基于WiFi控制的智能消毒小車設(shè)計

作品說明書全套圖紙加V信153893706或扣3346389411參賽方向：作品名稱：團(tuán)隊名稱：指導(dǎo)老師：團(tuán)隊成員：目錄作品簡介 31.設(shè)計背景及意義 31.1設(shè)計背景 31.2設(shè)計意義 42.設(shè)計方案 42.1產(chǎn)品規(guī)格 52.2機(jī)械及動力部分 53.使用方法和性能分析 63.1使用方法 63.2 性能分析 64設(shè)計流程 84.1智能消毒小車設(shè)計思路 84.2智能消毒小車的硬件設(shè)計 94.3WiFi監(jiān)控模塊 104.4智能消毒小車軟件部分 114.5智能消毒小車測試 145.軟件與電路設(shè)計 155.1電路設(shè)計 155.2軟件設(shè)計 166.測試與結(jié)果分析 177.創(chuàng)新點 188.參考文獻(xiàn) 18作品簡介基于WIFI控制的智能消毒小車是一個復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng),其控制核心是51單片機(jī)。用多種傳感器來采集外部環(huán)境信息并將接收到的信息傳給主控制器,然后由控制器來控制其各個模塊執(zhí)行相應(yīng)的動作?；赪IFI控制的智能消毒小車的制造成本相對來說比較適中,在我們的日常生活中有著十分廣泛的運用?；赪IFI控制的智能消毒小車由WiFi模塊，單片機(jī)模塊，水泵，水桶，電磁繼電器，視頻傳輸模塊，電機(jī)模塊，噴霧模塊和整體車外殼構(gòu)成。藍(lán)牙和WIFI在智能設(shè)備的控制領(lǐng)域普及型較高,應(yīng)用廣泛。在一定距離范圍內(nèi),藍(lán)牙可實現(xiàn)點對點的遙控,其成本低廉,產(chǎn)量大;WIFI可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制,速度快,且WIFI可實現(xiàn)多人連線控制,手機(jī)只需下載APP,即可實現(xiàn)對小車的遙控,在智能遙控小車的玩具市場有著廣闊的前景,對智能車的開發(fā)有著及其重要的研究意義。1.設(shè)計背景及意義1.1設(shè)計背景智能消毒產(chǎn)品的實用價值非常高，市場潛力巨大。在國外，大約占40%的智能消毒產(chǎn)品制造成功后進(jìn)入消費市場。在國內(nèi)，一向被國人視為很難實現(xiàn)并應(yīng)用于實際的智能產(chǎn)品也突然間在市場上風(fēng)靡起來。在北京、上海、廣州及西安等全國大中城市，以智能制造為基準(zhǔn)的產(chǎn)品，已占據(jù)我國智能產(chǎn)品市場的半壁江山，而從各種渠道來的各類智能產(chǎn)品等也滾滾而來。

2021是“十四五”開局之年，在新一輪產(chǎn)業(yè)變革、高質(zhì)量發(fā)展路徑中，人工智能有著巨大的驅(qū)動力，尤其在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，人工智能將重構(gòu)生產(chǎn)、分配、交換、消費等經(jīng)濟(jì)活動各環(huán)節(jié)，形成從宏觀到微觀各領(lǐng)域的智能化新需求，催生新技術(shù)、新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式。目前我國的人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過1000億元，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超一萬億元。人工智能行業(yè)的高速發(fā)展離不開人才的支撐與技術(shù)的創(chuàng)新。加快人工智能人才培養(yǎng)，推動人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是占領(lǐng)未來科技和人才競爭制高點、加快建成我國人工智能領(lǐng)域自主創(chuàng)新“高地”的必然之路。這將是保證我國智能制造產(chǎn)品的有效手段，智能消毒小車是當(dāng)代智能消毒不可或缺的設(shè)備。在進(jìn)行基于WIFI控制的智能消毒小車時，必須將WIFI打開再進(jìn)行機(jī)器工作。1.2設(shè)計意義從某種意義上來說，機(jī)器人技術(shù)反映的是一個國家綜合技術(shù)實力的高低，而智能小車是機(jī)器人的雛形，它的控制系統(tǒng)的研究與制作將有助于推動智能機(jī)器人控制系統(tǒng)的發(fā)展。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，對于智能化技術(shù)的研究也越來越受關(guān)注。全國電子競賽與各省電子競賽幾乎每次都有智能小車方面的題目，全國各大高校也都重視該項目的研究，可見智能小車具有較大的研究意義。2.設(shè)計方案基于WIFI控制的智能消毒小車需要最基本的運動能力，即前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，底盤采用輪胎設(shè)計，適應(yīng)大部分的地形。因為是遠(yuǎn)程操控，無法得知車輛運行環(huán)境，所以就需要一個攝像頭來了解車輛所處的環(huán)境，而且需要實時顯示攝像頭傳輸?shù)漠嬅?，通過開發(fā)的AndroidAPP實現(xiàn)小車的前、后、左、右運動，履帶車在APP發(fā)出控制指令后可以快速作出反應(yīng)，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi實時傳輸，并進(jìn)行顯示。2.1產(chǎn)品規(guī)格工作速度0-25m/min輪距400mm離地間隙40mm轉(zhuǎn)彎半徑35mm輪胎型號橡膠塑料輪胎電機(jī)型號DC3V-6V直流減速電機(jī)重量空載時3kg滿載時5kg外形尺寸長：300mm寬：250mm高：150mm2.2機(jī)械及動力部分動力裝置是智能消毒小車的動力來源與傳動。51單片機(jī)為小車提供動力來源以及噴灑消毒液動力來源。如圖：3.使用方法和性能分析3.1使用方法本智能消毒車是基于WIFI控制的以51單片機(jī)為動力，先打開WiFi通過設(shè)計好的軟件與小車進(jìn)行連接，之后根據(jù)所處的環(huán)境與事先規(guī)劃好的的目的地來進(jìn)行思維繪圖，通過設(shè)計的軟件進(jìn)行小車的遙控，51單片機(jī)的動力足夠?qū)崿F(xiàn)100-500米范圍內(nèi)的自由移動，對于整個房間的消毒可以實現(xiàn)無死角運轉(zhuǎn)，而噴灑式嘴頭也增加了消毒范圍，而顯示器也可以實時顯示小車運行速度，以便在適當(dāng)位置及時調(diào)整速度。3.2 性能分析本智能消毒小車以發(fā)動機(jī)提供總動能，提高了機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其有了較高的工作效率。本設(shè)計采用51單片機(jī)驅(qū)動，不僅避免了柴油、汽油發(fā)動機(jī)的傳動軸對作物造成卷損等破壞，而且工作過程中耗能低，收獲成本小。本機(jī)外殼密封性能良好，不存在間隙，避免了電機(jī)驅(qū)動在雨水、露水環(huán)境下造成的漏電、觸電等危險。51系列單片機(jī)的優(yōu)點及各種51單片機(jī)的簡單比較51系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進(jìn)行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能,但能進(jìn)行位邏輯運算的實屬少見。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址20H~2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應(yīng)位地址為0OH～7FH)，使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復(fù)雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運行過程中，需要對有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。例1:如對2lH的第0位(相應(yīng)位地址為08H)置位，只需用一條位指令SFTR08H對周圍的其他位不會產(chǎn)生影響。有的單片機(jī)并不能直接對RAM單元中的位進(jìn)行操作，如AVR系列單片機(jī)中，若想對RAM中的某位置位操作時,必須通過狀態(tài)寄存器SREG的T位進(jìn)行中轉(zhuǎn)。例2:如對RAM中的RO寄存器的第4位置位,則WBSET6:狀態(tài)雷存器T置位OmBLDRO.4:將T位復(fù)制到RO的第4位顯然，后者比前者要復(fù)雜。51系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即MuLAB(兩個乘數(shù)分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節(jié)在累加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中)。很多的八位單片機(jī)都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。在51系列中，還有一條二進(jìn)制一十進(jìn)制調(diào)整指令DA，能將二進(jìn)制變?yōu)锽CD碼，這對于十進(jìn)制的計量十分方便。而在其他的單片機(jī)中，則也需調(diào)用專用的子程序才行。Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片內(nèi)有4K字節(jié)的一次性程序存儲器(OTP)。Atmel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲器(Flash)，容許改寫1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來極大的便利，其產(chǎn)品AT89C51、AT89C52…等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。51系列的1/0腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平(復(fù)位時，各I/0口均置高電平)。當(dāng)該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達(dá)20mA，具有一定的驅(qū)動能力;而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十uA。4設(shè)計流程4.1智能消毒小車設(shè)計思路智能履帶小車需要最基本的運動能力，即前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，底盤采用履帶設(shè)計，比起輪式小車可以適應(yīng)更多的地形。因為是遠(yuǎn)程操控，無法得知車輛運行環(huán)境，所以就需要一個攝像頭來了解車輛所處的環(huán)境，而且需要實時顯示攝像頭傳輸?shù)漠嬅?，通過開發(fā)的AndroidAPP實現(xiàn)小車的前、后、左、右運動，履帶車在APP發(fā)出控制指令后可以快速作出反應(yīng)，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi實時傳輸，并顯示在APP的控制界面，有利于可視化操作4.2智能消毒小車的硬件設(shè)計智能消毒車主要硬件是以51單片機(jī)為基礎(chǔ)的智能小車控制主板，這是整個智能小車的核心。其他硬件包括電源、定位處理器、攝像頭、WiFi數(shù)傳模塊、舵機(jī)和機(jī)械臂、電壓顯示器、直流減速電機(jī)。（圖1是系統(tǒng)設(shè)計框圖，圖2小車實物）圖二4.3WiFi監(jiān)控模塊監(jiān)控模塊選用工作電壓5v工作電流1.0A的WiFi智能模塊，從而搭載其模塊來實現(xiàn)“我的視頻”實時傳送，WiFi模塊供電口為5V電源，TTL線2根，GND線1條，USB接口是連接攝像頭的，只需要連接電源，USB接口連接攝像頭再通過手機(jī)APP連接上設(shè)備的WiFi即可實時傳輸視頻。4.4智能消毒小車軟件部分智能車軟件包含兩個部分：一是智能消毒小車控制端APP的開發(fā)，主要采用JAVA語言；二是智能消毒小車的主體芯片控制程序，采用Keil軟件由C語言編寫而成。4.4.1智能消毒小車APP開發(fā)智能消毒小車采用AndroidAPP控制小車的運動。通過JDK，AndroidSDK，ADT和開發(fā)工具Eclipse構(gòu)建APP開發(fā)平臺，采用Java語言編寫，編寫完程序后，進(jìn)入APP布局界面進(jìn)行各按鈕的布局，最后將APP打包，格式為.apk。將該APP下載安裝到Android手機(jī)上即可使用。如圖，為智能消毒小車APP配置界面，對智能消毒小車主體上搭載的路由器的IP、端口等信息進(jìn)行配置的界面，當(dāng)智能消毒小車的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信信息配置完畢后，即可進(jìn)入智能消毒小車的可視化運行控制界面。4.4.2程序流程智能消毒小車通過開發(fā)的androidAPP實現(xiàn)小車的前、后、左、右運動且操作靈敏度較高，智能消毒小車在APP發(fā)出控制指令后可以快速做出反應(yīng)，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi實時傳輸，并顯示在APP的控制界面，有利于可視化操作。程序設(shè)計流程圖、智能消毒小車主控芯片代碼及APP控制核心代碼分別如圖所示。4.5智能消毒小車測試打開小車電源開關(guān)，等待程序初始化，打開手機(jī)連接WiFi，連接成功后打開已經(jīng)安裝好的APP進(jìn)入設(shè)置欄進(jìn)行配置，配置完成，點擊保存之后就進(jìn)入控制界面，如圖12所示為控制界面，此界面顯示了攝像頭傳輸畫面，此外界面上還有前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)按鈕分別用于控制小車的前后左右運動。智能消毒小車主控芯片上的路由器支持與該路由器熱點IP在同一局域網(wǎng)中的終端設(shè)備的圖像監(jiān)控。5.軟件與電路設(shè)計5.1電路設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1,STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,有靈巧的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash。其中電源模塊采用AMS1117-3.3V,兩節(jié)3.7V鋰電池,為單片機(jī)和WIFI模塊提供5V和3.3V,另外外擴(kuò)4節(jié)3.7V的鋰電池,產(chǎn)生12V的直流電源。為保證信息的匹配,可通過HC-05AT指令修改BLUTOOTH設(shè)備的波特率,保持與STC89C52RC一致。ESP8266WIFI模塊是嵌入式WIFI模塊、體積小、功耗低,采用IEEE802.11協(xié)議,通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、WIFI之間的靈活轉(zhuǎn)換,如圖2所示。STC89C52RC控制電機(jī)驅(qū)動模塊L298N,通過修改輸入端的邏輯電平,實現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),從而控制小車的轉(zhuǎn)向。5.2軟件設(shè)計智能消毒小車采用KEILC語言軟件開發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)模擬串口初始化、串口中斷通信、模擬串口通信、模擬串口中斷溢出、智能車驅(qū)動等。智能車直行時,四個電機(jī)方向相同,同時為正向;后退時,四個電機(jī)方向相同,同時為反相;45°左轉(zhuǎn)時,左邊一個輪子停止運動,右邊兩個輪子正向運動;45°右轉(zhuǎn)時,右邊一個輪子停止運動,左邊兩個輪子正向運動;90°左轉(zhuǎn)時,左邊兩個輪子停止運動,右邊兩個輪子正向運動;90°右轉(zhuǎn)時,右邊兩個輪子停止運動,左邊兩個輪子正向運動;360°左轉(zhuǎn)時,左邊兩個輪子反相運動,右邊兩個輪子正向運動;360°右轉(zhuǎn)時,右邊兩個輪子反相運動,左邊兩個輪子正向運動。6.測試與結(jié)果分析用于實現(xiàn)小車控制的客戶端APP是微軟公司研發(fā)的SPP軟件,畫面簡潔,操作易于上手,如圖4、圖5所示。只需要普通的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手APP進(jìn)行連接即可。經(jīng)測試藍(lán)牙距離為50～100米,距離的長短隨障礙物的厚度遞減WIFI距離為400米以內(nèi),當(dāng)具有障礙物如墻時,距離縮減,詳見表1。模擬串口采用中斷1,正常串口采用中斷4,當(dāng)WIFI控制智能車時,藍(lán)牙可以進(jìn)行阻斷和操作;當(dāng)藍(lán)牙操作時,WIFI無法改變小車運上輸入?yún)?shù),選擇發(fā)電機(jī)AB相定子繞組發(fā)生兩相短路故障,運行界面如圖3所示。選擇外部AB兩相短路故障,運行界面如圖4所示。圖3相間短路故障選擇為AB相定子繞組短路,可以看出動作電流明顯遠(yuǎn)大于制動電流,保護(hù)動作。圖4相間短路故障選擇為發(fā)電機(jī)外部AB相短路,可以看出動作電流很小