動(dòng)手能力超強(qiáng) 牛人教你做Wifi機(jī)器人(圖)

1、動(dòng)手能力超強(qiáng)牛人教你做Wifi機(jī)器人(圖)2009年02月03日09:29分作者：摘要：Wifi機(jī)器人(WifiRobot)：其實(shí)是一輛能通過互聯(lián)網(wǎng)，或500米以外的筆記本無線設(shè)施來遠(yuǎn)程控制的遙控汽車。由于在車上配備了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，因此在視野范圍之外都能夠遙控該車，此外，車上還裝了一個(gè)喇叭，您可以遠(yuǎn)程朝人們按喇叭。、前言Wifi機(jī)器人(WifiRobot):其實(shí)是一輛能通過互聯(lián)網(wǎng)，或500米以外的筆記本無線設(shè)施來遠(yuǎn)程控制的遙控汽車。由于在車上配備了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，因此在視野范圍之外都能夠遙控該車，此外，車上還裝了一個(gè)喇叭，您可以遠(yuǎn)程朝人們按喇叭。我發(fā)現(xiàn)LinksysWRT54GL路由器非常的

2、hacker-friendly(黑客友好)，它運(yùn)行Linux和一些已經(jīng)被反向工程(reverseengineered)了的硬件。世面上有一大批針對(duì)這種路由器的固件版本(firmwareversion)可供選擇，本項(xiàng)目用到的版本是可訂制化的LinuxfirmwareOpen-WRT。有了路由器的相關(guān)軟件，對(duì)一大堆硬件進(jìn)行改裝也變得可能。因此，既然有這樣一個(gè)廉價(jià)的、可改裝的、嵌入式Linux系統(tǒng)可以隨我所用一一我知道我能做件很酷的事情，于是，Wifi機(jī)器人的想法誕生了。本文的目的是提供一個(gè)該項(xiàng)目的概覽，同時(shí)也列出了一些相關(guān)軟件和電子產(chǎn)品的實(shí)施細(xì)節(jié)，但它并不是一個(gè)一步一步詳細(xì)介紹如何制作Wifi機(jī)器

3、人的手冊(cè)，不過，那些具備一定電子和軟件知識(shí)的人根據(jù)本文提供的信息也能夠做出自己的Wifi機(jī)器人。我已經(jīng)遵循GNUGPLv2發(fā)布了所有的源代碼，因此，希望大家都來用這個(gè)源碼，并盡量去完善它！二、硬件部分2.1汽車在汽車上增加網(wǎng)絡(luò)攝像頭、路由器、沉重的電池、額外的電路，以及一大堆的電線會(huì)大大超出汽車原本設(shè)計(jì)的載重量。因此，考慮到這些額外要加的重量，您需要找到一個(gè)超大型的遙控汽車。舊貨店常常有一些遙控車賣，價(jià)格3到5美元不等(不包括遙控器)，我已經(jīng)買了許多這樣的汽車以供使用。您最好選擇那些體積大于或等于現(xiàn)實(shí)生活中真車體積1/10的玩具遙控汽車，體積太小的就不要考慮了。下圖這兩輛遙控汽車是我在Valu

4、eVillage花5美元買下的。我一共拆了約20輛遙控汽車。我發(fā)現(xiàn)幾乎每一輛車都使用了RealtekRX2/TX2芯片或其他引腳兼容(pin-compatible)的芯片，而且說明書里有各引腳的具體連接方式。這意味著真的很容易改裝這些汽車，而不必加上一大堆我們自己的電路。我們可以將一個(gè)微控制器直接與這些引腳連接起來，直接控制汽車。充分利用汽車的原有電路能節(jié)省很多的時(shí)間和精力。2.2路由器我已經(jīng)改裝了我的WRT54GL,現(xiàn)在它有2個(gè)串口和一個(gè)1GB的SD卡（用來充當(dāng)1GB的硬盤）。在本項(xiàng)目中其實(shí)沒有用到這個(gè)SD卡，但用到了一個(gè)串口。兩個(gè)串口中的一個(gè)作為控制臺(tái)端口，另一個(gè)作為我們將來會(huì)使用到的TT

5、S/1（語(yǔ)音合成）端口。這個(gè)項(xiàng)目我使用的固件版本是Open-WRTWhiteRussianv0.9,還有更多更新的固件版本，但我們這個(gè)項(xiàng)目并不需要。本文的后面提供了參考鏈接，可以幫助您使用自己的串口。2.3微控制器的選擇在本項(xiàng)目中我評(píng)估了三種不同的微控制器，以下是一個(gè)簡(jiǎn)要的評(píng)估結(jié)果。微控制器PIC16F628AArduino(ATmega168)FreeduinoMaxSerialAVRButterfly(ATmega169)優(yōu)占八、價(jià)格相對(duì)便宜；穩(wěn)定的軟件控制；很容易編程(用C語(yǔ)言，而且有許多內(nèi)置的函數(shù)庫(kù))；集成串行(integratedserial)；預(yù)包裝的開發(fā)套比PIC(C)容易編程；

6、集成串行；較少需要焊接；件，很少或根本不需要焊接；弊端很難編程(基于匯編語(yǔ)言的)；必須要手動(dòng)連接電路；需要配備額外的串行硬件(MAX232A)；需要額外編碼器；價(jià)格相對(duì)較咼Bootloader錯(cuò)誤(詳見下文)；集成外設(shè)導(dǎo)致奇怪的輸出電壓；價(jià)格相對(duì)較咼最后，出于以下幾個(gè)原因我選擇了PIC16F628A：1.我手邊有一堆PIC16F628A。我對(duì)PIC16F628A最熟悉。我想要塊面積小的板子，PIC是三個(gè)微控制器中面積最小的。我想完全控制代碼實(shí)現(xiàn)的功能，PIC是基于匯編語(yǔ)言編程，因此很適合。Arduino(FreeduinoMaxSerial)是我的第二選擇，它很容易安裝和運(yùn)行，我真的很喜歡。社

7、區(qū)支持非常強(qiáng)，而且非常好用。我原先使用的是AVRButterfly開發(fā)板，但我發(fā)現(xiàn)AVRbutterfly的bootloader上有一個(gè)錯(cuò)誤會(huì)破壞代碼，并且不允許你重新編寫它，除非載入一個(gè)新的bootloader。我花了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間來調(diào)試和解決這個(gè)問題，不過最終還是決定放棄它。此外，我還發(fā)現(xiàn)輸出電壓是難以預(yù)測(cè)的，因?yàn)檩敵鲞€要驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏之類的集成外設(shè)。PIC和Arduino微控制器平臺(tái)的源代碼我都有。兩個(gè)都經(jīng)過了測(cè)試，所以你覺得哪個(gè)好用就用哪個(gè)。Arduino(FreeduinoMaxSerial)用起來最方便，我買了這個(gè)。2.4操控電路(steeringcircuit)實(shí)際上，我在車上

8、裝了兩個(gè)控制板。這樣做的理由是，我開始不小心燒掉了車上附帶的原始驅(qū)動(dòng)晶體管(drivetransistor)。幸好我還能將燒掉的晶體管拆掉,同時(shí)也拆掉了一起被燒掉的RX2芯片，從而挽救了操控電路。該驅(qū)動(dòng)晶體管的額定電流為5A,當(dāng)我努力將電路電壓加到16V時(shí)，晶體管在一陣壯觀的煙霧中犧牲了，因?yàn)檎Ｇ闆r下用電池驅(qū)動(dòng)汽車只要9.6V。我只好又拿了另一輛遙控汽車的板子裝上了這么做當(dāng)然是為了要用板子上的驅(qū)動(dòng)晶體管。當(dāng)我把電壓打到12V時(shí)，盡管上面的晶體管已經(jīng)變得非常熱，但一切正常。如果能夠利用遙控汽車已有的電路，而不必建立自己的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)(H-bridqe)電路，那將會(huì)節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。2.5電

9、池我花了50多美元在易趣上買了一些高級(jí)的遙控汽車電池,它們的電池容量都是3800毫安(mAh)的，另外還有一個(gè)1.8A的智能充電器。在完全沒電的情況下，每個(gè)電池大概需要花1.5小時(shí)充電。我用標(biāo)準(zhǔn)ATX電源Molex連接器換下了所有的遙控電池連接器。這樣，我就可以用我已有的廉價(jià)連接器將它們連接起來，并且比較容易做一個(gè)分配連接器(splitterconnector)來進(jìn)行功率測(cè)量。這些完全充好電的電池串聯(lián)連接時(shí)總電壓約為16V。2.6電源導(dǎo)軌(PowerRails)5V（78051A穩(wěn)壓器）9.2V（來自12V-7812導(dǎo)軌）12V（78121A穩(wěn)壓器）12V（LT10837.5A穩(wěn)壓器）微控制器

10、攝像頭；操控電路控制器；喇叭wifi路由器有電動(dòng)控制器的驅(qū)動(dòng)板(driveboardwithmotorcontroller)9.6V導(dǎo)軌(rail)是由781212V導(dǎo)軌供電，不過，我們首先需要將4個(gè)二極管與781212V導(dǎo)軌串聯(lián)在一起。這樣做的理由是，每個(gè)二極管需要0.7V(實(shí)際不超過0.7V)的電壓，把這4個(gè)二極管串聯(lián)，就能把781212V導(dǎo)軌的總電壓降低約2.8V，變?yōu)?V左右，從而得到我們?cè)O(shè)備所需要的電壓。7812穩(wěn)壓器的額定電流只有1A,但電動(dòng)機(jī)的耗電量會(huì)大大超過它。所以，我在Digikey花了不到14美元買了一個(gè)7.5A12V的穩(wěn)壓器，并且還在上面加了一個(gè)散熱器，因?yàn)槲耶?dāng)時(shí)估計(jì)它運(yùn)

11、行起來有可能變得很燙，但在多次的實(shí)際使用中，我發(fā)現(xiàn)它甚至沒有變暖，所以并不需要散熱器。我不想冒燒掉操控控制電路的風(fēng)險(xiǎn)，所以我把它放在最接近遙控汽車電池的軌道上。攝像頭的工作電壓為9V,喇叭也差不多，因此，我把這些設(shè)備都放在9.2V軌道。所有的電力電子設(shè)備都裝在一個(gè)原型板(prototypeboard)上,然后被儲(chǔ)存在一個(gè)項(xiàng)目盒(projectbox)中。2.7微控制器電路(MicrocontrollerCircuit)PICTiVfiEPSCTgFSZflAJR4GHTkeftBACKWARDFORWARHjUWJSRA1JWM1RATNWREFRANAN3raL!Fliw/rotwcM叱RA

12、MiqRM3?SMXHiClCLKCUTRA7JASC1iiCLKWRaOlNTFffilWTiRBiX/CKRB3JCCF1哉BiiPGMFSWIMJTICCKMRfl?7T1OSLGOC1-*V*Cl-VrGtiHHOUTT2ffJTJCBJTR1OUTR1H；RWUTRHMISG.PhceAdEcuptngpacilof-1iri-)hetAreniVCCandCtMlDcaiiiMAX232AArduino接線指導(dǎo)信號(hào)Arduino引腳向前數(shù)字引腳8向后數(shù)字引腳9向左數(shù)字引腳10向右數(shù)字引腳11綠色發(fā)光二極管數(shù)字引腳7紅色發(fā)光二極管數(shù)字引腳6喇叭數(shù)字引腳5只要用標(biāo)準(zhǔn)的串行電纜，就可以將

13、FreeduinoMaxSerial串口與路由器的串口連接起來。DB9_FEMALE該FreeduinoMaxSerial使用串行引腳4即DTR（dataterminalready，數(shù)據(jù)終端就緒）引腳來重啟微控制器，并使其能夠下載新的代碼。在正常的電腦操作中，這個(gè)引腳的工作電壓為10V或-10V一具體取決于該串口連接與否。然而，這個(gè)引腳是接地連接在路由器的串口上，當(dāng)路由器串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，MaxSerial就會(huì)重啟，而這點(diǎn)對(duì)本項(xiàng)目不合適，我們要求把DTR引腳加壓到+9V。通過硬件改造，我們給它增加了一個(gè)程序鎖定模式，使之不能上傳新的代碼，也使得串口無法重啟微控制器。注意：如果您使用的是USB接口

14、版本的Arduino,您應(yīng)該只需要把RX和TX引腳連接到MAX232A,然后再連接到路由器的串口，并且可能不需要做硬件修改。不過我手中只有MaxSerial版本，所以無法驗(yàn)證此點(diǎn)。2.8攝像頭LensSerialnurnberMACAddressIndicator13氧StancKTripod-mounlingholeHookforACadaptorDC(NjackEthernet(UKN)port本項(xiàng)目最酷的一個(gè)地方，是在視野范圍以外還能驅(qū)動(dòng)汽車。這其實(shí)是靠一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭完成的。我選擇的攝像頭是PanasonicBL-C1A，它基本上算是最便宜的有線網(wǎng)絡(luò)攝像頭，其驅(qū)動(dòng)軟件也只能用在Windo

15、ws系統(tǒng)上，不過已經(jīng)完全夠用了。而且，就像兩位評(píng)論家所指出的那樣，該攝像頭有一個(gè)非常實(shí)用的web使用界面。該攝像頭的視頻質(zhì)量相當(dāng)不錯(cuò)。然而，即使在連接良好的情況下，它也常常會(huì)暫停1秒左右的時(shí)間，然后又開始恢復(fù)正常。我猜這是因?yàn)樗目刂破鳑]有足夠強(qiáng)大的自動(dòng)對(duì)焦能力，但總的來說我還是很喜歡這款性價(jià)比不錯(cuò)的攝像頭。2.9喇叭.PIC16F628ARB5(PIN我覺得用遙控汽車朝人摁喇叭很有趣，于是就加了個(gè)喇叭，而且這很容易實(shí)現(xiàn)。我買了一個(gè)3美元的蜂鳴器，然后用一個(gè)晶體管把它連接到微控制器上就可以了。2.10硬件安裝我去掉所有的裝飾性和非功能性零部件，只用到了遙控汽車最基礎(chǔ)的部分。接著，對(duì)攝像頭附帶的

16、硬件做了個(gè)小改動(dòng)后，就輕松將攝像頭安裝在了車前面。電路板也被固定在車的前端，使用的是塑料螺母和螺栓，以避免導(dǎo)電問題。PIC控制板被安全固定在車的一側(cè)。在車架上我打了很多孔，用來穿電線，所有的電線長(zhǎng)度都弄得比實(shí)際需要的要長(zhǎng)，目的是為了使電線連接的各零部件在最終固定之前可以自由地調(diào)整位置。當(dāng)所有的零部件被最終固定好之后，用捆線器收緊電線的多余部分即可。本項(xiàng)目一共用到了大約30根電線，還不包括以太網(wǎng)電纜。車的頂部裝了個(gè)項(xiàng)目盒，除了LT10837.5A穩(wěn)壓器被裝在遙控車的底部之外，所有其他的電源電路就放在這個(gè)項(xiàng)目盒里。而我之所以沒把LT10837.5A穩(wěn)壓器也放在盒子里，是因?yàn)樗窃谖覠舻谝粔K控制板

17、后新加的一個(gè)東西，裝在車子底部最省事。當(dāng)路由器啟動(dòng)時(shí)，裝在項(xiàng)目盒背面的一個(gè)發(fā)光二級(jí)管就開始發(fā)出紅光。當(dāng)路由器向微控制器發(fā)送一個(gè)alive信息時(shí)，這個(gè)發(fā)光二級(jí)管就變?yōu)榘l(fā)綠光，于是我就知道我可以連接VB客戶端應(yīng)用程序了。這個(gè)發(fā)光二極管在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)非常有用。我用了些熱膠（hot-glue）和捆線器將電池固定好。另外，路由器相對(duì)遙控車的底座有點(diǎn)太寬，所以我做了點(diǎn)改動(dòng)將兩片有機(jī)玻璃加在遙控車底座，使之變寬。2.11未來可能還會(huì)添加的部件下面幾個(gè)東西應(yīng)該很有趣，是我想加的東西：頭燈：其實(shí)就是超級(jí)亮的發(fā)光二極管，應(yīng)該很容易將它們加到微電路上。電流傳感器（CurrentSensor）:可以傳回汽車使用的電流量

18、，并將其顯示在VB應(yīng)用程序中?？刂破骺梢宰x取傳感器的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送回。三、軟件部分本項(xiàng)目要用到三種軟件:VB6Wifi_Robot客戶端應(yīng)用程序（運(yùn)行在Windows系統(tǒng)中）；用在路由器上的用C語(yǔ)言編寫的CarServer，該路由器運(yùn)行OpenWRTWhiteRussianv0.9（Linux版本）；微控制器固件。我已經(jīng)提供了經(jīng)測(cè)試過的PIC16F628A微控制器和Arduino（FreeduinoMaxSerial）固件，相關(guān)的源碼都遵循GNUGPLv2發(fā)布了。假設(shè)您有一個(gè)安裝了OpenWRTWhiteRussianv0.9的LinksysWRT54GL，并將它已連接到了互聯(lián)網(wǎng)，可以參考下面

19、的安裝指令。OpenWRT安裝指令參考這個(gè)指南。InstallingCarServer（安裝CarServer）如果你只是想要使用該軟件，在你的路由器安裝配置SSH，然后運(yùn)行以下代碼：cd/tmpwget HYPERLINK /projects/wifirobot/carserver_1_mipsel.ip /projects/wifirobot/carserver_1_mipsel.ipk#ipkginstall./carserver_1_mipsel.ipkCompilingandInstallingCarServer（編譯和安裝CarServer）如果你想看看它是如何工作的，或者想自己修

20、改代碼，你需要先下載OpenWRTSDK（Linux版本），然后遵循EricBishop的WritingandCompilingASimpleProgramforOpenWRT去編譯軟件（只需參考第一部分）Makefileplacein/OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/Makefileplacein/OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/srccarserver.cplacein/OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/package/carserver/src你編譯的ipkg將出現(xiàn)

21、在/OpenWrt-SDK-Linux-i686-1/bin/packages.然后將代碼#scpcarserver_1_mipsel.ipkroot:/tmp/.復(fù)制到你的路由器，配置SSH，并安裝它。相關(guān)資源關(guān)于WRT54G系列路由器有一本很不錯(cuò)的電子書：LinksysWRT54GUltimateHacking。這本書教人如何添加一個(gè)串口，如何設(shè)置軟件，還有一大堆的黑客技巧。我已經(jīng)聯(lián)系過該書的作者之一，這本書并非免費(fèi)的，但是你在GoogleBooks上可以讀至U它。3.1如何讓串口工作起來我們需要利用TTS/1（語(yǔ)音合成），因此，如果您只添加了一個(gè)串行端口，那就保證這個(gè)端口用于語(yǔ)音合成。假

22、定你已經(jīng)安裝了OpenWRTWhiteRussianvO.9,那么運(yùn)行如下指令即可。ipkgupdateipkginstallsetserialcd/usr/sbinwget HYPERLINK /projects/wifirobot/stty.tgz /projects/wifirobot/stty.tgztar-zxvfstty.tgzchmod755stty將下列語(yǔ)句添加在/etc/init.d/custom-user-startup后，使串口啟動(dòng)后工作起來，并使CarServer自動(dòng)啟動(dòng)。/usr/sbin/setserial/dev/tts/1irq3/usr/sbin/stty-F

23、/dev/tts/1rawspeed9600/bin/carserver&3.2運(yùn)行Wifi機(jī)器人客戶端應(yīng)用程序下載：wifirobotclient.zip(Wifi機(jī)器人客戶端應(yīng)用程序軟件包)該壓縮包(wifi_robot_client.zip)包含了VB6源碼和編譯過的EXE文件。如果您不想修改源程序的話，您只需用到wifi_robot_client.exe和config.txt文件，當(dāng)然，如果您想修改源碼，也完全可以。此外，該應(yīng)用程序只適用于Windows系統(tǒng)，如果有人想開發(fā)用于其他操作系統(tǒng)的客戶端軟件，我也很歡迎。3.3微控制器固件PIC您首先需要一個(gè)PIC編碼器來燒錄固件。市場(chǎng)上有許

24、多PIC編碼器可供選擇，我自己使用的編碼器P16PRO40是在易趣上買的。您可以使用Microchip公司的MPLAB自己編譯HEX文件，或直接下載本文提供的HEX文件。鏈接：carpic.asm鏈接：carpic.HEXArduino(FreeduinoMaxSerial)扌旨南：ArduinoTutorial相關(guān)源碼下載鏈接：cararduino.c如果您使用的是FreeduinoMaxSerial,請(qǐng)務(wù)必對(duì)其進(jìn)行小的硬件改造，以防Freeduino每次從路由器串口接收數(shù)據(jù)時(shí)都要重啟。更多細(xì)節(jié)請(qǐng)參考本文的“硬件”部分。3.4下載所有的文件以下這個(gè)壓縮包包括上述所有的源碼和編譯過的二進(jìn)制碼。

25、下載：wifirobotsoftware.zip3.5免責(zé)聲明我已經(jīng)盡最大的努力確保所有上述信息是準(zhǔn)確的。如果您發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤，請(qǐng)發(fā)送電子郵件至 HYPERLINK mailto:jon jon，我會(huì)立刻做岀更正。四、衡量標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)4.1最高時(shí)速為了得知該遙控車的最大速度，我在地上相隔3米放了兩條帶子，然后用攝像機(jī)拍攝。攝像機(jī)每秒記錄30幀，攝像機(jī)的誤差大約+/-3.3%,帶子的誤差大約是+/-1%。該車在0.7秒內(nèi)開岀3米遠(yuǎn)（即相機(jī)在一秒內(nèi)拍了21幀），所以最高時(shí)速為：4.3米/s=15.5km/h=9.6miles/h4.2距離在500米之處，遙控車上裝配的路由器還能連接到我的筆記本電腦（傳輸速度1MB/S），然而距離超出500米，就不行了。固件（OpenWRT）本可以提高輸岀功率，我也試圖修改相關(guān)參數(shù)值，但無濟(jì)于事，可能是我的戴爾Inspiron6000型筆記本有限制。4.3數(shù)據(jù)傳輸速率控制信號(hào)：3.5KB/s攝像頭：50-190KB/s該攝像頭使用多少帶寬取決于所拍攝圖像的亮度，如果亮度很高，就會(huì)需要較大的帶寬。如果遙控車開出了很遠(yuǎn)，路由器還能以較低的速度繼續(xù)連接筆記本電腦，直到傳輸速度降到1Mb/s,在這種速度下攝像頭無法傳回?cái)?shù)據(jù)，但控制信號(hào)