多样信息采集智能小车的设计
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摘 要
随着嵌入式技术、微电子技术、传感器技术以及通信技术的发展，用于环境信息采集的远程控制的智能小车在可靠性和性价比上不断提高，使其在工程、军事及日常生活中得到了广泛应用。本文以STM32芯片为核心，利用TB6612模块完成对2个运动电机的驱动，利用WHTM-02传感器检测环境温湿度信息，利用智能WIFI模块与上位机进行双向通信，发送摄像头视频信号、温湿度信息，接受小车及摄像头云台的控制信息。该系统可靠性高，具有良好的扩展能力，能满足复杂环境下的各类信息监控的需求。
关键词
STM;WIFI;视频
中图分类号： TP23 文獻标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.009
0 引言
智能小车，又称轮式机器人，在探测环境时不需要像传统的人工探测一样采取多重保护措施，适用于各类高危工作环境以及人所不能达到的狭小区域等。多样信息采集智能小车能够通过检测包括视频信号在内的多样环境信息（例如温度、湿度等），上位机端（计算机或手机）通过WIFI通信可远程遥控小车的行驶，接受及显示小车检测到的多样信息。
1 系统框架设计
本文设计的多样信息采集智能小车以STM32F103为核心，以WHTM-02电压式温湿度传感器检测环境温湿度信息，以摄像头检测环境视频信息，控制小车运行速度，通过智能WIFI模块与上位机进行双向通信，向上位机传送温湿度信息及视频信号，由上位机对其进行摄像头云台电机转动、小车行进方向及速度的控制，系统框架如图1所示。
2 核心电路设计
2.1 STM32控制系统
本次系统采用STM32F103RCT6芯片，其工作频率最高可达72MHz，具有256KB的FLASH和48KB的SRAM的存储空间;包含的2个基本定时器和4个通用定时器，可用于控制直流电机和舵机的PWM产生;包含的3个12位ADC，每个ADC又包含多个外部通道，可满足电压式温湿度传感器的输出转换需求;利用其自带串口可与智能WIFI模块完成双向通信。STM32F103RCT6的资源足够满足本次系统设计的需要。
2.2 摄像头云台控制模块
为了使摄像头能够对前方环境进行全方位的检测，本设计采用具备两台舵机塑胶齿版云台，使得固定摄像头的云台在上下方向、左右方向均可进行旋转。舵机是一种适用于控制并保持转动角度的伺服驱动器，在此选用了SG90模拟舵机，该舵机旋转角度为90o，相较于数字舵机，模拟舵机的成本更低，并适用于本系统的设计要求。
SG90模拟舵机的控制不需外加的驱动电路，内部已包含驱动电路（模拟电路），只需STM32芯片IO接口输出的PWM波就可以控制及驱动舵机，设计简便，如图2所示。输出的PWM波的频率不宜设定过高，在此设定为50Hz，即周期20ms，如图3所示。为不影响其他程序，PWM需通过定时器进行设计。PWM的脉宽范围取0.5ms到2.5ms，控制舵机转动的角度，1.5ms对应0o 角，0.5ms对应-90o角2.5ms对应90o角，脉宽与角度对应如公式（1）所示。
θ表示需要转动的角度，T表示PWM的脉宽。在此，由定时器产生的PWM波形，往往是通过设定一个定时器，然后通过+1计数来控制正反电平的反转，那么这个定时器的时间就会影响转动角度的精度，例如，如果设定的定时器为，则通过控制+1计数进行脉宽合成，转动的最小角度为Δθmin：
2.3 温湿度检测模块
为检测小车所处的温湿度环境，设计采用了WHTM-02电压式温湿度传感器。由于STM32引脚可以实现模拟数字转换功能，电压式输入的WHTM-02传感器大大简化设计电路和程序。该模块采用5V供电，湿度与温度都是线性电压输出，温度检测范围-20℃～100℃，精度±0.5℃，湿度检测范围20～100%RH，精度±5%RH。为减少电压的浮动，在传感器温度和湿度的输出引线与STM32引脚间分别加入了跟随电路，隔离前后的电路的影响，如图4。
2.4 小车运动模块
设计中小车运动模块采用带霍尔编码器的电机，电机供电电压12V，转速为360转每分钟。编码器电压使用3.3V输入，编码器AB相输出每转每相各输出360个脉冲。小车带有金属减速齿轮箱，齿轮箱减速比为1：30。
电机驱动采用TB6612模块，其接口带有反接保护电路，相较于常用的L298N，在效率上进行了提高。TB6612是双驱动，可以驱动两个电机。AO1，AO2是TB6612输出，用于控制电机A，由AIN1和AIN2来控制其的正反转，APWM1来控制其转速;BO1，BO2是TB6612另一路输出，用于控制电机B，由BIN1和BIN2来控制其的正反转，BPWM1来控制其转速，如图5所示。
2.5 智能WIFI模块及摄像头
为简化设计电路，本次设计中采用带USB接口的摄像头以及智能的WIFI模块，WIFI模块已集成USB、以太网口以及串口，通过USB接口实现与摄像头的数据通信，通过串口实现与STM32的数据通信，连接结构如图1所示。
3 结论
本系统设计多样信息采集智能小车，可实现远程控制小车的运动，且运行速度可控，对小车周围环境的温度、湿度及视频信息的采集，结构较为简单，性能稳定，后期可在其基础上方便的加入各类检测模块，增加采集的环境信息种类，具有很强的扩展性，有一定的推广价值。
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