基于WiFi控制的智能消毒小车设计

作品说明书全套图纸加V信153893706或扣3346389411参赛方向：作品名称：团队名称：指导老师：团队成员：目录作品简介 31.设计背景及意义 31.1设计背景 31.2设计意义 42.设计方案 42.1产品规格 52.2机械及动力部分 53.使用方法和性能分析 63.1使用方法 63.2 性能分析 64设计流程 84.1智能消毒小车设计思路 84.2智能消毒小车的硬件设计 94.3WiFi监控模块 104.4智能消毒小车软件部分 114.5智能消毒小车测试 145.软件与电路设计 155.1电路设计 155.2软件设计 166.测试与结果分析 177.创新点 188.参考文献 18作品简介基于WIFI控制的智能消毒小车是一个复杂而又庞大的系统,其控制核心是51单片机。用多种传感器来采集外部环境信息并将接收到的信息传给主控制器,然后由控制器来控制其各个模块执行相应的动作。基于WIFI控制的智能消毒小车的制造成本相对来说比较适中,在我们的日常生活中有着十分广泛的运用。基于WIFI控制的智能消毒小车由WiFi模块，单片机模块，水泵，水桶，电磁继电器，视频传输模块，电机模块，喷雾模块和整体车外壳构成。蓝牙和WIFI在智能设备的控制领域普及型较高,应用广泛。在一定距离范围内,蓝牙可实现点对点的遥控,其成本低廉,产量大;WIFI可实现远距离控制,速度快,且WIFI可实现多人连线控制,手机只需下载APP,即可实现对小车的遥控,在智能遥控小车的玩具市场有着广阔的前景,对智能车的开发有着及其重要的研究意义。1.设计背景及意义1.1设计背景智能消毒产品的实用价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的智能消毒产品制造成功后进入消费市场。在国内，一向被国人视为很难实现并应用于实际的智能产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以智能制造为基准的产品，已占据我国智能产品市场的半壁江山，而从各种渠道来的各类智能产品等也滚滚而来。

2021是“十四五”开局之年，在新一轮产业变革、高质量发展路径中，人工智能有着巨大的驱动力，尤其在数字经济发展背景下，人工智能将重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。目前我国的人工智能核心产业规模已超过1000亿元，带动相关产业规模超一万亿元。人工智能行业的高速发展离不开人才的支撑与技术的创新。加快人工智能人才培养，推动人工智能产业发展，是占领未来科技和人才竞争制高点、加快建成我国人工智能领域自主创新“高地”的必然之路。这将是保证我国智能制造产品的有效手段，智能消毒小车是当代智能消毒不可或缺的设备。在进行基于WIFI控制的智能消毒小车时，必须将WIFI打开再进行机器工作。1.2设计意义从某种意义上来说，机器人技术反映的是一个国家综合技术实力的高低，而智能小车是机器人的雏形，它的控制系统的研究与制作将有助于推动智能机器人控制系统的发展。随着智能化技术的发展，对于智能化技术的研究也越来越受关注。全国电子竞赛与各省电子竞赛几乎每次都有智能小车方面的题目，全国各大高校也都重视该项目的研究，可见智能小车具有较大的研究意义。2.设计方案基于WIFI控制的智能消毒小车需要最基本的运动能力，即前进、后退、左转、右转，底盘采用轮胎设计，适应大部分的地形。因为是远程操控，无法得知车辆运行环境，所以就需要一个摄像头来了解车辆所处的环境，而且需要实时显示摄像头传输的画面，通过开发的AndroidAPP实现小车的前、后、左、右运动，履带车在APP发出控制指令后可以快速作出反应，同时摄像头拍摄的画面可以通过WiFi实时传输，并进行显示。2.1产品规格工作速度0-25m/min轮距400mm离地间隙40mm转弯半径35mm轮胎型号橡胶塑料轮胎电机型号DC3V-6V直流减速电机重量空载时3kg满载时5kg外形尺寸长：300mm宽：250mm高：150mm2.2机械及动力部分动力装置是智能消毒小车的动力来源与传动。51单片机为小车提供动力来源以及喷洒消毒液动力来源。如图：3.使用方法和性能分析3.1使用方法本智能消毒车是基于WIFI控制的以51单片机为动力，先打开WiFi通过设计好的软件与小车进行连接，之后根据所处的环境与事先规划好的的目的地来进行思维绘图，通过设计的软件进行小车的遥控，51单片机的动力足够实现100-500米范围内的自由移动，对于整个房间的消毒可以实现无死角运转，而喷洒式嘴头也增加了消毒范围，而显示器也可以实时显示小车运行速度，以便在适当位置及时调整速度。3.2 性能分析本智能消毒小车以发动机提供总动能，提高了机械系统的稳定性，使其有了较高的工作效率。本设计采用51单片机驱动，不仅避免了柴油、汽油发动机的传动轴对作物造成卷损等破坏，而且工作过程中耗能低，收获成本小。本机外壳密封性能良好，不存在间隙，避免了电机驱动在雨水、露水环境下造成的漏电、触电等危险。51系列单片机的优点及各种51单片机的简单比较51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能,但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H~2FH，它既可作字节处理，也可作位处理(作位处理时，合128个位，相应位地址为0OH～7FH)，使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而实施这一处理(包括前面所有的位功能)，只需用一条位操作指令即可。例1:如对2lH的第0位(相应位地址为08H)置位，只需用一条位指令SFTR08H对周围的其他位不会产生影响。有的单片机并不能直接对RAM单元中的位进行操作，如AVR系列单片机中，若想对RAM中的某位置位操作时,必须通过状态寄存器SREG的T位进行中转。例2:如对RAM中的RO寄存器的第4位置位,则WBSET6:状态雷存器T置位OmBLDRO.4:将T位复制到RO的第4位显然，后者比前者要复杂。51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即MuLAB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。在51系列中，还有一条二进制一十进制调整指令DA，能将二进制变为BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。Intel公司51系列的典型产品是8051，片内有4K字节的一次性程序存储器(OTP)。Atmel公司就将其改为电可改写的闪速存储器(Flash)，容许改写1000次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品AT89C51、AT89C52…等成为了当今最流行的八位单片机。51系列的1/0脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平(复位时，各I/0口均置高电平)。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达20mA，具有一定的驱动能力;而为高电平时，输出电流仅数十uA。4设计流程4.1智能消毒小车设计思路智能履带小车需要最基本的运动能力，即前进、后退、左转、右转，底盘采用履带设计，比起轮式小车可以适应更多的地形。因为是远程操控，无法得知车辆运行环境，所以就需要一个摄像头来了解车辆所处的环境，而且需要实时显示摄像头传输的画面，通过开发的AndroidAPP实现小车的前、后、左、右运动，履带车在APP发出控制指令后可以快速作出反应，同时摄像头拍摄的画面可以通过WiFi实时传输，并显示在APP的控制界面，有利于可视化操作4.2智能消毒小车的硬件设计智能消毒车主要硬件是以51单片机为基础的智能小车控制主板，这是整个智能小车的核心。其他硬件包括电源、定位处理器、摄像头、WiFi数传模块、舵机和机械臂、电压显示器、直流减速电机。（图1是系统设计框图，图2小车实物）图二4.3WiFi监控模块监控模块选用工作电压5v工作电流1.0A的WiFi智能模块，从而搭载其模块来实现“我的视频”实时传送，WiFi模块供电口为5V电源，TTL线2根，GND线1条，USB接口是连接摄像头的，只需要连接电源，USB接口连接摄像头再通过手机APP连接上设备的WiFi即可实时传输视频。4.4智能消毒小车软件部分智能车软件包含两个部分：一是智能消毒小车控制端APP的开发，主要采用JAVA语言；二是智能消毒小车的主体芯片控制程序，采用Keil软件由C语言编写而成。4.4.1智能消毒小车APP开发智能消毒小车采用AndroidAPP控制小车的运动。通过JDK，AndroidSDK，ADT和开发工具Eclipse构建APP开发平台，采用Java语言编写，编写完程序后，进入APP布局界面进行各按钮的布局，最后将APP打包，格式为.apk。将该APP下载安装到Android手机上即可使用。如图，为智能消毒小车APP配置界面，对智能消毒小车主体上搭载的路由器的IP、端口等信息进行配置的界面，当智能消毒小车的相关网络通信信息配置完毕后，即可进入智能消毒小车的可视化运行控制界面。4.4.2程序流程智能消毒小车通过开发的androidAPP实现小车的前、后、左、右运动且操作灵敏度较高，智能消毒小车在APP发出控制指令后可以快速做出反应，同时摄像头拍摄的画面可以通过WiFi实时传输，并显示在APP的控制界面，有利于可视化操作。程序设计流程图、智能消毒小车主控芯片代码及APP控制核心代码分别如图所示。4.5智能消毒小车测试打开小车电源开关，等待程序初始化，打开手机连接WiFi，连接成功后打开已经安装好的APP进入设置栏进行配置，配置完成，点击保存之后就进入控制界面，如图12所示为控制界面，此界面显示了摄像头传输画面，此外界面上还有前进，后退，左转，右转按钮分别用于控制小车的前后左右运动。智能消毒小车主控芯片上的路由器支持与该路由器热点IP在同一局域网中的终端设备的图像监控。5.软件与电路设计5.1电路设计系统结构设计见图1,STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,有灵巧的8位CPU和系统可编程Flash。其中电源模块采用AMS1117-3.3V,两节3.7V锂电池,为单片机和WIFI模块提供5V和3.3V,另外外扩4节3.7V的锂电池,产生12V的直流电源。为保证信息的匹配,可通过HC-05AT指令修改BLUTOOTH设备的波特率,保持与STC89C52RC一致。ESP8266WIFI模块是嵌入式WIFI模块、体积小、功耗低,采用IEEE802.11协议,通过INTERNET网络传输数据,实现用户串口、以太网、WIFI之间的灵活转换,如图2所示。STC89C52RC控制电机驱动模块L298N,通过修改输入端的逻辑电平,实现电机正转与反转,从而控制小车的转向。5.2软件设计智能消毒小车采用KEILC语言软件开发系统,实现模拟串口初始化、串口中断通信、模拟串口通信、模拟串口中断溢出、智能车驱动等。智能车直行时,四个电机方向相同,同时为正向;后退时,四个电机方向相同,同时为反相;45°左转时,左边一个轮子停止运动,右边两个轮子正向运动;45°右转时,右边一个轮子停止运动,左边两个轮子正向运动;90°左转时,左边两个轮子停止运动,右边两个轮子正向运动;90°右转时,右边两个轮子停止运动,左边两个轮子正向运动;360°左转时,左边两个轮子反相运动,右边两个轮子正向运动;360°右转时,右边两个轮子反相运动,左边两个轮子正向运动。6.测试与结果分析用于实现小车控制的客户端APP是微软公司研发的SPP软件,画面简洁,操作易于上手,如图4、图5所示。只需要普通的网络调试助手APP进行连接即可。经测试蓝牙距离为50～100米,距离的长短随障碍物的厚度递减WIFI距离为400米以内,当具有障碍物如墙时,距离缩减,详见表1。模拟串口采用中断1,正常串口采用中断4,当WIFI控制智能车时,蓝牙可以进行阻断和操作;当蓝牙操作时,WIFI无法改变小车运上输入参数,选择发电机AB相定子绕组发生两相短路故障,运行界面如图3所示。选择外部AB两相短路故障,运行界面如图4所示。图3相间短路故障选择为AB相定子绕组短路,可以看出动作电流明显远大于制动电流,保护动作。图4相间短路故障选择为发电机外部AB相短路,可以看出动作电流很小