中北大学2014届毕业设计说明书 按钮等；还包括行为管理器，负责管理应用程序的生命周期，Android本身没有关闭应用程序的功能，由系统根据资源分配自动关闭一些应用程序。本设计涉及到按钮和文本框等[4]。
2.2.2 基于Android的串口通信
串口在数据通信中应用广泛。但是Android SDK指定Java作为第三方应用开发语言，这给C语言实现串口应用带来了困难。虽然Google Android已经发布了NDK(Native Development Kit,原生态开发包)，支持开发者用C\\C++语言开发Android程序，但是目前官方提供的技术指导比较简略。NDK的目的是为了增加代码的重用性及加快程序的运行速度，这有利于开发者从其他系统上移植软件到Android平台。开发步骤为：(1)JIN接口设计；(2)使用C\\C++实现本地方法；(3)生成动态链接库；(4)将动态链接库复制到Java工程，生产.apk文件[5]。 2.2.3 通过串口控制舵机
PC机与单片机的串口通信系统框图如图1所示,主要包括单片机、 串口通信电路、PC机串口通信软件和单片机的外围电路。其中单片机是电路系统的核心，负责接收上位机相关指令，并控制电路的工作状态，PC机串口通信软件用于向下位机发送控制命令,并接受下位机数据,进而测试系统性能;串口通信电路是连接下位机与PC机的桥梁,是二者进行串口通信的基础;外围电路包括了单片机的复位电路、程序下载接口电路等[6]。
外围 电路 单片机 串口通 信电路 图1 串口通信系统框图
PC
常用PC机串行接口有3种:PS /2接口用于连接键盘和鼠标;RS232C串行接口一般用来实现PC机与较低速外部设备之间的远距离通信;USB通用串行总线接口是现在比较流行的接口,它最大的好处在于能支持多达127个外设,外设可以独立供电,也可以通过USB接口从主板上获得500 mA@ +5 V的电流,并且支持热拔插,真正做到即插即用。RS232C串行通信接口主要特点是技术成熟、结构简单,只需3条普通导线就可以进行双向通信,传输距离较远,一般可达10 m以上。现在流行的高级语言都支持对串口的直接操作,常用的单片机也把串行通讯口作为一个标准接口集成在单片机内,开发者在进行单片机应用系统设计时只需增加1片RS232C与TTL电
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中北大学2014届毕业设计说明书 平转换芯片就可以构成一个单片机与PC机之间的RS232C串行通讯接口。因此， RS232C串行通讯接口的开发具有开发周期短,对开发者的软硬件水平要求不高等特点。因此选用RS232做单片机与电脑的串口通信，控制舵机[7][8]。 2.2.4 小车的循迹功能实现
小车循迹，首先要考虑到电机的控制问题。在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,直流调速技术已广泛运用于工业、航天领域的各个方面。最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术,它具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点。本文在研究单片机PWM方法调速直流电机和电机驱动芯片L298N的基础之上，对单片机的电机驱动电路进行了一点优化设计。内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便地驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。工作电压为46V，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；输出电流可达2.5A，最大可以达到4A，可驱动电感性负载；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，9脚VSS可接4.5～7V的电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46V。1脚和15管脚下的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，此时OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机正反转；ENA，ENB脚接控制使能端，控制电机的停转[9]。
循迹小车 采用光电传感器来识别白色路面中央的黑色引导线，通过单片机实现对转向舵机和驱动舵机的PWM控制，使小车实现快速稳定地巡线行驶。实验表明，循迹小车能够快速校准、平稳的完成对曲率引导线的巡线行驶任务[10]。 2.2.5 Android无线WiFi控制
系统中 Android 手机可利用周围无线网络资源与其他设备进行交互并实施控制，不仅为现有智能控制系统提供了新的控制方法，也为实现机器与人的信息交换提供了新的交互手段。系统实现了一种基于 Android 系统下的无线 PWM 控制模块设计，并在遥控模型汽车上测试成功。系统采用了嵌入式 ARM 平台作为硬件控制模块，完成了 Android 应用程序开发，编写了手机客户端软件，解决了手机与控制器端之间的数据传输，实现了手机远程控制 PWM 调速等功能[11]。
WiFi 实质上是一种商业认证，它是目前应用最广泛的 WLAN（无线局域网）标
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中北大学2014届毕业设计说明书 准，具有 WiFi 标准认证的产品都符合 IEEE 802.11b无线局域网络规范。一个无线局域网络通常由工作站（STA，Station）、无线介质（Wireless Medium，WM）、无线接入点和主干分布式系统（DS，Distribution System）等几部分组成。无线接入技术与有线接入技术的一个很大的不同点体现在无线接入技术标准不统一，不同的标准有不同的应用。目前比较常见的 WLAN 技术标准有 802.1l 系列标准、蓝牙(Bluetooth)标准、IrDA(Infrared Data Association)、家用射频 HomeRF 标准以及新近兴起的 UWB 标准等[12]。 本课题采用802.11系列标准。 2.2.6 物联网（通过WiFi控制小车）
本设计的实现，事实上是一个微型的物联网，把小车作为其中一个网络节点。按照物联网三维概念模型，物联网由信息物品、自主网络和智能应用3 个部分构成。这 3 个部分有其各自技术架构。
信息物品技术主要指物品的标识、传感和控制技术，也就是指现有的数字化技术。信息网络技术属于物理世界与网络世界融合的接口技术。目前国际上研究的网络化物理系统(CPS)就是属于信息物品技术。如果把人也看作是一个物品，则信息物品技术也包括了佩戴式计算装置技术。
物联网还涉及到自主网络，自主网络就是具备自管理能力的网络系统，自管理能力具体表现为自配置、自愈合、自优化、自保护能力。从物联网未来应用需求看，需要扩展现有自主网络的定义，使得自主网络具备自控制能力。物联网中的自主网络技术包括自主管理技术和自主控制技术。自主网络管理类技术包括：网络自配置技术、网络自愈合技术、网络自优化技术、网络自保护技术，自主网络控制类技术包括：基于空间语义的控制技术、基于时间语义的控制技术。
智能应用技术涉及到传统的人工智能方面的理论和算法，并且融入了现代网络环境下的智能控制理论和方法，这类技术的研究和开发，有可能突破桎梏人工智能发展的理论障碍，使得人类进入智能化时代[13]。
物联网(the Internet Of Things,IOT)被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮,受到各国政府、企业和学术界的重视,美国、欧盟、日本等甚至将其纳入国家和区域信息化战略[14]。
麻省理工学院Auto-ID中心主任Ashton,K教授于1999年以RFID技术和无线传感网络作为支撑,提出了基于“EPC系统”的物联网。2000年,麻省理工学院的
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中北大学2014届毕业设计说明书 Neil,G教授撰写了《When Things Start to Think》一书。两位教授及他们团队的研究工作标志着国外物联网的发展和研究的开始。2005年,国际电信联盟(ITU)在信息社会世界峰会(WSLS)上发布了一份题为《The Internet of things》的年度报告,进一步i全释和拓展了物联网的内涵,认为物联网是“任何时刻、任何地点、任意物体之间互联”(AnyTime、Any Place、Any Things Connection), “无所不在的网络”(Ubiquitous networks)和“无所不在的计算”(Ubiquitous computing ) , 2008 年,欧盟通过《The Internet of Things in 2020)) 报告对物联网的定义进一步明确,认为物联网是由智能空间中使用智慧接口与用户、社会和环境进行通信的具有标示、虚拟个性的物体或对象所组成的网络。2009年,IBM公司首席执行官彭明盛将物联网解读为“智慧地球”,认为人类可以通过传感器、互联网、云计算等技术将现实世界与网络世界相连,整合海量的物与物、人与物、人和人的信息,并进行分析与处理,从而最终实现智能化的控制与管理。此时的物联网逐渐从理论发展到应用,内涵进一步明确和细化[15]。
物联网的应用市场很大，近几年的智能家居就是一个典型的物联网架构，智能家居网络控制系统内部传输接口可以通过有线传输方式和无线传输方式两种传输途径来实现。有线传输方式包括电力线载波的X-10和CEBUS,电话线方式的HomePNA,以太网方式的IEEE 802.3以及专用总线方式的LonWorks,RS485, IEEE 1394等;无线传输方式包括红外方式的IrDA,无线局域网方式的EEE802.11系列,家庭射频技术的HomeRF,蓝牙的IEEE 802.15.1,ZigBee的IEEE 802.15.4等[16]。
本课题所研究的小车就是在智能家居中的一个重要组成部分，系统以四轮移动小车为基础平台，以单片机及ARM处理器为核心控制平台，挂载多个自由度机械手，具有物联网无线控制、循迹、避障、排障、搬运、智能操作控制等功能，实现全智能化控制。
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3 搬运小车的系统设计
3.1 各单元硬件设计 3.1.1 WiFi模块
本设计所采用的WiFi模块为HLK-RM04模块，该模块是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，如图3.1所示，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的任意透明转换。图3.2为WiFi模块的实物图，可以看到上面有两个MAC地址，可以连接两个以太网。
图3.1 WiFi模块功能转换图 图3.2WiFi模块实物图
第21引脚为UART_TX，接单片机RXD；第20引脚为UART_RX，接单片机TXD。使用该模块的WiFi转串口功能实现手机与单片机的连接。
表3.1为WiFi模块的一些技术参数，表3.2为WiFi模块在做网络转串口时的技术参数。在本设计中，端口设置为60000，波特率为115200，8位数据位，无校验，1位停止位。串口初始化代码如下：
表3.1 WiFi模块的一些技术参数 产品型号 HLK-RM04 IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b、IEEE 支持的标准和协议 802.3、IEEE 802.3u、CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE 端口 WAN LAN 频率范围
1个10/100M自适应RJ45端口( 1个10/100M自适应RJ45端口 2.4~2.4835GHz 第 10 页 共35 页