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[待整理] 基于EVK1105开发平台设计的交互式机器人小车

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楼主
发表于 2015-4-27 23:18:37 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一. 正文
          (1)、项目摘要
          交互式机器人小车是可以通过wifi实现数据的采集,视频监控等功能的智能控制平台。它集娱乐、现场勘测等于一体,采用了具有超强的音频解码和流媒体处理能力的AT32UC3A0512作为核心,在EVK1105开发平台上成功嵌入网页。并且实现无需插件或asp、php等语言,仅依靠html语言的交互式控制。交互式机器人小车还可以完成视频的动态监控,无需任何插件即可在网页查看相关媒体。小车的控制也是直接在网页上完成,无需任何软件。如手机上有wifi,经测试也可直接登录控制。而且在小车上增加相关传感器模块,还可直接把数据发到网页上,再结合浏览器插件便可将数据直接导入相关数据库或上传到internet。
           
          (2)、硬件原理
          2.1 系统结构图
           
       

           
          2.2、小车驱动模块
          为了加强小车的野外数据采集能力,我们将小车设计为四驱结构并且全部采用360度舵机控制。这样虽然会降低小车的运行速度,但却让小车获得较大力矩和载重能力,使其在崎岖不平的草地上一样可以行动自如。在整个交互式机器人小车结构设计上我们一共采用了6个舵机:DS04-NFC 和 FUTABA3010。
           
          DS04-NFC是360°舵机,主要用来驱动小车前进。它的控制信号是50HZ方波信号,一个高电平脉冲持续的时间对应一个速度。高电平为1毫秒~1.5毫秒时,舵机正转(1毫秒时正转速度最快,越接近1.5毫秒越慢,1.5毫秒时舵机停转),高电平为1.5毫秒~2毫秒时舵机反转(1.5毫秒时舵机停转,越接近2毫秒反转的速度越快,2毫秒时以最快的速度反转),转弯用差速控制。FUTABA3010则拥有摄像头云台,是180°舵机,根据所给PWM占空比不同可控制摄像头的左右转和上下转。
           
          2.3 、Arduino控制板
          在本次设计中我们采用了arduino328驱动电机,它主要是以Atmel的Atmega328作为核心,将MCU内部所有资源都编为开源的函数,可直接调用、查看、修改。具体原理图如下:
           
       

           
          2.4、 DC-DC升压模块
          这一模块主要是用于为无线路由器提供电源,具体电路如下:
           
                            

        图(4):DC—DC升压电路

           
           
          (3)、软件架构
          软件部分我们主要分为三块:无线路由加motion摄像头监控、EVK1105上的Websever、Arduino上的舵机驱动。
           
          3.1 无线路由模块
          在无线路由上我们嵌入了openwrt操作系统用于管理网络连接、自动拨号、wifi控制等。UVC摄像头我们也是挂在路由器上的,采用了motion做视频管理。具体编辑如下:
        root@OpenWrt:~# opkg install motion
          Installing motion (3.2.11.1-1) to root...
          Downloading http://downloads.x-wrt.org/xwrt/backfire/10.03/brcm63xx/packages/motion_3.2.11.1-1_brcm63xx.ipk.
          Installing libjpeg (6b-1) to root...
          Downloading http://downloads.x-wrt.org/xwrt/backfire/10.03/brcm63xx/packages/libjpeg_6b-1_brcm63xx.ipk.
          Configuring libjpeg.
          Configuring motion.
          root@OpenWrt:~# vi /overlay/etc/motion.conf
          # Rename this distribution example file to motion.conf
          #
          # This config file was generated by motion "3.2.11.1"
           
          ############################################################
          # Daemon
          ############################################################
           
          # Start in daemon (background) mode and release terminal (default: off)
          daemon off (on->off)
           
          # File to store the process ID, also called pid file. (default: not defined)
          process_id_file /var/run/motion/motion.pid
           
          ############################################################
          # Basic Setup Mode
          ############################################################
           
          # Start in Setup-Mode, daemon disabled. (default: off)
          setup_mode off
           
          ###########################################################
          # Capture device options
          ############################################################
           
          # Videodevice to be used for capturing (default /dev/video0)
          # for FreeBSD default is /dev/bktr0
          videodevice /dev/video0
           
          # Image width (pixels). Valid range: Camera dependent, default: 352
          width 320 (视频宽)
           
          # Image height (pixels). Valid range: Camera dependent, default: 288
          height 240 (视频高)
           
          # Motion Detection Settings:
          ############################################################
           
          # Threshold for number of changed pixels in an image that
          # triggers motion detection (default: 1500)
          threshold 1500 (灵敏度调节)
          # Automatically tune the threshold down if possible (default: off)
          threshold_tune off
           
          # Noise threshold for the motion detection (default: 32)
          noise_level 32
           
          # Automatically tune the noise threshold (default: on)
          noise_tune on
           
          # Live Webcam Server
          ############################################################
           
          # The mini-http server listens to this port for requests (default: 0 = disabled)
          webcam_port 8081 #远程端口
          # Quality of the jpeg images produced (default: 50)
          webcam_quality 50
           
          # Output frames at 1 fps when no motion is detected and increase to the
          # rate given by webcam_maxrate when motion is detected (default: off)
          webcam_motion off
           
          # Maximum framerate for webcam streams (default: 1)
          webcam_maxrate 1
           
          # Restrict webcam connections to localhost only (default: on)
          webcam_localhost off
           
          # Limits the number of images per connection (default: 0 = unlimited)
          # Number can be defined by multiplying actual webcam rate by desired number of seconds
          # Actual webcam rate is the smallest of the numbers framerate and webcam_maxrate
          webcam_limit 0
           
          target_dir /tmp/cam1 保存目录
           
          ############################################################
          # HTTP Based Control
          ############################################################
           
          # TCP/IP port for the http server to listen on (default: 0 = disabled)
          control_port 8080
           
          # Restrict control connections to localhost only (default: on)
          control_localhost on
           
          # Output for http server, select off to choose raw text plain (default: on)
          control_html_output on
           
          # Authentication for the http based control. Syntax username:password
          # Default: not defined (Disabled)
          ; control_authentication username:password
           
          ##############################################################
          # Thread config files - One for each camera.
          # Except if only one camera - You only need this config file.
          # If you have more than one camera you MUST define one thread
          # config file for each camera in addition to this config file.
          ##############################################################
           
          # Remember: If you have more than one camera you must have one
          # thread file for each camera. E.g. 2 cameras requires 3 files:
          # This motion.conf file AND thread1.conf and thread2.conf.
          # Only put the options that are unique to each camera in the
          # thread config files.
          thread /etc/thread1.conf
          thread /etc/thread2.conf
          # thread /etc/thread3.conf
          # thread /etc/thread4.conf
        3.2 EVK1105模块
          这一模块中我们主要是基于Lwip在Atmel公司的EVK1105开发平台上构建一个websever,完成人与车间的互动和数据的采集。具体界面如下:
           
         

           
          下面是关于web的一段代码:
          #if (HTTP_USED == 1)
          /* Standard includes. */
          #include <stdio.h>
          #include <string.h>
           
          #include "conf_eth.h"
           
          /* Scheduler includes. */
          #include "FreeRTOS.h"
          #include "task.h"
          #include "semphr.h"
          #include "partest.h"
          #include "serial.h"
           
          /* Demo includes. */
          /* Demo app includes. */
          #include "portmacro.h"
           
          /* lwIP includes. */
          #include "lwip/api.h"
          #include "lwip/tcpip.h"
          #include "lwip/memp.h"
          #include "lwip/stats.h"
          #include "netif/loopif.h"
           
          /* ethernet includes */
          #include "ethernet.h"
           
          #include "gpio.h"
           
          #define GPIO_PIN_EXAMPLE_1  0            //传输控制代码
          #define GPIO_PIN_EXAMPLE_2  1
          #define GPIO_PIN_EXAMPLE_3  29
          #define GPIO_PIN_EXAMPLE_4  30
           
          //#include "usart.h"
           
          /*! The size of the buffer in which the dynamic WEB page is created. */
          #define webMAX_PAGE_SIZE    3072
           
          /*! Standard GET response. */
          #define webHTTP_OK   "HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-type: text/html\r\n\r\n"
           
          /*! The port on which we listen. */
          #define webHTTP_PORT             ( 80 )
           
          /*! Delay on close error. */
          #define webSHORT_DELAY        ( 10 )
           
          /*! Format of the dynamic page that is returned on each connection. */
          /*!网页上按钮是用表单来构建的,不同的按钮发送不同的表单数值 */
          #define webHTML_START \
          "<html>\
          <head>\
          </head>\
          <BODY onLoad=\"window.setTimeout("location.href='index.html'",1000)\" bgcolor=\"#FFFFFF\" text=\"#2477E6\">\
          \r\n<center><p><h1>2011 AVR Campus Design Competition</h1></p>\
                 <center><p>Jiangnan University</p>\
                 <center><p>Interactive robot control platform car</p>\
          <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"1\">\
          <input name=\"f\" type=\"text\"value=\"1\" style=\"display:none\" />\
          <input type=\"submit\" name=\"X_0\" id=\"X_0\" value=\"Advance\" >\
          </form>\
          <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"12\">\
          <input name=\"f\" type=\"text\"value=\"2\" style=\"display:none\" />\
          <input type=\"submit\" name=\"X_1\" id=\"X_1\" value=\"  Left \" >\
           </form>\
          <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"123\">\
           <input name=\"f\" type=\"text\" value=\"3\" style=\"display:none\" />\
           <input type=\"submit\" name=\"X_2\" id=\"X_2\" value=\" Right \" >\
          </form>\
          <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"1234\">\
          <input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          <input type=\"submit\" name=\"X_3\" id=\"X_3\" value=\"Retreat\" >\
            </form>\
            \r\n<p><form name=\"input\" method=\"get\" action=\"12345\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_4\" id=\"X_4\" value=\"  add_s\" >\
            \r\n</form>\
           \r\n <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"123456\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_5\" id=\"X_5\" value=\" back_s\" >\
            \r\n</form></p>\
          <p><form name=\"input\" method=\"get\" action=\"1234567\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_6\" id=\"X_6\" value=\"f_audio\" >\
           \r\n </form>\
           \r\n <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"12345678\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_7\" id=\"X_7\" value=\"l_audio\" >\
           \r\n </form>\
           \r\n <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"123456789\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_8\" id=\"X_8\" value=\"r_audio\" >\
           \r\n </form>\
           \r\n <form name=\"input\" method=\"get\" action=\"1234567890\">\
          \r\n<input name=\"f\" type=\"text\" value=\"4\" style=\"display:none\" />\
          \r\n<input type=\"submit\" name=\"X_9\" id=\"X_9\" value=\"b_audio\" >\
           \r\n </form></p>"
          #define webHTML_END \
          "\r\n</pre>\
          \r\n</font></BODY>\
          </html>"
           
          portCHAR cDynamicPage[ webMAX_PAGE_SIZE ];
          portCHAR cPageHits[ 11 ];
          int f;
           
          /*! Function to process the current connection */
          static void prvweb_ParseHTMLRequest( struct netconn *pxNetCon );
           
          /*! \brief WEB server main task
           *         check for incoming connection and process it
           *
           *  \param pvParameters   Input. Not Used.
           *
           */
          portTASK_FUNCTION( vBasicWEBServer, pvParameters )
          {
          struct netconn *pxHTTPListener, *pxNewConnection;
           
                 /* Create a new tcp connection handle */
                 pxHTTPListener = netconn_new( NETCONN_TCP );
                 netconn_bind(pxHTTPListener, NULL, webHTTP_PORT );
                 netconn_listen( pxHTTPListener );
           
                 /* Loop forever */
                 for( ;; )
                 {
                        /* Wait for a first connection. */
                        pxNewConnection = netconn_accept(pxHTTPListener);
                        vParTestSetLED(webCONN_LED, pdTRUE);
                        if(pxNewConnection != NULL)
                        {
                               prvweb_ParseHTMLRequest(pxNewConnection);
                        }/* end if new connection */
           
                        vParTestSetLED(webCONN_LED, pdFALSE);
           
                 } /* end infinite loop */
          }
           
           
          /*! \brief parse the incoming request
           *         parse the HTML request and send file
           *
           *  \param pxNetCon   Input. The netconn to use to send and receive data.
           *
           */
           
          static void prvweb_ParseHTMLRequest( struct netconn *pxNetCon )
          {
          struct netbuf *pxRxBuffer;
          portCHAR *pcRxString;
          unsigned portSHORT usLength;
          static unsigned portLONG ulPageHits;
           
                 /* We expect to immediately get data. */
                 pxRxBuffer = netconn_recv( pxNetCon );
           
                 if( pxRxBuffer != NULL )
                 {
                        /* Where is the data? */
                        netbuf_data( pxRxBuffer, ( void * ) &pcRxString, &usLength );
           
                        /* Is this a GET?  We don't handle anything else. */
                        if(( NULL != pcRxString               )
                        && ( !strncmp( pcRxString, "GET", 3 ) ))
                        {
                               /* Update the hit count. */
                               //ulPageHits++;addr
                               ulPageHits=pxRxBuffer->ptr->len;
           
                                      //sendMessage("LwIP: DHCP Started");
                               //inet_ntoa(*(struct in_addr*)&(netif->ip_addr))
                               sprintf( cPageHits, "%d", (int)ulPageHits );
           
                               /* Write out the HTTP OK header. */
                               netconn_write( pxNetCon, webHTTP_OK, (u16_t) strlen( webHTTP_OK ), NETCONN_COPY );
           
                               /* Generate the dynamic page... First the page header. */
                               strcpy( cDynamicPage, webHTML_START );
                               /* ... Then the hit count... */
           
                               strcat( cDynamicPage, cPageHits );
                               //strcat( cDynamicPage, "<p><pre>Task          State  Priority  Stack       #<br>************************************************<br>" );
           
           
                               /* ... Then the list of tasks and their status... */
                               //vTaskList( ( signed portCHAR * ) cDynamicPage + strlen( cDynamicPage ) );
           
                               /* ... Finally the page footer. */
                               switch(ulPageHits)
                               {
                               case 310  :gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                        break;
                               case 311   :gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 312   :gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 313   :gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 314   :gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 315   :gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 316   :gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 317    :gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 318    :gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               case 319    :gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_clr_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                                                             break;
                               default: gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_1);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_2);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_3);
                               gpio_set_gpio_pin(GPIO_PIN_EXAMPLE_4);
                          break;
                               }
                               /*if(ulPageHits<310)
                                      usart_putchar(EXAMPLE_USART, 0);
                               else if(ulPageHits<319)
                               {
                                      f=ulPageHits-309;
                                      usart_putchar(EXAMPLE_USART, f);
                               }
                               else if(ulPageHits==319)
                                      usart_putchar(EXAMPLE_USART, 0x0a);
                                      */
           
                               /* Write out the dynamically generated page. */
                               netconn_write( pxNetCon, cDynamicPage, (u16_t) strlen( cDynamicPage ), NETCONN_COPY );
                        }
                        netbuf_delete( pxRxBuffer );
                 }
           
                 netconn_close( pxNetCon );
                 netconn_delete( pxNetCon );
          }
           
          #endif
        (4)、实现功能
          1、强大的越野能力,四路360°舵机强力驱动;
           
          2、电脑、手机对小车的任意控制,无需任何插件、软件;
           
          3、视频的同步监控;
           
          4、数据的传输,可用于野外勘测、数据采集等方面;
           
          5、可加载各种传感器,车上的控制单元都可在不拆卸的情况下直接下载升级。
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