基于Android系统的Arduino智能车设计

辛光红

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572022）

基于Android系统的Arduino智能车设计

辛光红

（三亚学院理工学院，海南 三亚 572022）

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的arduino板）和软件（Arduino IDE)，是欧美国家应用非常广泛的电子设计实训平台。GOOGLE公司在2011年I/O年会上发布了基于Arduino开发板的Android平台下的SDK，使得Arduino应用更加广泛，发展空间更加广阔。本文基于Android平台，设计了一款通过wifi通信控制的Arduino智能车，可以完成测距、运动控制、无线图像传输等功能。

Andriod；Arduino；WIFI；路由器；ECLIPS

1．引言

通过智能车的研究，锻炼学生动手实践能力已是国内外非常普遍的手段，著名的飞思卡尔公司便是其中之一，并在中国内地举办了多届智能小车大赛。可以说智能小车无论是在国内还是国外都是一个非常热门的项目，历届的国际机器人大赛中都少不了智能小车平台的项目。Arduino平台中使用的AVR中ATMEGA168或是328的芯片，虽然还只是8位芯片，但是却是采用了RISC指令，并且采用了各种先进技术，使得芯片的技术大幅提升，其作为智能小车控制平台有非常大的开发空间。Arduino作为软硬件开源平台，在智能车的研究中更具活力。随着智能手机的普及应用，GOOGLE公司在2011年I/O年会上发布了基于Arduino开发板的Android系统下的SDK，本文就是在此背景下通过wifi通信控制进行Arduino驱动智能车的设计。

2．智能车硬件设计

智能小车作为执行机构主要由以下几部分组成：Arduino开发板、传感器扩展板、L298电机驱动模块、电源、LED指示灯、超声波模块、路由器、摄像头、降压模块。小车利用Android手机与加载到Arduino串口上的wifi路由器进行通信，并通过手机软件控制小车运动，小车上的摄像头采集视频信号，再通过wifi路由器传输图像到Andriod手机。[1]

2．1 Arduino控制器

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是AT-mega328，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。UNO已经发布到第三版，与前两版相比有以下新的特点：在AREF处增加了两个管脚SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一个预留管脚，将来扩展板将能兼容5V和3.3V核心板。这样改进了复位电路设计，USB接口芯片由AT-mega16U2替代了ATmega8U2[2]。

2．2 wifi路由器选型与刷机

路由器可以选择体积小巧的的GL-iNet路由器，150M无线速率，迷你外观（尺寸：58x58x22单位：mm），方便安装、携带。双网口，有线无线连接都完美支持。支持连接USB摄像头，实现高清(HD)无线网络监控，通过手机APP可以随时随地轻松访问。加强安全策略，硬件身份认证，对网络监控及个人数据给予充分的安全保护。操作界面简洁友好，不像其它路由器要进行繁杂的设置，支持一键更新固件。内置DNS，为每位用户免费提供独立访问域名，不需要再另外申请。64M内存，8M Flash，支持OPENWRT系统刷机，自带Uboot，Uart调试接口已焊好，另预留5个GPIO接口，充分满足而二次开发的需要。接口：1WAN、1Lan、1USB2.0、1MicroUSB（电源接口），无线开关/复位按键。

为了实现视频图像通过wifi连接传输到Android手机端，需要对路由器刷新系统，系统采用Openwrt。刷机步骤如下：

(1)先按住Reset键，然后加电，等到绿灯闪三次的时候，红灯会亮，这个时候放开Reset键，会发现灯变为橘红色；

(2)用网线连接路由器的LAN口与自己的电脑，电脑IP设置为192.168.1.2/255.255.255.0/192.168.1.1；

(3)通过浏览器打开192.168.1.1，点击Choose File，选择你的刷机包中的factory.bin，然后点击Upload，等待大约3分钟左右，搜索无线网，会发现本机多了个无线网，点击连接，一般第一次可能连接不成功，可以断开连接，然后再次连接；

(4)连接好无线网之后通过浏览器打开192.168.1.1默认用户名密码：root/admin，进入系统目录下的备份升级。点击选择文件，选中刷机包中的sysupgrade．bin文件，然后刷写固件，等待大约三分钟然后搜索看看能否搜到无线信号；

(5)连接路由器的无线网，打开192.168.1.1，修改密码。默认密码是admin，我们进入密码修改界面，也要修改为admin，就是说一定要确保密码是admin；

(6)下载xshell或CRT或winscp或putty等软件，打开软件选择ssh协议，点击连接，输入密码admin，进入linux界面，执行cd/etc，然后回车。

(7)执行vi rc.local，出现如下界面：

使用电脑的下键，将光标移动到motion这一行，然后按下两次d，也就是删除这一行，按一下ESC键，然后输入：wq，然后回车，重启路由器，刷机结束[1]。

2．3 PWM调制电机驱动

驱动电路采用L298N芯片设计，电路见整体方案电路（如图5）。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。在Arduino的UNO开发板上正好有6组PWM输出，所以我们可以非常方便地进行使用。而在Arduino中使用PWM是用的analogWrite(pin，value)这个函数，pin是指的引脚，必须在支持PWM的引脚上使用这个函数，value则是控制电压，即控制电机转速，调节范围是0-255，其次还有一个函数digitalWrite(pin，state)pin一样是指引脚，state则是指的电机状态是正转还是反转，当state是1时正转，是0时则反转。

2．4 超声测距与摄像头选型

超声波测距模块能提供2cm-450cm非接触式感测距离，测距的精度可高达3mm，能很好地满足我们正常的要求。该模块包括超声波发送器、接收器和相应的控制电路。

图4 工作时序

工作原理：

(1)先拉低TRIG，然后至少给10us的高电平信号去触发；(2)触发后，模块会自动发射8个40KHZ的方波，并自动检测是否有信号返回。(3)如果有信号返回，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间便是超声波从发射到接收的时间。那么测试距离=高电平持续时间*340m/s*0.5。在Arduino下使用只要控制Trig和Echo两端口接到两个数字端口[3]，摄像头只要符合openwrt MJPG格式即可。本方案选择东芝HD摄像头。

2．5 整体方案电路仿真

3．智能车软件设计

小车终端控制器Ardunio开发板采用Ardunio IDE进行程序设计，版本号为：V1.101。Ardunio IDE为绿色开源软件，无需安装，可在Ardunio官网下载使用。Ardunio IDE内置库程序极大地提高了软件的开发效率。手机端上位机软件采用Esclipse For Android开发。Eclipse是著名的跨平台的自由集成开发环境（IDE）。最初主要用Java语言开发，通过安装不同的插件，Eclipse可以支持不同的计算机语言，比如C++和Python等开发工具。Eclipse的本身只是一个框架平台，但是众多插件的支持使得Eclipse拥有其它功能相对固定的IDE软件很难具有的灵活性。许多软件开发商以Eclipse为框架开发自己的IDE。在Eclipse中解压android sdk，并进行相关配置后，即可在Eclipse下进行Android的应用程序开发。

小车超声测距和避障的程序演示：

int inputPin=4；//define ultrasonic signal receiver pin ECHO to D4

int outputPin=5；//define ultrasonic signal transmitter pin TRIG to D5

void setup()

{

Serial．begin(9600)；

pinMode(inputPin，INPUT)；

pinMode(outputPin，OUTPUT)；

}

void loop()

{

digitalWrite(outputPin，LOW)；

delayMicroseconds(2)；

digitalWrite(outputPin，HIGH)；//Pulse for 10μs to trigger ultrasonic

detection

delayMicroseconds(10)；

digitalWrite(outputPin，LOW)；

int distance=pulseIn(inputPin，HIGH)；//Read receiver pulse time

distance=distance/58；//Transform pulse time to distance

Serial.println(distance)；//Output distance

delay(50)；

}

4．调试及总结

软件的调试与运行是非常重要的一个环节。经过对小车的每个功能进行调试，还有如下几项需要改进：超声波避障中，返回新数值的刷新时间不宜太快，否则会导致定时器中断不断响应，使串口无法正常接受指令。超声波测距的距离和精度有限，选择2cm作为小车检测障碍距离，小车运动控制较为理想。图像采集传输模块功耗较高，需做散热处理。

[1]张传真，android无线视频监控小车设计[J]．电子测量技术，2013，36(10)：19-22．

[2]程晨，Arduino开发实战指南[M]．北京：机械工业出版社，2012．

[3]刘君华，传感器技术及应用实例[M]．北京：电子工业出版社，2008．

[4]班兹，爱上Arduino[M]．北京：人民邮电出版社，2012．

Arduino Intelligent Vehicle Design Based onAndriod

Xin Guanghong
(Sanya University,Sanya 572022,Hainan)

tract】Arduino is a flexible open source electronic prototype,including hardware(Arduino plates of various types)and software(ArduinoIDE).It is an electronic design training platform widely used in Europe and US.In 2011 GOOGLE I/O annual meeting,SDK under Android platform based on Arduino development board is published,making Arduino is used more widely.Based on Android platform,this paper designes a Arduino intelligent vehicle communicated with wifi.It has functions of ranging,motion control,wireless image transmission and so on.

words】 Andriod；Arduino；WIFI；router；ECLIPS

辛光红，男，甘肃金昌人，本科，助理实验师，研究方向：单片机系统开发。