基于WIFI网络的智能汽车控制系统研究

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【摘 要】随着人工智能技术的发展，人们将这种技术应用到汽车领域，并开始开发无人驾驶汽车，即智能汽车。本研究的设计思想是基于单片机控制和wifi网络无线数据传输技术的结合。将无线路由改装成一个WIFI网络，通过这个网络使上位机和下位机进行无线连接。上位机设计一个基于手机Android的嵌入式系统，下位机使用单片机来进行控制，通过搭建一个基于WIFI网络的智能汽车控制系统并进行实验。结果表明，手机端发送指令，可以控制智能汽车按照操作者意图运动，同时实现图像等信号的实时传输等，达到一定的效果。

【关键词】智能汽车；单片机控制；WIFI网络嵌入式系统；实时传输

0.引言

随着中国经济的持续增长和生活水平的不断提高，越来越多的家庭拥有了自己的汽车。各大城市的公路、街道、停车场及车库变得越来越拥挤不堪，交通事故的发生逐年增加，而且随着新司机及非专职司机越来越多，因倒车导致的事故率成逐年增加的趋势。发展智能汽车是解决交通事故频发的有效措施[1]。智能汽车是智能行走机器人的一种，它应用了单片机，结合了电机的控制，辅以各种器件的使用，实现了丰富的变化。本研究的设计思想是基于单片机控制和WIFI网络无线数据传输技术的结合。飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，民用豪华轿车的安全保障系统，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机[2-4]。WIFI网络无线数据传输技术迅猛发展并已被广泛应用在各个领域，如：宾馆WIFI覆盖、电力线无线报警、工业遥控、安防设备无线监控等。因此，对基于WIFI网络的智能汽车控制设计及研究具有现实的应用价值和广阔的应用前景[5-6]。

本文提出一种基于WIFI网络的智能汽车控制系统设计及研究。无线网络的发展，使数据通过无线传输的距离更远。现在常用的WIFI 网络，通过改进即可应用到智能车无线数据传输、控制等领域[7]。将无线路由改装成一个WIFI网络，通过这个网络使上位机和下位机进行无线连接。本文的上位机设计一个基于手机Android的嵌入式系统，下位机使用单片机来进行控制。设计并实现一个基于WIFI网络的智能汽车控制系统，可以通过手机端远程监控来实现智能车的前进、后退、转弯、停止等，而不需要人为干预。无线路由还能将连接的摄像头拍照的图像及其他测量设备的数据通过WIFI网络实时回传给上位机，从而获取智能车的运行状态，并发出指令控制智能车按照操作者意图运动，实现车辆的自动倒车等功能。

1.系统整体设计

本文设计了一个基于手机Android的嵌入式系统，利用WIFI网络这个平台来远程遥控智能车运动以及实时的图像、信号等传输，基于无线数据传输技术的智能车控制系统整体设计框图如图1所示。

图1 基于无线数据传输技术的智能车控制系统整体设计框图

从图1中可以看出该智能车控制系统主要由以下几个关键部分组成：上位机、无线模块、下位机和电机驱动电路等。上位机就是发送指令的部分，这里可以是PC或者手机等控制端。本文设计了一个基于手机Android的嵌入式系统控制端。通过上位机发送指令到无线模块，然后通过无线模块的转换，把指令转给单片机，从而智能车执行操作者的指令，同时上位机向无线模块发送一个视频请求，无线模块的视频处理程序会把获取的摄像头视频传回上位机，上位机进行解码，并显示。无线模块这里是由无线路由器改装成的WIFI数传模块，搭建WIFI网络，是本文设计的一个重点。下位机主要用到的芯片就是单片机，它的作用就是接收来自上位机的指令，并进行解码分析，了解用户发出的是何种动作，然后让单片机芯片的指定引脚进行高低电平赋值，当然这个指令的上一级发送单位是无线模块，再往上一级是手机控制端，也就是上位机。整个系统里还会用到一个电机驱动电路，它的作用是：单片机可以把上位机发过来的指令进行解析，通过判断指令，然后让自身的某个引脚电平拉高或拉低，但是单片机的引脚输出电流很小，我们可以让他点亮LED灯，但是驱动这种大车体是不可能的，所以需要一个驱动芯片来驱动电机运转，也就是说，单片机用引脚电平的方式告知驱动模块[8]。

2.上位机控制端设计

上位机就是发送指令的部分，这里的客户端选择手机，设计了一个基于手机Android的嵌入式系统。手机端界面使用Java语言编程实现。在界面上设计了前后左右的按键以及左右的拖动条，可以实时控制智能车的运动以及加减速等。同时在界面上有视频控制端，智能车端安装有摄像头。当WIFI数传模块连接上WIFI网络后，可以将摄像头的画面实时传回到手机的视频控制端，监控智能车的运行画面以及将其他的数据回传到手机端，达到很好的效果。最终设计实现的手机端操纵界面如图2所示。

图2 手机端上位机操纵界面

上图2可以看出，手机端界面设计的比较美观，除了基本的前后左右功能按键外，还设计了左右拖动条，可以改变智能车的运行速度，同时可以看到画面中是智能车运行过程中摄像头通过WIFI网络实时回传的智能车前方摄像头的画面，达到预期的效果。

3.基于WIFI网络的无线数传模块设计

本文使用的无线数传模块是基于TL-WR703N无线路由器改造的，除了基本的供电口、以太网口外，还增加了USB接口和TTL接口。其中USB接口是跟摄像头相连接，而TTL接口是跟下位机相连接，改造后的无线数传模块以及它加载摄像头的过程如图3所示。

图3 无线数传模块实物及其加载摄像头过程图

上面左图为改造之后的无线数传模块，图中miniUSB口为无线数传模块的供电口，USB、以太网口为数据传输口，右边三针为引出的TTL口，最上边为GND，中间为TXD，最下边为RXD。它的作用是跟单片机进行通信。上面右图为该无线数传模块加载摄像头的过程，即将USB摄像头接到无线数传模块的USB接口上，将模块通电，无线数传模块系统启动，自动加载摄像头驱动，当加载驱动成功后，摄像头指示灯会亮。