基于STM32的无线视频监控智能小车设计

学校代号：１０７３１学号：１１２０８０９０１００５密级：公开兰州理工大学硕士学位论文基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＶｉｄｅｏＳｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣａｒＢａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２ＬＩＪｉｅＢ．Ｅ．（ＡｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）２０１１ＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎｐａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒＰｒｏｆｅｓｓｏｒＰＵＺｈｏｎｇｓｈｅｎｇＪｕｎｅ，２０１４兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：巷健日期：２坼年ｆ月７日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密口，在２、不保密团。（请在以上相应方框内打“√”）年解密后适用本授权书。日期：２口脚年‘月７日日期：ｃＪ。，毕年６月－７日硕士学位论文目录摘要．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．。．．。．。．．．．．．．．．．．。．．．．．．．。。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ＩＡｂ站怕ｃｔ…………………………………………………………………………………．ＩＩ第１章绪论………………………………………………………………………………１１．１视频监控智能小车概述…………………………………………………………………。１１－２视频监控智ｆ／邑／Ｊ，车的发展现状…………………………………………………………．２１．３本论文的主要工作以及章节安排………………………………………………………．－３１．３．１主要工作………………………………………………………………………………．．３１．３．２论文结构………………………………………………………………………………．．４第２章视频监控智能小车的系统总体设计…………………………………………．５２．１智能小车系统的总体设计…………………………………………………………………５２．１．１智能小车系统的总体设计思路……………………………………………………．．５２．１．２智能小车总体设计框图………………………………………………………………６２．１．３设计的可行性分析……………………………………………………………………．７２．２系统集成开发环境…………………………………………………………………………．７２．２．１硬件开发环境…………………………………………………………………………．８２．２．２软件开发环境…………………………………………………………………………．８２．２．３程序调试环境…………………………………………………………………………．９２－３ＷＩＦＩ技术介绍……………………………………………………………………………．１０２．３．１２．３．２２．３．３ＷＩＦＩ协议基本内容…………………………………………………………………１０ＷＩＦＩ的基本工作原理………………………………………………………………１０ＷＩＦＩ技术的特点……………………………………………………………………．１１２。４本章小结………………．…………………………………………………………………。１１第３章视频监控智能小车系统硬件设计…………………………………………。１２３．１嵌入式系统硬件设计……………………………………………………………………．１２３．１．１嵌入式系统硬件设计概述…………………………………………………………．１２３．１．２系统硬件总体设计…………………………………………………………………．．１２３．２系统硬件模块选型………………………………………………………………………一１３３．２．１微处理器模块选型…………………………………………………………………．．１３基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计３．２．２红外传感器模块选型………………………………………………………………．１５３．２．３电机驱动模块选型…………………………………………………………………．．１５３．２．４视频采集模块选型…………………………………………………………………。１８３．２．５无线路由器模块改造………………………………………………………………．１９３．２．６电源电路模块设计…………………………………………………………………．．２０３．３本章小结……………………………………………………………………………………２０第４章视频监控智能小车系统软件设计…………………………………………。２２４．１操作系统选取……………………………………………………………………………．．２２４．１．１嵌入式Ｌｉｎｕｘ…………………………………………………………………………．２２４．１．２ｐＣｌＯＳ—ＩＩ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．…．．．．．．…．．…．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３４．１．３Ｖｘｗｏｒｋｓ．……………．…………………………．………………………．……………：！：；４．１．４嵌入式Ｌｉｎｕｘ的优势………………………………………………………………。２３４．２系统驱动程序设计………………………………………………………………………。２４４．２．１红外避障程序设计…………………………………………………………………．．２４４．２．２电机驱动程序设计…………………………………………………………………．．２５４．２－３视频采集程序设计…………………………………………………………………．．２７４．２．４无线数据传输程序设计……………………………………………………………．２８４．３应用程序设计……………………………………………………………………………．．３０４．３．１上位机应用程序设计………………………………………………………………３０４．３．２４．３．３Ａｎｄｒｏｉｄ系统手机应用程序设计…………………………………………………．３２ｉＯＳ系统手机应用程序设计………………………………………………………．３３４．４本章小结……………………………………………………………………………………３４第５章系统测试………………………………………………………………………。３５５．１系统测试概述……………………………………………………………………………．．３５５．２系统测试主要内容………………………………………………………………………．．３５５．２．１系统硬件测试………………………………………………………………………３５５．２．２系统软件测试………………………………………………………………………．．３７５．３本章小结……………………………………………………………………………………３８第６章总结与展望……………………………………………………………………．３９６．１总结…………………………………………………………………………………………３９６．２展望…………………………………………………………………………………………３９参考文献…………………………………………………………………………………．４ｌＩＩ硕士学位论文致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４５附录Ａ（攻读硕士期间所发表的学术论文目录）…………………………………４６ＩＩＩ硕士学位论文摘要随着人们对智能化产品需求的不断扩大，嵌入式技术、数据传输技术、无线视频监控技术得到了快速的发展。与此同时，多媒体传输技术、视频图像采集技术和无线网络通信技术对智能化产品的发展和应用也产生了重大的影响。由于ＷＩＦＩ无线网络相比传统的通信方式具有覆盖面积大、布线比较简单、传输速度快等优势，因此能够应用在机电设备较为密集、空间范围小、环境恶劣、有线电缆布线难度大的煤矿井下，以及满足工业现场环境复杂危险的各种要求。然而，嵌入式处理器这些年来的发展迅速，它具有功耗低、体积小、经济实用、性能稳定等特点，因此越来越多的技术也朝着与嵌入式结合的方向发展，例如视频监控技术。日常生活中智能手机作为当代每个人必不可少的一种随身物品已经不再是单一的通信设备，基于智能手机作为电子控制终端的产品已经成为未来发展的一种趋势。本文提出了一种基于ＳＴＭ３２的嵌入式微处理器无线视频监控车载系统设计方法。针对工作生活必不可少的ＰＣ机以及市场上主要流行的Ａｎｄｒｏｉｄ和ｉＯＳ两大操作系统手机，分别介绍了一种利用ＰＣ上位机和手机来控制ＷＷＩ视频小车的方法。通过ＳＴＭ３２主控制器来驱动小车直流电机，控Ｎｄ，车的各种运行状况和驱动摄像头采集视频信息；车载系统上的摄像头拍摄的视频将通过ＷＩＦＩ信号传给ＰＣ上位机或手机界面进行实时的显示；ＰＣ上位机或手机能够将发出的控制信号传给主控制器，从而达到了ＰＣ上位机或手机控制小车的目的。系统总体设计思想可分为软件设计与硬件设计：软件设计主要是在一定的开发平台上编写程序、设计界面按钮、实现系统的各种控制，分别设计了ＰＣ上位机以及两种不同系统手机作为整个系统的控制端；硬件设计主要是系统的电路设计，包括电机驱动模块设计、视频采集模块设计、无线通信模块设计等几部分。本文设计的无线视频监控智能小车制作出了实物，并通过了整体测试，基本功能全部实现，整体效果比较理想。本系统的成功实现对未来智能家居以及防盗系统的发展提供了研究方向。关键词：ＳＴＭ３２：视频；ＷⅢＩ；ＰＣ上位机；手机；基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｅｍａｎｄｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｒｅｌｅｓｓｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙ；ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｉｄｅｏａｉｍａｇｅｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔＳ．ＳｉｎｃｅＷＩＦｌｗｉｒｅｌｅｓｓｓｈｏｗｓｌａｒｇｅｃｏｖｅｒａｇｅ，ｗｉｒｉｎｇｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｆａｓｔｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｆｅｒｓｐｅｅｄａｎｄｏｔｈｅｒａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｍｅａｎｓｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｉｔＣａｎｂｅｉｎｔｅｎｓｉｖｅ，ｓｍａｌｌｓｐａｃｅ，ａｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｈａｒｓｈａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ谢ｔｌｌｍｏｒｅｗｉｒｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ｃａｂｌｅｃｏｍｐｌｅｘｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｓｉｔｅｉｎｔｈｅｃｏａｌｍｉｎｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｐｒｏｃｅｓｓｏｒｔａｋｅｓｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌ，ｓｔａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｅｙｅａｒｓ，ａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｕｍｂｅｒｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｃｈａｓｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｍｏｖｉｎｇｉｎａｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｄａｉｌｙｌｉｆｅｏｆｅａｃｈｐｅｒｓｏｎａｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｂｅｌｏｎｇｉｎｇｉｓｐｈｏｎｅｓａｓｎｏｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｍａｒｔｐｈｏｎｅｌｏｎｇｅｒａｓｉｎｇｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｂａｓｅｄａｏｎｓｍａｒｔａｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｅｒｍｉｎａｌｐｒｏｄｕｃｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｔｒｅｎｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．ＴｈｉｓｔｈｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｓｂａｓｅｄｗｉｒｅｌｅｓｓｖｉｄｅｏｌｉｆｅＰＣａｓｗｅｌｌａｓｉｎ仃ｏｄｕｃｅｄＢｙｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＳＴＭ３２ｅｍｂｅｄｄｅｄｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．ＦｏｒｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｎｗｏｒｋｉｎｇｔｗｏｍａｉｎｌｙｐｏｐｕｌａｒＡｎｄｒｏｉｄｕｓｅａａｎｄｉＯＳｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｈｏｎｅｓ，ａｎａｐｐｒｏａｃｈｏｆｔｈｅＰＣａｎｄｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌＷＩＦＩａｖｉｄｅｏＣａｒ．ｖａｒｉｅｔｙｏｆＳＴＭ３２ｍａｓｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅＣａｒｍｏｔｏｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅＣａｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｄｒｉｖｅｃａｍｅｒａｔｏｃａｐｔｕｒｅｖｉｄｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ｔｈｅｃａｍｅｒａｏｎ－ｂｏａｒｄｓｙｓｔｅｍｃａｐｔｕｒｅｄｖｉｄｅｏｗｉｌｌｂｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｔｏｔｈｅＰＣｏｒｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｖｉａｐａｓｓｃａｒ’ｓＷ盯Ｉｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｉｓｓｕｅｄｆｒｏｍｔｈｅＰＣｏｒｔｏｔｈｅｍａｓｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＳＯａｓｔｏａｃｈｉｅｖｅａＰＣｏｒｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅ．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｄｅａｏｆＳｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｉｎｃｌｕｄｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｈａｒｄｗａｒｅａｄｅｓｉｇｎ：ｃｅｒｔａｉｎＰＣｄｅｓｉｇｎｉｓｔｏｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄａｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｕｔｔｏｎｓｉｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｖａｒｉｅｔｙｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ，ｉｔｄｅｓｉｇｎｓＩＩ硕士学位论文ａｎｄｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｏｎｅｓｙｓｔｅｍｃｉｒｃｕｉｔａＳａａｗｈｏｌｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｒｍｉｎａｌ；Ｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｓａｄｅｓｉｇｎｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｏｔｏｒｄｒｉｖｉｎｇｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎ，ａａｎｄＳＯｖｉｄｅｏａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎ，ａｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｄｅｓｉｇｎｏｎ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｏｆａｗｉｒｅｌｅｓｓｖｉｄｅｏｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｐｒｏｄｕｃｅｒｅａｌｃａｒ，ａｎｄｂｙｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｔｅｓｔｉｎｇ，ｉｔＣａｎａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｅｆｆｅｃｔｉｓｉｄｅａｌ．Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍｓ．ｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｈｏｍｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＴＭ３２；Ｖｉｄｅｏ；ＷＩＦＩ；ＰＣｈｏｓｔｃｏｍｐｕｔｅｒ；Ｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅ；ＩＩＩ硕士学位论文第１章绪论１．１视频监控智能小车概述随着嵌入式技术、视频传输技术和无线网络通信技术的迅速发展，基于ＷＩＦＩ无线通信的嵌入式监控系统技术应运而生，尤其是在一些布线复杂困难的安全生活区和需要监控的施工作业场合都需要有无线视频监控系统。智能小车，也被称为轮式机器人，能够在人类难以胜任的工作环境中完成人类特殊工作。由于它们与人类工作相比具有成本低廉、安全稳定的优点，目前已经在许多危险作业以及工业场合得到了广泛应用【ｌＪ。焊接是机器人在工业自动化生产中最常用的方式。机器人能够进行焊接焊炬、将设备部件焊接在一起。由于机器人能够保持转动的稳定性，因此它可以完成均匀且准确的焊接。喷漆是机器人在汽车工业领域的应用之一。实际生活中的汽车喷漆需要保持一定的清洁和通风，在这样的要求下，人工作业是非常困难的。由于机器人的工作具有持久性，与人工作业相比，机器人更适合于喷漆工作。在医疗应用中，机器人操作相比于人工操作（如切割颅骨，钻颅骨体等）更加准确，因此许多机械部件的动作是由机器人完成的。在日常生活中，机器人可以有效地照顾残疾人的日常生活。例如，将盛着饭菜的盘子放入微波炉中进行加热；从微波炉中取出盘子，将盛着饭菜的盘子放到残疾人面前给他用餐，可以通过编程让机器人具备更多算法并执行更多任务【２】ｏ由于机器人不需要像人那样采取过多的保护措施，因此机器人更适合在危险困难的工作环境中工作。空间和远程水下机器人，也可以在水中、空间进行远程服务和检测。虽然火星尚未实现人类探索的目标，但是在对火星检测中已经发现有很多太空智能漫游车的足迹。例如在火星上成功实现水资源探测的美国“勇气”号和“机遇”号，分别发现了火星上曾经有过水的证据。智能车辆相关的研究课题来源于智能小车自动行驶功能的研究。对于智能车辆行驶自动完成的研究会给人类社会的进步带来较大的影响。例如在改进交通道路安全、便捷等问题上提高了交通网络的利用率、降低了车辆的废气排放量等措施【３】。由于数据控制终端加入了嵌入式系统，使其充分体现了扩充能力强、功耗低、集成度高的优点，并最终实现移动携带方便、数据传输、设备控基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计制与人机交互等功能于一体的效果。将嵌入式技术应用到手持设备，可以使其向着更快、更薄、更多用户、更方便操作的目标发展。１．２视频监控智能小车的发展现状由于国外对移动机器人的研究起步早、资金投入多，因此在移动机器人各种应用技术的研究取得了比较成熟的科研成果。上世纪初期开始，国外展开了对外情报、机器人视觉、自动移动机器人导航和其他系统相关技术的研究。上世纪末，室外移动机器人的研究受到全世界的重视，斯坦福研究所（ＳＲＩ）的ＮｉｌｓＮｉｌｓｓｅｎ和ＣｈａｒｌｅｓＲｏｓｅｎ等人开发出了自主移动机器人，命名为Ｓｈａｋｅｙ［４１。紧接着美国国防高级研究计划局开始研究地图无人作战平台，设立了室外移动机器人的项目。其中较为著名的有：（１）１９８３－－１９９０年：美国计划局制定的ＡＬＶ－自主地面车辆设计，（２）１９８６－１９９５年：美国能源部制定的ＲＩＰＳ．机器人和智能系统计划【５】。８０年代以后，学术界和工业界对机器人的研究表现出极大的研究兴趣，但仅仅停留在初级阶段，后来经过了一些理论与实验的分析，对机器人的研究有了很大的提高，为后来机器人的实现积累了宝贵经验。自上世纪９０年代开始，随着科学技术的迅速发展，在移动机器人成功实现的基础上，机器人的研究实现逐渐发展到各个领域并且开始推向实用化。在国内，对于机器人的研究计划起步比较晚，受研究水平的限制相比国外进度也比较慢。尽管如此，还是有大量的科研人员热衷研究移动机器人相关内容，清华大学是最早研究智能汽车交通的科研机构。对于清华大学研究的机器人其主要技术在于五个方面：一、基于地图研究全局路径规划技术；二、基于传感器信息的局部路径规划技术研究：三、路径规划仿真研究；四、传感器技术、信息融合的技术研究；五、移动智能机器人的设计与实现【６】。近年来，国内很多研究机构和高校都开始了移动机器人的研究，并在理论研究和实际应用中取得了较多的成果。Ｆｒｏｎｔｉｅｒ－ＩＴＭ机器人首次参加了ＲｏｂｏｔＣｕｐ中型组比赛机器人并且该机器人是第一个可以作为智能机器人研究和教学的实验平台的机器人，具有可靠的稳定性、开放性和极大的扩展性。智能移动机器人之所以能够集运行、避障、视觉各功能于一体的实质是集各传感器、控制器于一体，各类传感器包括红外避障传感器、超声波检测传感器和图像传感器（ＣＣＤ）【７Ｊ。移动机器人ＣＡＳＩＡ－Ｉ采用多传感器相结合的方式来感知外界环境的变化。其中，教育部以湖南大学为核心以及多个高校共同建设的“深空探测中心＂提供技术支持，多年共同自主研制的准备登月的中华牌月球车，它已经在２０１３年乘坐嫦娥三号登上月球；它具备自主选择路线、自主爬坡、找到自己选择检测仪器正２硕士学位论文确的位置的功能，并最终将它发送回来。月球车上装有雷达装置，可以探测月球内部的结构变化，做到实时检测。１．３本论文的主要工作以及章节安排１．３．１主要工作本文在对国内外视频监控智能小车的研究情况和发展状况进行深入了解的基础上，将嵌入式技术、网络传输技术以及视频监控技术相结合，提出了一种成本低、实用性强、便于携带控制端的视频监控智能小车实现方案。该方案采用的核心处理器基于Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核芯片ＳＴＭ３２，利用ＰＣ上位机或手机作为控制终端，ＷＩＦＩ信号作为传输媒介，然后在核心处理器上添加一些硬件外设以及一些驱动程序和应用程序；通过ＷＩＦＩ无线信号作为传输媒介，以ＰＣ上位机或手机作为控制端来控制小车的运动以及将车载系统上摄像头所拍摄的视频信息在控制端界面中显示，这样便可观察小车周围的环境并对智能小车进行实时监控。具体工作内容如下：（１）根据提出方案的功能需求，对整个嵌入式系统的软件和硬件两个方面进行论证和可行性分析。例如，核心处理器的选型、无线路由器的改造、摄像头的选型等。（２）根据主控制器的基本结构和特点，设计总体硬件电路模块。总体硬０９软件绘制硬件电路图和件电路模块的设计包括电机驱动电路设计、红外避障电路设计、无线传输电路设计等。然后根据硬件电路，采用ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒＰＣＢ电路板，为视频监控智能小车软件的实现提供支持。（３）选择符合系统设计需求的系统软件，并在该软件的基础上编写驱动代码和应用软件代码。针对系统功能的具体要求，从系统信号稳定传输的角度出发，对电机驱动、调速、无线路由器系统的改造、视频信息的接受与发送、控制端界面的设计等进行详细的分析与设计，并完成代码的编写与调试，利用Ｋｅｉｌ．ＭＤＫ对各个软件驱动模块进行整合。同时根据不同控制端界面设计软件，设计了简洁、操作简单的人机交互界面，最后对相关的代码做了局部测试，测试效果较好，达到了期望的目标。（４）把硬件开发板和软件平台结合起来，对视频监控智能小车整个系统进行了整体测试。对测试中出现的问题进行了相关的改进工作，进一步提高系统工作的可靠性和稳定性。（５）最后对视频监控智能小车系统的设计进行了总结和后期工作做出了展望。３基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计１．３．２论文结构本文介绍了视频监控智能小车的发展状况以及一些相关研究情况的概述，在设计上从硬件平台的设计与实现，软件平台的搭建以整个系统的组建等方面阐述了视频监控智能小车实现过程。文章的具体结构如下：第一章主要对视频监控智能小车的研究背景以及国内外研究现状做了简单分析，并提出了本系统设计方案。第二章主要介绍视频监控智能小车系统的整体设计与实施方案，并对可行性进行分析论证以及技术上的难点也进行了相关的分析。然后对处理器的选型，系统软件平台的开发环境，以及针对本文涉及到无线模块设计做了相关的介绍和说明。第三章主要针对系统的硬件设备做了详细的介绍。首先对系统的整体设计思想做了简单的阐述，然后对系统中重要的硬件设备选型、工作原理、以及电路设计做了详细的介绍。第四章主要介绍系统的软件设计思想。首先介绍系统软件的总体设计，根据不同的控制平台搭建与之对应的软件系统，对应用软件设计、控制界面设计等方面进行详细的分述。第五章是对整个系统的测试情况。先针对各个模块的功能进行相关的测试，确保每一个功能都能够正常实现，接着对整个的整体功能做整机测试，验证系统是否达到预期的效果。第六章主要是总结了本文所做工作以及对展望未来后续工作。４硕士学位论文第２章视频监控智能小车的系统总体设计随着电子技术的迅速发展，嵌入式系统逐渐应用到多个领域，并形成一个完整的体系。视频监控智能小车是上世纪提出的一种新型设计理念，由于视频监控智能小车具有结构轻巧、成本低、功能强大等特点，因此塔在各种军事演习、军事活动以及工业复杂危险作业等恶劣环境中有着广泛的应用。实践证明，在某些场合，智能小车比人类工作更高效并且不需要像人那样去防护，既节省了成本又消除了安全隐患，带来了巨大的经济和社会效益。２．１智能小车系统的总体设计２．１．１智能小车系统的总体设计思路随着高速处理器、嵌入式操作系统为核心的图像采集技术和无线传输系统的应用日益广泛，视频图像无线传输技术已经被广泛的应用到人们的生活和工作中【８Ｊ。然而个人电脑（Ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ，简称ＰＣ机）或智能手机作为当代每个人必不可少的生活物品已经不再是单一的娱乐设备或通信设备，利用ＰＣ机或智能手机作为电子控制终端的应用技术已经成为未来科技发展的一大趋势。本文针对工业活动和人们日常生活中常用的ＰＣ机或市场上主流的Ａｎｄｒｏｉｄ和ｉＯＳ两大操作系统智能手机，分别介绍了一种利用ＰＣ上位机或手机用户界面来控制ＷＩＦＩ视频监控智能小车的方法。通过ＳＴＭ３２作为小车的主控制器驱动来小车直流电机工作，控带ｔＪｄ，车的运行状况和驱动摄像头采集视频信息；将车载系统上的摄像头所拍摄的视频信息通过ＷＩＦＩ信号传递给ＰＣ机或手机界面并实时地显示出来，并且将ＰＣ机或手机发出的控制命令传递给主控制器ＳＴＭ３２，从而实现了用手机控Ｎｄ，车的功能。本文设计的视频监控智能小车实现的功能有：１．运动功能——其中主要包括车轮的前后左右四个方向灵活转动以及变速这些基本的运动；２．避障功能——可以避开障碍物，选择一条无碰路径，遇到障碍物就停止运动；３．数据无线通信功能——能够将控制器发出的控制命令以及采集到的视频通过串口以无线通信的方式实现车与控制端的连接。４．上位机显示功能一呻Ｃ或者手机可以清晰的显示智能小车采集到的视频５基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计数据，可以显示各种命令指令。２．１．２智能小车总体设计框图本文的视频监控智能小车的设计是属于嵌入式产品的开发设计，设计过程主要分为硬件模块设计和软件模块设计。硬件设计是基于ＳＴＭ３２作为主控制开发，然后扩充一些视频采集模块、红外避障模块和无线通信模块等。软件设计则分为驱动模块和应用模块，驱动模块则是由电机的驱动、红外传感器的驱动、摄像头采集视频驱动、无线路由器固件改造等部分组成，应用模块由上位机软件设计、Ａｎｄｒｏｉｄ系统的用户程序和ｉＯＳ系统的用户程序等部分共同组成。其总体设计思想如图２．１所示：Ｉ摄像头模块ｋＧ二别ＳＴＭ３２电源模块之多ｌ无线路由器Ｋ｝今弋乡＜＞控制端控制器Ｇ二爿红外避障模块Ｇ二浏电机驱动模块图２．１总体设计框图在总体设计框图中，每个模块都有极其重要的作用，其功能如下：（１）微控制器模块该控制模块作为整个设计的核心模块，主要用于收集信息、处理数据、协调系统中的每个功能模块预计要完成的任务；（２）电源模块电源模块是为系统中的各种芯片模块供电的模块：分别可输出５Ｖ和３．３Ｖ电压给驱动电机、主控制器以及无线路由器系统提供电源信号；（３）红外避障模块它主要利用的是红外传感器在小车运动过程中不断的发射红外线对障碍物进行检测扫描，然后发出相信的信号传递给主控制器以实现避障功能：（４）电机驱动模块负责控制整个车载系统的运动状态，车轮的转动与速度的改变主要是采用电机驱动芯片与ＰＷＭ脉冲编码输出单元来实现的。（５）视频采集模块车载系统中装置的ＵＳＢ摄像头对小车的运动状态以及周围环境进行视频采集，然后将采集的视频数据通过无线信号返回到控制界面显示，以达到实时监控的目的。６硕士学位论文（６）无线通信模块通信模块主要是用来完成智能小车与各个控制界面之间的通信，由于小车移动性的特点，所以系统选用无线通信进行数据传输。无线通信的实现主要由无线路由器实现。通信模块可以将智能小车采集到的数据实时地传输到控制终端，同时短距离无线通信具有抗干扰性强、性能稳定、不受任何地域限制等优点。（７）控制终端模块本设计的控制终端根据工业和生活用途设计了ＰＣ上位机和手机上位机两种控制终端，两种控制界面都能实现对于智能小车的各种运动状态的控制以及视频信息的显示。２．１．３设计的可行性分析本次设计采用目前市场上较为流行的ＳＴＭ３２系列处理器作为本系统的主控制器。ＳＴＭ３２系列处理器中内置了Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核，性价比高于ＡＲＭ７。ＳＴＭ３结构设计中尽可能地减少外设，以实现最大程度的集成。相比其他控制器它有更多的功能，主要包括低电压检测、上电复位、欠压检测、定时器时钟等各种功能，可以用作系统的主时钟，满足丰富的片外设备和多种接口。电机驱动芯片采用的是微型集成电路电机驱动芯片Ｌ２９８Ｎ，该芯片采用标准逻辑电平控制信号，具有两个使能控制信号，能够检Ｎ＃Ｉ－接电阻的变化，并且将变化量反馈给控制电路【９】。对于变化中的车速，采用ＰＷＭ脉冲编码调速进行控制，通过改变直流伺服电机占空比的电压来改变平均电压的数值，从而改变电机的转速变化。系统设计采用了内核精简、更新快、性能稳定的Ｌｉｎｕｘ操作系统，摄像头的驱动以及无线路由器的固件改造都是在该系统的平台上进行的设计。Ｌｉｎｕｘ操作系统可移植性好、驱动简单、兼容性强和主流的硬件，支持几乎所有的３２位和６４位的ＣＰＵ，在开发时可以忽略硬件的影响，而专注于功能实现【１０ｌ。Ｌｉｎｕｘ作为开源的系统，可以让用户根据自身的设计需求更改源代码；Ｌｉｎｕｘ支持多用户、多任务、内存保护且功能可以定制，可以保证多个进程同时且独立地运行；Ｌｉｎｕｘ还可以多个处理器同时工作，支持多种硬件平台以及多种处理器结构，系统性能大大的提高；Ｌｉｎｕｘ还可以兼容ＴＣＰ／ＩＰ协议。２．２系统集成开发环境嵌入式系统的开发环境大体上可分为硬件开发环境、软件开发环境、以及调试环境三个部分，本小节将从这三个部分对本系统的开发环境进行详细介７基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计绍。２．２．１硬件开发环境硬件设计主要是设计电路原理图和绘制ＰＣＢ电路板，主要采用ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ０９软件进行设计。１９８５年ＮｉｃｋＭａｒｔｉｎ在澳大利亚创建Ａｌｔｉｕｍ公司，该公司的主要工作是对电脑软件进行开发，为印制电路板的设计提供技术支持和帮助【１１１。随着电路板设计软件包的成功，Ａｌｔｉｕｍ进一步加强了其产品的功能和应用领域，包括各种硬件电路的设计、电路板的布线以及电子元器件的布局等。ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ０９是一个十分强大的软件集成环境，它把电子产品开发所需要的各种环境集中到一起，主要包括以下环节：设计硬件电路图、分析信号的完整性、印制电路板以及仿真整个系统电路等。除此之外，ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ０９软件内部含有有丰富的集成库，将各个原理图的符号、ＰＣＢ的封装、信号的仿真、仿真模型以及每种３Ｄ元器件模型都集成在一起，然后将这些内容进行整合、关联、编译，生成一个具有电器特性的元件集成库【１２】。这样就为电子工程师们提高了劳动效率，为项目的开发缩短了时间。２．２．２软件开发环境在这里本文主要介绍车体主控制器设计的软件开发环境是ＲｅａｌＶｉｅｗＭＤＫ套件，它是德国Ｋｅｉｌ公司的产品，目前已经被ＡＲＭ公司收购。ＲｅａｌＶｉｅｗＭＤＫ包括ｕＶｉｓｉｏｎ３集成开发环境和ＲｅａｌＶｉｅｗ编译器，可以支持基于Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核的处理器以及ＡＲＭ公司生产的其他产品，还可以根据自身配置开启自动启动程序，并且带有Ｆｌａｓｈ编程模块，具备较强的系统仿真能力以及优良的性能分析能力【１３】。软件ＫｅｉｌｕＶｉｓｉｏｎ４具有代码调试界面和编辑界面，编辑界面主要包括菜单栏、工具栏、调试栏、工程区、程序调试窗口、输出窗口等部分组成。菜单栏主要包括文件菜单，编辑菜单，视图菜单以及工程菜单等组成；工具栏是相应菜单栏的快捷操作；调试栏是对代码进行调试，有启动／停止，全速运行，跟踪运行，单步运行，停止运行等操作【１４ｌ。本系统采用ＫｅｉｌＭＤＫｕＶｉｓｉｏｎ４进行软件设计，它不仅支持Ｃ语言编译、宏汇编、链接器、各类文件的管理还支持在线仿真调试。这些功能都是经过ｕＶｉｓｉｏｎ集成在一起，编辑界面非常友好，对于初学者来说很容易入门，全世界范围内约有几十万工程师在使用它开发项目，ｕＶｉｓｉｏｎ４具有以下主要特性：＞代码编辑器的功能非常强大；＞内置的集成的数据库能够进行多种配置；８硕士学位论文＞＞＞＞＞＞内置的工程管理器可以对开发的项目进行管理；具有强大的编译工具；对话框的设置多种多样；可以进行在线调试：编译的应用程序能够下载到ＦｌａｓｈＲＯＭ中；配套的资料十分齐全；使用Ｋｅｉｌ软件进行产品开发，必须要经历以下几个步骤：１．建立一个新工程，选择即将要开发的控制器，然后进行相关的工程配置。２．编写程序代码；３．编译工程文件；４．查找程序中的ＢＵＧ，并进行修改；５．把目标文件下载到硬件，然后调试。２．２．３程序调试环境本设计中对软件代码的仿真调试使用的是ＳＥＧＧＥＲ生产的Ｊ－ｌｉｎｋ，它是专为带有ＡＲＭ核心的处理器而开发的一款仿真器。它配合众多集成开发软件（如ＩＡＲ，Ｋｅｉｌ、ＡＤＳ等），支持多个系列的ＡＲＭ内核芯片调试，与各种开发环境也是无缝连接，使用方法简单，是嵌入式软件开发人员是比较常用的一种实用工具。Ｊ－ｌｉｎｋ正面如图２．２所示：图２．２Ｊ－ｌｉｎｋ正面图苫基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计Ｊ－ｌｉｎｋ具有以下特点：＞＞＞＞＞＞＞支持众多以ＡＲＭ为核心的处理器，包括ＣｏｒｔｅｘＭ３内核；几乎支持所有的嵌入式集成开发环境，如ＩＡＲ、ＫＥＩＬ、ＡＤＳ等；下载速度快，最快能达到８００ｋＢ／ｓ；可以自动识别ＪＴＡＧ信号和需要调试的目标板；支持即插即用；支持ＴＣＰ／ＩＰ网络使用Ｊ－Ｌｉｎｋ进行调试；操作简单，使用方便：２．３ＷＩＦＩ技术介绍随着人们生活品质的提高以及快速高效的生活方式，ＷＩＦＩ技术由于其方便快捷的特点在人们的生活和工作中得到了快速的发展，因此ＷＩＦＩ信号目前已经覆盖了很多公众场所。ＷＩＦＩ信号不受地域的限制，打破了原有有线网络的局限性，也方便了高速信息时代传输的要求。在远程监控系统中，通过数据传输网络与ＷＩＦＩ技术相结合，改变了以往复杂繁琐的有线网络，采用无线网络的覆盖整个区域，不仅节约了布线成本，而且在布线结构上也非常方便。２．３．１ＷＩＦＩ协议基本内容根据ＩＥＥＥ８０２．１１协议构建的ＷＩＦＩ网络的基本结构包括物理层、媒体访问控制层（ＭＡＣ层）和逻辑链路控制层（ＬＬＣ层）。ＩＥＥＥ８０２．１ｌｇ定义在２．４ＧＨｚ的ＩＳＭ波段数据传输速率为５４ＭｂＰｓ的物理层，数据传输速率越高越能够满足视频信息的传输需要【１５】。ＷＩＦＩ网络定义了一个公共的ＭＡＣ层供给所有物理层使用，在无线网络传输中采用ＣＳＩＶＩＡ／ＣＡ传输技术来避免数据传输发生冲突。逻辑链路控制层（ＬＬＣ）使用的是与８０２．２完全相同的ＬＬＣ层和４８位ＭＡＣ地址，方便了无线和有线之间的桥接【１６Ｊ。２．３．２ＷＩＦＩ的基本工作原理ＷＩＦＩ是由ＡＰｆＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）和无线网卡组成的无线网络。ＡＰ被称作是桥网络或无线接入点，是连接有线局域网和无线局域网之间的枢纽。任何一个装有无线网卡的ＰＣ都能够使用ＡＰ共享有线局域网或广域网上的网络资源。其工作原理相当于一个内置无线发射器集线器或路由器，无线网卡负责接收客户端终端设备发出的信掣”】。其工作过程如下：首先要通过主动或被动的扫描器判断附近是否存在网络信息，被动扫描器工作时，存在工作站中的各种信道列表会不断地切换来自各个信道的信号并记录扫描Ｂｅａｃｏｎ帧的信息；主动扫描工作时，工作站在每个信道中发出ＰｒｏｂｅＲｅｑｕｅｓｔ帧信号来请求特定的网络与之响１０硕士学位论文应；当所有的扫描结束后会产生一个关于所有发现以及ＢＳＳ相关参数的报告ｕ引。将所有的扫描结果汇总到一起，在与接入点进行关联之前，工作站可以选择加入一个ＢＢＳ，然后工作站对其身份进行认证；当认证过程完成后，工作站可以关联接入点（或新的接入点进行重新关联），并可以获得完全访问网络的权利。２．３．３ＷＩＨ技术的特点对于传统的有线局域网需要大量的布线，在一些环境比较复杂危险，或者古老破旧的地方进行布线是十分困难的。随着无线网络的产生以及ＷＩＦＩ信号的全面覆盖，摆脱了传统的网络电缆传输模式，客户端与服务器之间的连接通过无线网络传输媒介变得十分简单，通信模式相对比较灵活方便，同时还大大的降低了组建网络带来的电线成本。从硬件设备的角度来看，ＷＩＦＩ信号组件的局域网相比电缆局域网硬件设备简单方便，并且目前市场上支持ＷＩＦＩ的设备十分普遍，全部设备都采用全球统一的ＷＩＦＩ标准，客户端可以随意的与各种不同品牌的无线设备之间进行连接通信，无论身在世界的哪个角落都能享用这一通信服务。客户只要在有ＷＩＦＩ信号覆盖的范围内，都能随意移动、加入、或退出网络，并且改变动态拓扑结构不会影响客户的正常使用。２．４本章小结本章开始部分主要讲述了视频监控智能小车系统总体设计的思路与实现方案，通过对各个硬件部分的介绍，对视频监控智能小车的设计有了初步了解。然后介绍了智能小车实现的相关功能，并从软件硬件两个方面对设计方案进行了可行性分析。最后对智能小车系统的硬件软件集成开发环境以及程序调试环境和ＷＩＦＩ技术的相关知识做了介绍和说明。基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计第３章视频监控智能小车系统硬件设计３．１嵌入式系统硬件设计３．１．１嵌入式系统硬件设计概述嵌入式系统的硬件部分一般是由微处理器、总线、存储、输入／输出接口设备等组件组成。本文采用市场主流通用的微处理器，有重量小、体积小、可靠性强、功耗低、成本费用低、抗干扰、工作温度范围广等优点，在整合、架构、指令集、性能、电源管理和成本费用等方面都十分适合嵌入式系统【ｌ引。总线是微处理器与存储器以及其他设备之间传输数据的桥梁，是系统设备传输地址、数据和控制命令通用的一条路径。嵌入式系统的存储器分为内存和外存，内存可由微处理器直接访问，其内存中存放了大量所需的程序代码和运行所需的数据。在系统上电后，存放在主存中的代码直接运行，其主要特点就是外部访问主存的速度一般都比较快，一般采用ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＮｏｒＦｌａｓｈ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等作为主存。微处理器内部集成着很多输入／输出接口和部分其他设备，接口包括ＤＭＡ控制器、串行接口、中断控制器等设备，其他部分设备包括定时器、计数器、看门狗、实时时钟、ＰＷＭ以及数模／模数转换器等。３．１．２系统硬件总体设计在处理器作为主控芯片的基础上，在外部加载一些硬件电路模块的设计，然后对各个模块之间的连接线路进行设计，即为硬件电路设计。硬件设计的总体系统框图如图３．１所示：ＳＴＭ３２作为系统主控制器，电机驱动芯片与红外传感器与之连接，实现小车的各种运动和避障功能。ＳＴＭ３２通过底层驱动驱动摄像头采集视频信息，控制无线路由器与控制终端通信，通过ＷＩＦＩ信号实现在控制终端实时显示视频以及达到控制的目的。电源模块主要功能是为整个硬件电路模块提供电源，保证电路能够在正常电压范围内工作。硕士学位论文图３．１硬件设计框图３．２系统硬件模块选型３．２．１微处理器模块选型对于微处理器的选型要求能够协助小车完成传感器红外信号检测，电机转速控制，与外部设备之间进行通信以及其他一些辅助功能，因此本系统选用功能强大的ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列芯片作为智能小车的主控制器模块。ＳＴＭ３２Ｆ１０３系列芯片采用的是Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核的构架，专门为嵌入式应用系统设计，能够满足嵌入式系统性能高、成本低以及功耗低的特点，同时它还具备了集成度高以及便于开发的特点。ＳＴＭ３２处理器内部具有高速存储器（高达５１２ｋＢ的闪存和６４ｋＢ的ＳＲＡＭ），丰富的增强型Ｉ／Ｏ端口和两条与外设连接的ＡＰＢ总线，对外部设备有非常好的控制力和连接能力：另外，ＳＴＭ３２可根据系统设计采用多种功耗模式而进行合理化设计要求【２０１。众多的优点使得ＳＴＭ３２系列产品成为消费类以及工业现场控制很好的选择，一般具有以下特点：（１）速度方面：主频最快能达到７２ＭＨｚ；（２）存储器方面：根据芯片系列和型号的不同，片内集成的Ｆｌａｓｈ容量在３２Ｋ～５１２Ｋ之间，ＳＲＡＭ的容量在６Ｋ～６４Ｋ之间；（３）时钟、复位和电源管理方面：电源电压范围在２．０～３．６Ｖ，芯片内部集成有８ＭＨｚＲＣ振荡电路，有基于ＲＴＣ校准用的３２ｋＨｚ晶振；（４）功耗方面：能够处在待机，休眠以及停止三种功耗模式下，当系统电源断电时有后备电池为实时时钟和备份寄存器供电；１３基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计（５）外设资源方面：芯片内部有两个１２位的Ａ／Ｄ转换器，电压转换范围在０－－－３．６Ｖ；含有５个ＵＳＡｄ良Ｔ、２个ＤＭＡ控制器，此外该处理器还集成有ＳＰＩ、１２Ｃ、１２Ｓ等接口可供用户选择使用。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ｘｘ内部总体结构框架如图３．２所示。图３．２ＳＴｌＶｌ３２Ｆ１０３ｘｘ内部总体结构框架本设计采用的微处理器的具体型号为Ｓｎ肥２Ｆ１０３ＺＥＴ６，它具有丰富的片内资源：５１２ＫＢ的ＦＬＡＳＨ、６４ＫＢ的片内ＳＲＡｌＶｌ，针对片外的ＳＲＡＭ，ＰＳＲＡＭ，ＮＯＲ以及ＮＡＮＤＦｌａｓｈ。它具有一个可变静态存储控制器，可供用户增加外设的８０个ＩＯ接口、１６通道的１２位ＡＤＣ、以及集成有ＵＳＢ、ＣＡＮ、ＳＰＩ、１２Ｃ、ＵＡＲＴ等各种接口。因此作为嵌入式系统应用和设计，在工业现场控制以及一些要求低功耗并且功能强大的场合，它是理想的选择。１４硕士学位论文３．２．２红外传感器模块选型在智能监控系统小车的设计中，避障模块的设计需要使用光导航来扫描前方物体，一般情况下使用红外线进行扫描。红外避障传感器和牵引力传感器的工作原理都是利用对象反射性质，一定范围内，若没有障碍物，红外传感器发射的红外线，随着传输距离越来越远逐渐减弱并最终消失；若有障碍物，红外线信号遇到障碍将被反射到传感器探测头【２１１。如果传感器检测到前方有信号，就会发现前方有障碍物，并会将相关信号发送给单片机，然后单片机就会对其进行分析处理，从而协调小车车轮的运动状态，这样就完成了避障。本次设计采用的红外避障传感器是市场普遍存在的集成红外避障传感器模块。此传感器模块可以调节频率电位器，通过调节发射管发射红外线的频率，来改变工作模式，其中红外线的检测角度为３０度。本系统所采用的红外避障传感器模块如图３．３所示：图３．３红外避障传感器模块红外避障传感器的引脚有四个，从左到右分别为：５Ｖ，ＧＮＤ，ＯＵＴ，ＥＮ。其中传感器的输出引脚是ＯＵＴ引脚，红外光线检测到前方有障碍物，就会输出一个低电平，对应的电路板上指示灯也会亮起来。控制传感器的使能引脚为ＥＮ引脚，输出低电平有效。本系统设计的电路板中还加入了一个可以直接跳线的使能端，它为三线制传感器的控制问题提供了极大的方便，跳线直接用跳线帽即可。经过本系统设计测试，此红外避障传感器在４．５Ｖ．５．５Ｖ电压下，都可以正常工作，检测到前方３－３５ＣＭ范围内存在的障碍物，但是在使用时需要注意的问题就是电源正负极性不能接反，否则会将芯片烧毁。３．２．３电机驱动模块选型智能小车的驱动电机常选用步进电机或者直流电机，本设计中采用直流电机，它具有优良的速度控制性能，具体来说它有下列优点：１．有一个能够克服转动装置产生摩擦力矩和负载转矩的大扭矩大转矩；基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计２堵皂够适应各种复杂速度和信号的快速变化，具有很强的响应适应能力；３．电机的过载能力强，负载特性大，能够增加系统的稳定性，保证运行速度不受负载的影响；４．直流电机空载力矩比较大，对来自控制端发出的停转控制命令进行快速的响应，并且可以产生一定的力矩来阻止小车由于惯性向前移动；５．直流电机能够适应各种各样的环境；６．与其他电机相比，直流电机工作噪声小，性能稳定；（１）车速控制方法直流电动机有两种主要的转速调节方法：一种是励磁控制法，通过磁通进行调节；另一种是电枢控制法，通过电枢电压进行调节。在高速模式下，由于换向，容易产生火花并且容易受到换向器结构强度的限制，而且励磁线圈会产生较大的电感，造成控制时较差的动态响应，故实际应用中不常采用这种方法【２２】。电枢控制法中的线性放大驱动方式可以让半导体功率器件在其线性放大区间工作，绝大部分的直流电动机都是采用的电驱电压控制模式来调节转速，即切换开关驱动方式。在这种模式中，开关信号的功率大小可以控制半导体器件的开启和关闭，通过信号脉宽调制输出的电平来调节电机的电枢电压从而达到实现调速功能的目的。（２）ＰＷＭ脉冲宽度调制脉冲宽度调制ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）通过调整直流电源开关电压的固定频率脉冲宽度（占空比）来改变负载上得到的平均电压，达到实现电压调节。根据一个固定的频率来打开和关闭电源，并根据实际需求“开”和“关”的时间长度在固定的期间内发生变化。通过改变平均电压来改变电机的速度，平均电压的改变则是改变平均占空比来实现的。如图３．４所示在有脉冲信号的作用下，电机的转速逐渐增大，断电时，速度逐渐减小。因此，规律的改变开和关的时间，就能够使电动机速度得到控制。～最大值Ｖ．。～平均值Ｖ一最小值Ｖ．图３．４占空比与平均电压关系图１６硕士学位论文本系统小车的调速设计采用的是软件实现，通过改变电机电压与平均电压之间的占空比，控制高低电平的转换来实现小车调速的。具体方法为：在小车行驶期间，电源经过ＰＷＭ控制后会给小车提供一个平均电压。当电源输出的电压为最大值Ｖｍａｘ时，占空比为Ｄ＝ｔ厂ｒ，电机平均电压Ｖ＝Ｖｍａｘ＊Ｄ＝Ｖｍａｘ＊（ｔ／Ｔ）。其中，ｔ为高电平持续的时间，Ｔ为ＰＷＭ的周期。在Ｔ不变的前提下，改变ｔ，小车得到的电压Ｖ也改变，因此，小车的速度也随之改变。ＰＷＭ调速具有以下特点：１、能够简化硬件电流。由于调速方法大都采用软件设计，因此不需要电压比较器等一些硬件设备，因此能够大大的简化电路设计。２、开关频率高。由于单独的电枢电感可以达到小脉动直流电流滤波效果，因此拥有相同的平均电流可实现电枢电流在很大的转速范围内平稳的转动【２引。３、电子设备只能工作在开关状态，电路损耗相对小装置较高。正是由于这些优点使得ＰＷＭ脉冲编码调速反应好，调速稳定并且具有很强的抗干扰性。（３）直流电机驱动芯片本设计采用美国德州仪器生产的Ｌ２９８Ｎ电机驱动芯片作为直流电机的驱动芯片。该芯片的最高工作电压是４６Ｖ，最大输出电流可达３Ａ，稳定电流保持在２Ａ，额定功率２５Ｗ，具有１５引脚的封装结构。该芯片可控制直流电机、步进电机以及继电器线圈等高电压大电流的驱动器；１５个引脚中除了输入输出引脚之外还具有两个使能端和一个电源输入端，引脚输入电平采用的是逻辑标准电平，能够拒绝来自外部信号的干扰。内部逻辑电路在低电压下工作，外部检测电阻器可将改变的反馈量反馈到控制电路中【２引。Ｌ２９８Ｎ电路设计图如图３．５所不：图３．５Ｌ２９８Ｎ电路设计图１７基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计Ｌ２９８Ｎ驱动芯片同时可以驱动多个步进电机或者多个直流电机。本系统设计的四轮小车分别有四个直流电机组成，每一侧都有两个直流电机可以做成一路控制信号控制电机。使能信号控制端ＥＮＡ和ＥＮＢ控制电机运转在正转、反转、停止、自由滑行四个象限状态中。在，ＥＮＡ和ＥＮＢ分别接入脉冲编码信号，采用软件设计实现ＰＷＭ脉冲编码调速，从而达到变速的目的。３．２．４视频采集模块选型摄像头的工作原理主要是通过图像传感器来实现的。图像传感器的工作原理是将采集的景物目标ＡＤ采样转换为图像电信号，然后将图像电信号送至图像处理芯片根据其像素大小以及颜色分布转为相应的数字信号。成像系统判断采集视频信息各种动作信号是根据分析和提取转换来的数字信号得到的。摄像头的主要结构通常包括主机镜头、ＣＣＤ图像传感器、Ａ／Ｄ转换器、同步信号发生器、图像处理芯片等部分内容组成【２５１。ＣＣＤ简称电荷耦合器件，它可以进行光与电荷之间的转换，以及对电荷的存储和传输，也可以通过改变电荷量来改变电压。因此ＣＣＤ是一种比较理想的新型传感元件。摄像头是视频信号的采集设备，摄像头性能的优劣直接关系到视频监控效果的。摄像头选型目前可以考虑三种选择方案：１．采用比较普遍的ＣＭＯＳ数字图象传感器。这种传感器不仅包括一个图像传感器和一个刀Ｄ转换器，并且还有能与ＳＣＣＢ接口连接的主机控制芯片或视频编码ＣａｍｅｒａＩｎｔｅｒｆａｃｅ。目前市场上主流的彩色数字图像传感器芯片有ＯｌｎｎｉＶｉｓｉｏｎ公司的０Ｖ９６５０和０Ｖ７６２０等【ｚ６。。２．采用ＵＳＢ数字摄像头。该摄像头驱动开发十分简单并且基本结构大都集成于一体，因此只需要在ＵＳＢＨＯＳｔ驱动上加载摄像头ＵＳＢ驱动即可轻松实现摄像头实时采集数学视频信息。模拟摄像头和ＶｉｄｅｏＤｅｃｏｄｅｒ（Ａ／Ｄ）芯片相结合的模式便于实现多路视频信息采集。为了减小硬件设计的复杂度和增强各个模块连接的独立性，本设计视频系统采用ＵＳＢ数字摄像头ＵＶＣ５００。该摄像头是利用内部集成电路直接将转换好的数字信号传送到电脑上，只要处理器的响应速度足够快，ＣＣＤ捕捉到的图像信号就可以通过信号传输以达到实时显示的动态效果。摄像头如图３．６所示：图３．６ＵＳＢ摄像头１８硕士学位论文ＵＳＢ接口是目前应用比较广泛的一种接口模式，几乎所有的产品都能支持，即插即用，具有强大的扩充能力，用起来十分方便。依靠ＵＳＢ连接无线路由器获得的电压就能否满足摄像头正常工作需求的电压，这样就不用再接外部电压，使得电路设计更加简单方便。ＵＳＢ摄像头虽然在采集动态画面与成像清晰度上仍然无法与接口摄像头相比，但是其接口简单，即插即用，已经成为设计者的首选【２。７。。３．２．５无线路由器模块改造在本系统设计当中，无线路由器具有十分重要的作用，通过无线路由器可以搭建一个局域网，并且在这局域网的基础上可以运行多种底层协议。控制终端与智能小车进行信号的控制和交互就是采用这种传输模式。首先运行于控制终端的网络程序通过局域网与智能小车建立起ＵＤＰ连接，待连接建立成功后，用户就可以使用控制终端的用户界面软件向智能小车发送各种控制指令和获取摄像头视频信息等数据。在本次设计中控制信号以及摄像头视频信息传输平台是基于ＷＩＦＩ的无线传输，那么对于无线路由器的选择是十分必要的。目前生产无线路由器大多为ＯｐｅｎＷｒｔ操作系统，与出厂封装的固件相比，ＯｐｅｎＷｒｔ不仅是一种静态、单一的固件，还为用户提供了一种可读可写可添加软件包的系统文件。这样用户可以不受提供商提供设备的限制，随意的选择应用程序和配置，并且还可以添加一些适合设计需求应用的软件包来满足用户的设计。对于设计者而言，ＯｐｅｎＷｒｔ仅仅是一个系统框架，设计者不需要再重新构建复杂的固件就能在此基础上开发自己想要的应用程序设计。考虑系统设计的美观性，以及实用性，本次设计采用了ＴＰ．ＬＩＮＫ迷你型无线路由器，它采用的是８０２．１ｌｂ／ｇ无线传输标准，传输速率为５４Ｍｂｐｓ。在户外宽阔无障碍的空间内最远可覆盖面积为３００平方米，在室内无障碍的空间内最远可传输距离为１００米。因此采用该型号的无线路由器能够满足本设计宽带宽，远距离传输的性能要求并且性能稳定。无线路由器如图３．７所示：图３．７无线路由器１９基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计本系统的无线路由器模块设计是将路由器进行系统改造，把原有出厂系统固件替换成ＯｐｅｎＷｒｔ，完成这一步后，这个路由器就等于成了一个装在Ｌｉｎｕｘ系统的小型计算机系统。将摄像头的驱动加载在Ｌｉｎｕｘ操作系统的无线路由器上就能实现视频数据进行实时无线传输【２引。所有的指令以及数据传输都是通过Ｓｏｃｋｅｔ嵌套字通信模式传输的，通过连接有固定路由地址和端口的ＰＨＰ网页，就能将控制界面的按键值转换为对应的命令值，利用无线路由器的串口进行接收数据。在路由器中，串口端口就是ＴＴＬ线接口，想要向主控制器发送命令就必须将路由器中的Ｔ］几接口接到主控制器上对应的串口上才能实现。３．２．６电源电路模块设计电源电路是整个硬件系统的能源系统，本文设计的电源电路可输出５Ｖ和３．３Ｖ两种电压。５Ｖ电压的获取有两种方式：第一种用直接获取直流电源输出的５Ｖ电压；第二种是用ＵＳＢ电源，通过ＵＳＢ接线连上ＵＳＢ接口，提供３．３Ｖ电压，无线路器ＴＴＬ串口供电需要的就是３．３Ｖ电压。本设计采用的是ＡＭＳ公司生产的．ａｄＶＩＳｌ１１７，这是一款通用线性稳压器，低漏失电压调整器。本设计采用的稳压器是是固定电压３．３Ｖ，从稳压电源引出的５Ｖ电压可以给系统直接供电，经过ＡＭＳｌ１１７稳压器之后，电压从５Ｖ降为３．３Ｖ，在电压输出端加入一个ＬＥＤ作为电源指示灯【２９Ｊ。为了防止电流的倒流，在电路中加入了二极管，并且加入了能够滤除低频干扰的电容设计。电源电路设计图如图３．８所示：图３．８电源设计电路图３．３本章小结本章主要介绍了视频监控智能小车硬件系统的整体设计方案，并且根据总体方案重点介绍了一些重要器件的选型以及工作原理。对主控制器ＳＴＭ３２的性能以及一些外设硬件选型进行了详细的介绍。接着对红外传感器模块电路设２０硕士学位论文计、电机驱动模块设计、视频采集模块设计、无线路由器模块设计、电源电路电路模块设计等内容设计进行了相关的介绍与分析。２１基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计第４章视频监控智能小车系统软件设计本系统的软件设计则是包括系统软件设计和应用软件设计两部分内容，系统软件设计则是在对应的硬件平台上进行的程序设计，根据设计者硬件设计的需求来进行软件程序代码编写。应用软件设计则是根据设计者的应用需要，在一定的操作系统的平台下，采用特定的软件进行软件设计；应用软件设计一般包括用户界面设计和功能实现设计【３０１。嵌入式软件设计一般包括系统软件、支撑软件、应用软件三部分内容。本设计中用到的支撑软件主要是第二章中讲到的ＰＣＢ制板软件和Ｋｅｉｌ．ＭＤＫ集成开发环境。嵌入式软件设计都是需要与对于的硬件开发平台结合进行程序代码设计的，它的应用已经渗入到通信、监控、工业设计等方方面面。４．１操作系统选取嵌入式操作系统ＥＯＳ（ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是一种能够支持嵌入ＴｉｍｅＯｐｅｒａｔｉｏｎ式应用设计的操作系统，又称实时操作系统ＲＴＯＳ（ＲｅａｌＳｙｓｔｅｍ）。嵌入式操作系统一般情况下包括系统的内核、设备驱动接口、标准化Ｂｒｏｗｓｅｒ浏览器、图形化界面、通信协议等内容。嵌入式操作系统是以设计者的应用为目的，程序设计为基础，对硬件设备的成本，器件稳定性都有一定的严格要求，与通用的操作系统特点相同，更为一些硬件设备提供相应的嵌套函数，驱动程序，设计工具等特点【３¨。嵌入式操作系统是对硬件与软件之间的资源进行配置，调动与协调，提供一定的开发平台。嵌入式操作系统常见的有：嵌入式Ｌｉｎｕｘ、Ｉ＿ｔＣ／ＯＳ．ＩＩ、ＷｉｎｄｏｗｓＥｍｂｅｄｄｅｄ、ＶｘＷｏｒｋＳ【３２１。常用的平板电脑和智能手机以及其他智能设备的嵌入式操作系统有：安卓操作系统、苹果ｉＯＳ操作系统、塞班操作系统和ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙＯＳ等，下面就其中的几种嵌入式操作系统进行简述。４．１．１嵌入式Ｌｉｎｕｘ嵌入式Ｌｉｎｕｘ拥有成本低廉，多种硬件平台支持，性能优越和更好的网络支持等特点。嵌入式Ｌｉｎｕｘ是一个免费的嵌入式操作系统，完全开源的代码，为开发者提供了足够大的自由空间，软件资源也很丰富，每一种应用程序在Ｌｉｎｕｘ上大多数都能够找到，并且它的个数还可继续增加［３３１。采用嵌入式开发产品开发不是从零基础开始，可以选择一个类似的自由软件为平台进行二次的平台开发。此外，它还具有最底部的多驱动器资源，不同种类的主流硬件设备硕士学位论文和新硬件技术可以支持，这些都能够进一步在嵌入式系统中促进了的Ｌｉｎｕｘ应用。４．１．２ＩＪｌＣ／ＯＳ－ＩＩＣ／ＯＳ．ＩＩ是一个可以同时抢占并同时完成多种任务的操作系统。构建Ｃ／ＯＳ．ＩＩ系统的职能包括：时间的管理、任务的管理、内存的管理、特别任务通信的同步等职能体系。这种无论何时都抢占优先、并能同步处理各种问题的操作系统会带给用户更好地操作体验。除此之外，Ｃ／ＯＳ．ＩＩ还具备源代码开放、可移植性的特点，只需提供一个标准的交叉编译器、汇编工具、连接器件和其他开发工具，就可以在其所开发的产品中应用Ｉ．ｔＣ／ＯＳ．ＩＩ系统【３４】。这种嵌入式的应用系统通常采用汇编语言编写代码设计处理器的硬件部分，这种应用系统可实现各部分功能能够独立、互不打扰的运转并且可正确准时完成操作使命、与实时应用程序的目标不谋而合。因此程序员能够在设计过程使得应用程序的大大减少，从而使得操作过程有所简化。４．１．３ＶｘｗｏｒｋｓＶｘＷｏｒｋｓ操作系统是由美国风河公司生产的嵌入式实时操作系统，具有实用性强，程序精炼，占用内存小等特点，具有中断处理、调度进程等功能【３５１。此外ＶｘｗｏｒｋＳ由于其系统的可靠性高，能够同时进行多机制任务，能够控制任务的优先级以及循环调动体系，因此提高了系统的实时性。４．１．４嵌入式Ｌｉｎｕｘ的优势本设计选用的操作系统是国内设计者比较亲睐的Ｌｉｎｕｘ嵌入式操作系统。它是一套由国内许多有经验的工程师领导开发，源码完全开放的实时系统。它不仅提供了丰富的外围接口部件，如系统文件、ＴＣＰ／ＩＰ协议栈、可以移植到多种硬件平台并且支持多种体系结构【３６１。设计者可随时根据自己需求来修改Ｌｉｎｕｘ源码，采用Ｌｉｎｕｘ操作系统不但可以降低了总体的成本而且又提高了产品的设计效率。嵌入式操作系统具有以下几个特点：（１）低成本开发系统Ｌｉｎｕｘ的源码具有开放性，允许任何人能够收到并变动Ｌｉｎｕｘ的源代码。不仅在一个角度上大大压低了开发成本，而且在另一角度上可以提高产品的开发速度和效率，并且也可以在社区中得到广泛的应用【３７１。（２）可应用于多种硬件平台Ｌｉｎｕｘ能够支持多种硬件平台结构，它非常适用于在经费以及时间上支持力度不大的研究开发的项目。Ｌｉｎｕｘ在对硬件进行管理时使用的是一个统一的框基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计架，从一个硬件平台到另外一个硬件平台的硬件设计的改变和上层的应用没有任何关系。（３）可定制的内核Ｌｉｎｕｘ内核模块可以根据设计者的需求量身定做，添加或删除其中内核某些部分‘３引。经过改造后的内核占用内存很小，并且还可以在内核中加入一些其他的嵌入式功能。（４）性能优异Ｌｉｎｕｘ内核模块是一个独特的机构，它可以根据用户的需求，许多实时模块插入到内核中，或从内核移除，并且专为嵌入式设备需要。同时也可以在个人计算机上将嵌入式Ｌｉｎｕｘ作为一个工作站。（５）良好的网络支持Ｌｉｎｕｘ是第一次执行ＴＣＰ／ＩＰ的操作系统，在它的网络结构内核中网络协议栈是非常完整的，并且包括十兆、百兆和千兆以太网，同时支持无线网络或者光纤网络，对嵌入式来说是一个很好地操作系统选择【３９ｌ。４．２系统驱动程序设计４．２．１红外避障程序设计红外避障传感器是基于发射、反射物体分割或部分光束投影、最终判决的反应；是利用测试对象的光或反射的红外光束，通过同步电路选择脉冲测试对象存在与否，它的对象不只是针对金属物体，可以感知到一切物体反射的光线。红外避障传感器在本设计应用采用＋５Ｖ的工作电压，驱动电流为１００ｍＡ，３．３５厘米的有效测量距离。该传感器是一个开关传感器，开关信号输出为０和１，直接连接到主控制器。红线连接到阳极和绿线连接到阴极，主控制设备端连接黄线。当没有任何障碍，高输出电平；当有一个障碍，输出低电平触发中断点的即时反应，避开障碍物【４０１。红外接收器在小车运动过程中不断的发射红外线，遇到障碍物返回红外线。红外接收器具有接收信号、放大信号、解调信号的功能，通常将接收到的模拟信号转换为数据“０”和“１＂高低电平，单片机通过外部中断的输入引脚来解码芯片收到的电平数据，从而做出相应的判断【４１】。程序设计的红外避障传感器流程图如图４．１所示：２４硕士学位论文图４．１红外避障传感器软件设计流程图４．２．２电机驱动程序设计电机驱动芯片Ｌ２９８Ｎ采用１５引脚的封装结构，其中包括４个输入引脚接口分别为ＩＮｌ、ＩＮ２、ＩＮ３、ＩＮ４，工作电压最大可达３６Ｖ，最低可达４．５Ｖ，在实际设计当中一般采用５Ｖ电压即可。使能信号ＥＮＡ，ＥＮＢ负责开启访问控制信号，控制电机的转动。输出引脚同样也有４个，分别是ＯＵＴｌ、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、ＯＵＴ４，当ＩＮｌ端输入高电平，ＩＮ２低电平，电机Ｍ１实现正向转动，同样另一台电机也可采用这样的控制方法。电机的驱动主要是对Ｌ２９８Ｎ驱动芯片的操作，只需控制器直接提供电压信号就可以实现电机的正反转，可以通过电源来调节输出电压，控制电机的转速。首先从单片机中读出控制信号，将对应的高／低电平写入连接单片机的六个端口。使小车工作于不同的运动状态。端口级和小车运动的状况对应如表４．２所示：基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计表４．１端口级和小车运动的状况对应关系表电机旋转方式控制端ＩＮＴｌ控制端玳Ｔ２控制端矾Ｔ３控制端玳Ｔ４调速通过输入ＰＷＭ信号改变脉宽实现调速端Ａ调速端Ｂ｜正转Ｍ１反转停止正转Ｍ２反转停止局低呙｜｜商局向｜低低｜｜｜｜低｜｜｜｜呙低向｜呙向局｜｜低｜｜低低｜从程序设计上来讨论Ｐ＇瞩ｒｌＶＩ脉冲信号的产生，可以采取软件延时方法以及计时器延时方法。虽然理论上更容易实现软件延时，但其占用太多的系统资源，使用时是不容易的实现的。脉冲的产生源自于调速器采用定时器中断，脉宽调制控制的一个分支程序是定时器的中断服务程序。在采集信号过程中还可以启动ＡｉＤ转换，对信号进行采样。电机驱动设计流程图如图４．２所示：弋．：多一◇ＮｔＹ输出低电平占空值赋初值＋计数器赋初值●输出高电平启动ＭＤＪ一图４．２ＰＷＩＶＩ软件设计流程图２６硕士学位论文４．２．３视频采集程序设计摄像头的工作原理其实就是将光学信号转换电信号的过程，通过图像传感器将物镜转换为电信号，然后再经过Ａ／Ｄ转换成数字图像信号，最后将数字图像信号发送给摄像头内部ＤＳＰ（数字信号处理）处理芯片进程处理【４２１。本系统设计将数字摄像头的驱动加载在无线路由器固件当中，当主控制器发出采集视频指令，摄像头开始工作，并将采集回来的视频信息通过无线路由器连接的ＷＩＦＩ信号发送到显示界面显示出来。本设计采用市场上用的比较广泛的ＵＳＢ数字摄像头，该摄像头内部含有数字信号处理芯片，能够对捕捉视频流信息进行压缩和编码，将模拟信号转换为数字信号。发送端的设计包括对视频信息的采集以及数据压缩编码，主要由装在Ｌｉｎｕｘ无线路由器内部的ＵＳＢ摄像头驱动完成；为了使摄像设备正常工作，需要在Ｌｉｎｕｘ内核中加载ＵＳＢ视频驱动程序。ＵＳＢ驱动设计可分为三个部分，分别是由ＵＳＢ接口、ＵＳＢ主机、ＵＳＢ设备。ＵＳＢ设备驱动程序包括设备控制驱动程序，ＡＰＩ驱动程序，Ｇａｄｇｅｔ驱动程序三部分内容【４３Ｊ。根据视频传输系统采集端的功能要求，视频采集端的主要任务是采集智能小车所处环境的视频信息、压缩视频数据、发送压缩视频流。视频采集模块作用是通过摄像头图像传感器采集视频信息，并且将采集的视频数据存放到压缩线程随机队列缓冲中，供压缩线程实时压缩视频数据㈣。当视频采集线程成功往压缩线程队列缓冲区写入一帧原始视频数据后，压缩线程就开始工作。压缩线程的主要任务就是把采集线程传送来的视频按ＩＥＰＧ视频压缩标准压缩成视频流数据，然后发送视频流数据发送缓冲区的线程队列。收集线程的工作流程图如图４．３所示。视频传输模块和视频接收模块的视频采集终端是相互对应的模块，主要负责接收视频采集终端在ＵＳＢ的视频数据的发送，并将其组合成一帧视频数据供解压缩模块使用，接受工作线程流图如图４．４所示：２７基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计图４．３视频发送端流程图图４．４视频接收端流程图按照上述方法采集到的视频图像，其数据量非常的庞大，如果直接进行数据的存储以及数据的传输难度很大，并且需要很高的网络带宽要求，所以对视频图像进行压缩必须在视频图像存储和传输之前进行。本系统采用的是／ＰＥＧ图像压缩，主要是由软件设计实现。即ＥＧ是一种图像压缩标准，可分为标准的／ＰＥＧ，渐进式／ＰＥＧ和ＪＰＥＧ２０００三个格式１４５Ｊ。在／ＰＥＧ标准不相关的任何格式和平台下，该平台支持的图像压缩是最高水平。／ＰＥＧ静止图像压缩标准可以直接处理整个图像帧，压缩的倍数可达２０倍８０倍，具有固定的分辨率压缩图像质量非常高，很难去原始图像进行区分。４．２．４无线数据传输程序设计视频模块程序设计中，除了完整的视频采集和压缩，还需要传输实时视频信号、供用户访问、查看和显示。本系统设计的无线数据传输是对控制信号以及视频信息的传输，是基于ＴＣＰ／ＩＰ协议进行传输的。在服务器的一侧，ＴＣＰ／ＩＰ协议的主要应用是接受远程客户端的各种请求，并且负责与远程客户端建立和取消连接，将客户机需求的数据传递到远程客户端。对于用户来说，ＴＣＰ／ＩＰ协议的主要应用是与客户端建立连接，接收或取消数据信息。ＴＣＰ／ＩＰ协议被称作国际互联网基础协议，是一种协议套件，内部包括ＴＣＰ和ＩＰ两种协议【４ＴＣＰ／ＩＰ主要包括四层结构分别是网络接口层、互联网层、传输层和应用层。在按照ＴＣＰ／ＩＰ网络传输协议的基础上，本系统软件编程中采用的是Ｓｏｃｋｅｔ线程循环。Ｓｏｃｋｅｔ套接字是在基于Ｕｎｉｘ文件描述符的基础上用于与其他机制进６。。２８硕士学位论文行通信的一种方法，发送端将要发送的数据信息写入嵌套字结构中，接收端用来读取嵌套字内的数据信息，这样的方式有利于实现不同主机之间进行同步通信。根据与本地嵌套字连接目标的方法可将参数分为三种：通信对象、Ｐ地址与端口号、以及传输协议等，通过判断这三种参数就能识别各网络之间连接通信的进程Ｈ¨。在经过路由器初始化过程之后，根据创建特定的ＩＩｌ地址与端口号进行绑定连接，与连接对象开始进行通信。本系统所设计的视频传输端口号为８０，控制端口号为２００１；客户端通过判断是否连接网络成功进行数据传输，最终通过判断监控状态来结束数据传输。无线通信设计流程图如图４．５所示：图４．５无线通信设计流程图上位机以字节打包的方式发送控制命令到控制端，传输模式采用Ｓｏｃｋｅｔ通信机制，同时接收实时传回的视频流并在控制端界面实时显示。视频显示的基本原理也是将摄像机捕获的视频信号解码成单独的一定格式的图片信息发送控制端，控制端将接受到图片编码组合成对应的视频信号。采用嵌套字进行通信，通常采用Ｓｏｃｋｅｔ函数创建对象，采用Ｃｏｎｎｅｃｔ函数实现与目标连接，采用２９基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计Ｓｅｎｄ函数实现数据发送。在所有的数据发送完毕后通过Ｃｌｏｓｅ方法进行资源的释放，通信机制的关闭。通信协议对应指令如表４．２所示：表４．２指令通信协议功能１启动停止｛１）｛０）代码１功能２前进停止后退代码２ＤＤｌ４４４４３１功能３摄像头中心代码３ＳＭ０５３４Ｄ３０ＤＤ２４４４４３２摄像头下ＳＳ２５３５３３２速度０速度２５速度５０速度７５５０００００ＤＤ３４４４４３摄像头右上ＳＳ６５３５３３６５０１９ＯＯ右转右旋右退ＤＲｌ４４５２３１摄像头右ＳＳ４５３５３３４５０３２ＯＯＤＲ２４４５２３２摄像头右下设中心前灯开前灯关声音开声音关ＳＳ８５３５３３８５０４Ｂ００ＤＩＵ４４５２３３ＳＳ５５３５３３５ＳＭｌ５３４Ｄ３ｌ速度１００５０６４００摄像头左上摄像头左摄像头左下ＦＬｌ４６４Ｃ３１左转左旋左退ＤＬｌ４４４Ｃ３１ＳＳ３５３５３３３ＦＬ２４６４Ｃ３２ＤＬ２４４４Ｃ３２ＳＳ７５３５３３７ＦＢｌ４６４２３ｌＤＬ３４４４Ｃ３３摄像头上ＳＳｌ５３５３３１ＦＢ０４６４２３０４．３应用程序设计４．３．１上位机应用程序设计上位机作为控制下位机以及视频显示的平台，必须要有操作简单，界面功能强大的优点。当打开上位机操作界面时，系统初始化通过无线信号自动与下位机建立连接，用户可通过选择上位机界面的不同用户按键，发出相应的指令来控制小车运行状态和监控视频的实时显示。该系统的目的是以实现控制终端软件的ＰＣ机作为上位机，利用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋设计软件，它具有开发环境可视化的特点，用户可以直接在界面中进行编程操作，其内部结构为开发者提供许多实用的工具和功能，很大程度上提高了设计者开发应用程序的效率【４８１。本系统设计的上位机软件界面能够实现如下的功能：（１）实时显示动态数据。在监控界面中，可以实时显示控制端发出的命令信号以及智能小车的摄像头采集回来的视频信号。３０硕士学位论文（２）参数的调节。在上位机的应用软件设计中，可以随时调节更改系统的参数设置，比如：串口的设置，控制命令特定值的设置。（３）历史数据查询。上位机软件能够保存所有采集和发送的数据信息以备查询。对于智能小车的监控，上位机界面的设计不仅要求对小车的速度和方向进行控制，也要求对小车所处环境进行监测。上位机设计流程图如图４．６所示：图４．６上位机软件设计流程图基于ＶＳ２０１０的设计平台，采用面向对象语言Ｃ拌设计的上位机界面效果图如图４．７所示：３１基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计图４．７上位机软件界面图４．３．２Ａｎｄｒｏｉｄ系统手机应用程序设计Ａｎｄｒｏｉｄ系统是目前手机系统中的主流系统，也是一种基于Ｌｉｎｕｘ内核的开放性开发平台，而且Ａｎｄｒｏｉｄ系统源代码也是对外完全开放，为用户在其平台上的设计提供了许多便利条件。本设计采用的Ａｎｄｒｏｉｄ系统开发软件为Ｅｃｌｉｐｓｅ，它的源码是完全对外开发的，是一种基于弘ＬＶＡ运行平台的开发软件，在Ｅｃｌｉｐｓｅ编译环境中还安装有能够升级或者更改Ａｎｄｒｏｉｄ系统的工具开发包ＡＤＴ【４９】。同时使设计者为了方便调试程序查看设计效果还需要安装一个Ａｎｄｒｏｉｄ模拟器，这样就可以不用每次下载到手机安装执行后才能看到效果。本次设计中的手机应用程序分两部分来设计，一部分是控制界面，而另外一部分是视频界面。对于控制界面的设计，主要是针对小车的各种运行状态，给定小车０．１００之间五种不同的特定速度，控制小车的前进、后退、左转、右转、左退、右退、左旋、右旋。视频界面主要是设计了获取视频的ＩＰ地址和端口，以及视频显示的窗口，最终将这两部分界面进行整合，加入一定的ＵＩ设计，使所设计的应用程序更加简单自由。对于手机作为控制端的设备来说，手机是如何实现与ＷＩＦＩ信号的连接将控制命令传输给小车，使之执行相应的操作的程序编写是十分关键的。下面的安卓手机端的开发模块程序说明：ｐｕｂｌｉｃＳｏｃｋｅｔｓｏｃｋｅｔ；ＳｔｒｉｎｇＣｓｉｔｅ＝“１９２．１６８．１．２０”；ｉｎｔＣｐｏｒｔ＝２００１；ｐｕｂｌｉｃｖｏｉｄｓｅｎｄＭｓｇ（Ｓｔｒｉｎｇｍｓｇ）｛ｔｒｙ３２硕士学位论文｛ｓｏｃｋｅｔ－－ｎｅｗＳｏｃｋｅｔ（Ｃｓｉｔｃ，ｃｐｏｒｔ）；ＰｒｉｎｔＷｒｉｔｅｏｕｔ－－－ｎｅｗＰｒｉｎｔＷｒｉｔｅ（ｓｏｃｋｅｔ．ｇｅｔｏｕｔｐｕｔＳｔｒｅａｍ０）；ｏｕｔ．ｐｒｉｎｔ（ｍｓｇ）；ｏｕｔ．ｆｌｕｓｈＯ；Ｌｏｇ．ｖ（“Ｗ’ｒ’，“发送成功！＂＋ｍｓ曲；ｓｏｃｋｅｔ．ｃｌｏｓｅ０；）ｃａｔｃｈ（Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎｅ）｛Ｌｏｇ．ｖ（“ＷＴ，’，“发送失败！”）；））在Ａｎｄｒｏｉｄ系统的应用程序设计中，各个组件之间的进行信息传递的途径是以事件进行处理的，有特定控件的事件监听器。在进行应用程序与系统之间通信的设计同样采用的是创建嵌套字Ｓｏｃｋｅｔ通信机制，通过设定的Ｐ地址与端口号创建连接，采用Ｓｅｎｄ收发函数进行数据的发送与接收，采用ｃｌｏｓｅ函数来断开连接【５０１。编写的应用程序在加载Ａｎｄｒｏｉｄ４．０系统的模拟器ＳＤＫ上模拟的控制界面效果图如图４．８（ａ）、（ｂ）所示：图４．８（ａ）Ａｎｄｒｏｉｄ控制界面图４．３．３图４．８（ｂ）Ａｎｄｒｏｉｄ视频界面图ｉＯＳ系统手机应用程序设计ｉＯＳ是由苹果公司开发的一款适用于手机、平板、计算机操作系统，主要应用于苹果公司生产的电子产品。ｉＯＳ系统设计的应用软件相比其他软件具有功能强大，界面美观等优点，但是由于其系统源码不开放以及研究平台的限制基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计性，对于ｉＯＳ系统设计的程序必须在ＭａｃＯＳＸ操作平台上，采用Ｘｃｏｄｅ４．２开发软件进行开发。该软件是专门为ｉＯＳ创造了基础编程语言环境，具有编译程序和自动下载模拟应用程序软件的功斛５１Ｊ。ｉＯＳ系统的应用程序设计也是在特定的系统平台上增加一些界面程序设计。苹果公司为设计者提供的平台中包含了能够被应用程序调用的方法库，在进行一个平台同时可以被多个应用程序设计访问。本系统所设计的应用程序就是与ｉＯＳ系统平台中包含的一些方法库进行对接的基础上进行设计的。在编写的代码里包括源文件组织和类的源代码，分别是在．ｈ和．ｍ文件当中。源文件组织是声明设计中的接口（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）的系统文件，是用于对系统文件提供类的定义的公共描述。编译器在进行编译＠ｉｎｔｅｒｆａｃｅ后，就能够使用该类的方法以及调用该类的对象，并且能够将该类复制到其他类中或创建子类。另一部分代码是由类的源代码组成的，编译器＠ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ部分后定义了编译器如何让类工作，实现了接口中申明的方法【５２１。编写的应用程序在加载ｉＯＳ５．０系统的模拟器上模拟的界面效果图如图４．９所示：图４．９苹果手机控制界面图４．４本章小结本章主要是介绍了该系统的软件设计方法。首先总体介绍了该系统软件设计思想，制定总体设计方案，然后对一些嵌入式操作系统进行了简单的介绍以及对本系统所采用的Ｌｉｎｕｘ操作平台进行了相关描述。接着详细说明了本系统一些外围硬件设备的软件设计实现方法。最后对本系统的控制端上位机，安卓系统和苹果系统的应用程序设计做了详细的描述。硕士学位论文第５章系统测试５．１系统测试概述在系统基本模块设计完成和软件设计调试成功的基础上，将二者进行结合需要对系统的整体功能性进行测试。通过测试可以找出设计过程中出现的问题以及最终系统是否达到了设计方案的要求，找出测试出现问题的原因或与目标不符的部分，从而达到最终实现目的，完善各种功能。在软硬件总体方案确定好之后，需要对软硬件的各个模块进行单独测试，确保每个模块都能正常工作。在每个模块都测试成功之后，逐步把各个分模块整合到一起，进行整机测试，逐步实现整机系统的各项性能以及功能。５．２系统测试主要内容对于智能小车的测试主要是对硬件驱动的测试和软件控制功能的测试。硬件驱动的测试主要是小车的电机运转，转速调整，红外避障传感器的正常工作，摄像头的驱动以及正常采集视频信息。软件测试主要包括应用程序设计准确控制小车状态测试，与小车建立的无线数据通信测试。整个测试要按照先易后难，先硬件后软件的顺序，方便整个系统测试中问题的检查与修正。整体系统测试框图如图５．１所示：电机红外驱动测试摄像业，＾驱动测试无线通信测试应用程序与小车无线通信测试图５．１系统测试流程图５．２．１系统硬件测试首先是要对硬件部分测试，硬件部分的测试包括检查整个系统的电路完好，连线是否正确，在此前提下进行电机驱动测试，通过串口调试模块进行测试，将设置好电机转速的程序下载到主控制器芯片中，观察电机的是否能运动。然后进一步的修改程序观察小车的左转、右转、前进、后退、以及变速等基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计各种状态是否能正常运行。其次是对红外避障传感器是否正常工作进行测试，测试当车体遇到障碍物时，小车是否能及时停止。最后采用串口模式对小车摄像头进行测试，检测摄像头是否能够正常工作，是否能实时拍摄视频信息，并且通过串口模式返回到界面上显示等功能。系统测试第一部分内容是电机驱动与红外避障模块的测试，该测试内容是在电脑串口的模式下进行的。由于电脑上的串口电平与主控制器芯片所需电平不同，所以才有ＭＡＸ２３２的芯片，可以将电平进行转换。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。车载系统的程序下载调试是通过将编译运行后的程序下载到ＳＴＣ—ＩＳＰ软件进行调试的，这是主控制器与电脑之间的通信。首先打开串口调试助手，设置好串口配置，一般有端口、波特率、数据位、停止位等。然后向主控制器发送命令，并且测试单片机接收到不同的命令时Ｉ／Ｏ口的电平是否有发生变化，如果有按单片机程序设计的要求发生了相应变化，则说明通讯成功。第二部分测试是对摄像头正常工作的测试。无线路由器模块经过系统改造后登陆路由器的ＷＥＢ界面加载摄像头驱动。对摄像头是否能够正常显示视频信息测试是安装ＭＪＰＥＧ作为一个小型的视频服务器软件，打开浏览器，输入固定端口地址，就能看到摄像头的动态视频。第三部分测试是对无线路由器模块的测试。首先是主控制器与无线路由器之间的无线通信，其测试方法也是通过串口模式，其原理与主控制器与电脑之间通信原理相同。再者是用户端与路由器直接的通信。本次使用的工具是网络调试工具ＴＣＰ＆ＵＤＰ．Ｄｅｂｕｇ，其软件界面如图５．２，主要用于与路由器建立Ｓｏｃｋｅｔ通信。首先是将电脑与路由器建立连接（无线或是网线），要保证电脑可以与路由器建立ＰＩＮＧ连接。然后利用ＴＣＰ＆ＵＤＰ．Ｄｅｂｕｇ软件，选择ＣｒｅａｔｅＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，并填写参数。填写完参数后，点击Ｃｒｅａｔｅ，点击Ｃｏｎｎｅｃｔ，与路由器建立连接。向路由器发送命令，查看串口调试助手是否收到相应的数据，若能成功接收，说明整个通讯过程是正常的。硕士学位论文图５．２串口转网络调试助手５．２．２系统软件测试系统的软件测试主要是测试小车与控制终端的应用程序设计是否能实现信号的传送。要达到实时连接首先保证在良好的ＷＩＦＩ信号下，才能进行实时连接与控制。开启无线路由器后要有４５ｓ的初始化，然后观察已经设计好的控制界面是否能与ＷＩＦＩ信号成功连接。当显示界面出现已连接ＷＩＦＩ信号以及信号强度大小显示时，说明无线路由器能够正常工作。然后是测试控制端用户界面的信号发送，依次测试上位机ＰＣ用户界面以及安卓与苹果手机的应用程序的用户界面，当按下控制按钮后，观察是否能与小车建立连接，小车是否能执行相应的操作。然后是对无线视频数据传输与显示模块进行调试，检测主控制是否能都驱动摄像头采集图像信息，是否能在手机界面看到摄像头采集的视频数据。各种测试指令均可以在用户界面中看到发送数据历史记录，如图５．３所不：操作记录发送：６接收：１３＿ｊ≯“÷ｊ¨¨匝垂委蟊匮垂耍圈图５．３用户指令测试记录３７基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计经测试，在ＷＩＦＩ信号良好的状态下，用户界面按钮能够控制小车的各种运行状态，视频信息能较为清晰的显示在用户界面，达到了利用ＰＣ上位机或者手机作为控制端进行实时监控的效果。５．３本章小结本章的主要内容是介绍了视频监控智能小车的测试方法与内容。首先对具硬件设备的电机驱动以及红外避障传感器的正常工作测试进行了介绍，接着对摄像头的驱动做了简单测试，然后是对软件设计中无线路由器连接ＷＩＦＩ信号的测试，最后介绍了三种不同控制终端用户控制界面与整机连接的测试。经测试表明，本文设计在ＷＩＦＩ信号良好的情况下基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车能正常工作，实现了基本功能。硕士学位论文第６章总结与展望６．１总结在这高科技迅猛发展的信息时代，移动机器人的研究内容包括工业控制，系统工程，计算机技术，传感技术等各各方面。智能视频监控小车由于其自身智能化、灵活的特点，因此比较适合在一些危险复杂环境中替代人们工作。无论是移动机器人还是视频监控智能小车都是高科技迅速发展的产物，它们的应用逐渐深入到各行各业以及人们的日常生活中，给生产、生活都带来了极大的方便。本课题正是基于以上需求背景下展开研究的。本文研究的重点是基于ＳＴＭ３２为核心，在ＳＴＭ３２的外围添加一些硬件，以国内开源实时操作系统Ｌｉｎｕｘ为软件平台，通过加载必要的驱动程序和应用程序构建了一个完整的基于ＳＴＭ３２的嵌入式无线视频智能监控小车系统。论文首先分析了一些关于机器人或智能小车相关课题的国内外研究现状；然后在此基础上提出了智能监控小车系统设计的思想与实施方案，并对此方案进行了可行性的论证与分析；然后对处理器选型、系统的开发平台以及ＷＩＦＩ的相关知识作了简单介绍与说明。接着分别介绍了系统的硬件设计方案以及软件系统的操作平台和控制软件的设计方案。在主控制器基本功能的基础上，加载一些外围电路的设计思想，最终利于软件设计ＰＣＢ电路板图。在硬件平台的基础上进行了相关的软件程序设计，主要包括系统软件和应用软件，硬件设计结合软件开发基本上完成了视频智能监控小车系统的整体设计。最后对系统的性能进行了相关的测试，从各个分模块的功能测试和整机测试两个方面进行了测试，验证了系统的稳定性和实用性。测试结果表明系统在ＷＩＦＩ信号正常的状态下，控制终端能够实现与小车的实时控制以及视频监控，基本上达到了初期设定的目标。６．２展望随着我国自动化技术的发展，智能小车越来越多的用在工业生产中，这就对它的智能化、可靠性的要求越来越高。由于时间和知识水平有限，在小车的硬件上，只能实现一些比较简单的功能，所以还有很多方面需要进一步的完善，特别是在硬件方面，主要包括以下几个方面：（１）在控制器的选择上，可以选择升级后的工控板，升级后的产品对控制基于ＳＴＭ３２的无线视频监控智能小车设计器的使用更充分，内部存储空间也更大，同时提供详细的技术支持，可以极大地减少在硬件调试方面遇到的麻烦。（２）智能小车采用的是３个前面红外传感器，但是在一个动态的障碍物环境中，对障碍物的信息的获取还是不够的，所以要提高准确性和实时性，可以考虑增加传感器的种类和数目。在处理器支持的基础上，还可以考虑采用视觉传感器，来提高小车的避障效果。（３）本设计只是对静止障碍物环境下的避障进行了仿真，但是还没有能够在真实环境下实现，所以还要进一步的实验验证。（４）本设计中由于ＷＩＦＩ控制信号的局限性，不能到达随时工作的目的，在下一步工作中将考虑如何实现不受限的实时无线控制或者局域网范围的扩大设计；（５）ＵＩ界面设计不够友好，在系统中的下一个工作计划中可以提高图形界面的外观和友好性，增加显示界面的控制操作功能，提供更好更有效的控制。硕士学位论文参考文献［１】［２】周柱．基于ＳＴＭ３２的智能小车研究【Ｊ】．西南交通大学，２０１１３（１２）：４２．４５．徐国华，谭民．移动机器人的发展现状及其趋势叨．机器人技术与应用，２００１８（０３）：７－１４．［３］董宗祥，石红瑞，杨杰．嵌入式智能小车测控系统的设计与实现叨．计算机测量与控制，２０１０７（０２）：３５７．３５９．［４］蔡自兴，贺汉跟，陶虹．未知环境中移动机器人导航控制研究的若干问题【Ｊ】．控制与决策，２００２１５（０４）：３８５．３９０．［５］新华网．机遇号、勇气号都达标美火星探测计划成功［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｔｅｅｈ．ｓｉｎａ．ｅｏｒｎ／ｏｔｈｅｒ／２００４：０４：２７／１４１８３５５３６７．ｓｈｔｍｌ，２００４：０４：２７．［６］嵇武，李宁，黎介．达芬奇手术机器人的应用进展［Ｊ】．东南国防医药，２０１０（０５）：４２７—４３０．［７］于金霞，王璐，蔡自兴．未知环境中移动机器人自定位技术【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００１：１．１５．［８】董宗祥，石红瑞，杨杰．嵌入式智能小车测控系统的设计与实现【Ｊ】．计算机测量与控制，２０１０（０２）：３５７—３５９．［９】孙淑云．轮式足球机器人运动控制算法研究与实现［Ｄ］．成都：成都理工大学，２００９：１３．３５．［１０】王永虹，徐炜，郝立平．ＳＴＭ３２系列ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ．Ｍ３微控制器原理与实践［Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００８：１．３００．［１１］张润景，张丽敏，王伟．ＡｌｔｉｕｍＤｅｓｉｇｎｅｒ原理图与ＰＣＢ设计［Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００９：２０．１２０．【１２】李东生．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