F2K61S2单片机作为微处理器，通过与路由器建立串口通信，便能利用路由器的串口数据进行控制电机的工作状态模式和陀机的工作。

IAP15F2K61S2单片机还负责与触摸屏通过无线通信远程控制小车运行。

产品实物图：
总系统电路:由IAP15F2K61S2单片机、路由器模块、NRF905无线模块、TPC7062KD组态触摸屏模块、摄像头、小车模块四部分组成。

平台选型说明：
本次设计采用STC公司的IAP15F2K61S2单片机，此芯片是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

该芯片内部资源丰富，运算速率快，其I/O配置资源强大、高速10位A/D转换器，不需要外部晶振和复位电路;可省掉外部EEPROM，利用IAP技术，超强抗静电。

因此，采用此芯片具有一定的实用性以及良好的开发平台。

设计说明：
总述：
PC机与单片机之间的通信采用路由器来实现。

所选用的703N路由器具有价格低廉、程序写入方便等特点，使整个系统方便维护和检修。

除此之外，其主控芯片IAP15F2K61S2占用了单片机少量的I /O口，并且大容量的内存为系统留下了功能扩展的空间。

通过控制TPC7062KD组态屏模块实现人机界面的操控和搭建的PC远程控制平台，进行小车的远程控制。

本设计使用703N路由器作为wifi信号的处理模块，接收wifi信号，用openwrt作为操作平台，先使用虚拟机进行操作，只需要发送、接收数据线(RXD、TXD)与电脑串口数据进行通信;将openwrt操作系统安装到路由器里面，再编写wifi信号处理程序后，然后测试是否有wifi信号发出，再编写视频接收，处理信号，将视频信号搭载在wifi信号上;最后编写PC平台上的视频解码协议，将接收到的wifi信号解码出来，得到完整的视频图像。

具体的操作步骤如下：(1)安装openwrt操作系统到路由器;
(2)等待路由器安装操作系统成功并正常启动;(3)配置wifi网络并让wifi信号发出;
(4)打开PC端无线信号开关搜索当前路由器设置的wifi热点名称，并接入当前wifi 热点。

下载固件，703N路由器就相当于一个微型的电脑，与USB摄像头连接后，可以监控小车的画面，基于本次的设计，将703N路由器与单片机进行连接，与电脑通信后，通过这种方式可以控制小车的运行状况。

或可以通过TPC7062KD组态触摸屏将信号传送给单片机，单片机将信号进行处理并发送给无线模块。

处于接收端的无线模块将信号接收到并处理后去执行相应的小车运行状态。

一、无线发送接收模块
NRF905有两种工作模式，分别是接收模式和发送模式，本设计需要采用接收和发送两种模式，其工作过程如下：用一块单片机读取TPC7062KD组态触摸屏给串行口(RXD)的指令，并通过NRF905将数据无线发出。

同时无线接收NRF905的数据，接收到数据后并处理且执行相应的功能，实现两个NRF905进行无线通讯。

电路图中，MOSI/MISO是发射/接收数据的通道;TRX_CE，TX_EN是收/发通道的控制端;PWR_UP是工作端;CSN、SCK为串行口控制端;CD是接收模式下载波监控信号输出端;AM 是接收到正确的数据片指示信号的输出端;DR是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端;UPCLK是芯片提供的一个时钟信号输出端;ANT1ANT2用于天线部分;XC1和XC2外接电路构成了晶体振荡电路。

其硬件电路如图5所示：
一、主控芯片模块
本设计采用宏晶公司最新STC的IAP15F2K61S2芯片，具有高速、超低功耗、I/O口数量多、等特点，该芯片ISP/IAP在线可编程，是增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，有61K字节片内片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上，它内部不仅有高可靠复位，还有8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路。

因此，本次设计选用此芯片作为主控芯片，其低成本、低功耗、操作简单、性能稳定、更人性化智能化。

单片机主要负责对数据进行判断和处理以及控制小车的运行状态， IAP15F2K61S2单片机的引脚功能图如图6所示。

一、串口通信模块
MAX232产品是由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。

该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

该器件符合TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。

每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

MAX232采用单5V电源工作、LinBiCMOSTM工艺技术、两个驱动器及两个接收器、±30V 输入电平低电源电流;典型值是8mA符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28;ESD保护大于MIL-STD-883(方法3015)标准的2000V，其硬件电路如图7所示。

触摸屏串口通信模块
采用昆仑通态mcgsTPC7062KD嵌入式一体化触摸屏作为本次设计的显示模块，mcgsTpc 内嵌128M闪存芯片，有2个USB接口、五个独立串口， mcgsTpc采用低功耗的CPU芯片，该产品设计采用了7英寸液晶显示屏(分辨率800×480)，四线电阻式触摸屏(分辨率1024×1024)是本次设计的理想显示模块。

芯片ILC3232EIBNZ串口通信原理图如图8所示。