采用Cortex-M3单片机设计的WiFi物联网小车

　　WiFi物联网小车设计方案，采用电脑上位机软件通过无线WiFi 控制小车的运动，采集小车的信息。与传统的"智能小车"相比，主要特点在于使用32 位高性能单片机控制、互联网通信机制和电脑上位机软件控制。此方案融合了电脑软件、网络通信、图像处理、图形显示、运动控制、速度采集和温度采集等技术，具有"物联网"的相关特点。传统的小车控制大多使用红外通信，使用遥控器进行控制，不但受到距离的限制，而且远没有电脑软件直观美观。互联网通信使小车具备远程控制的能力，这是红外通信望尘莫及的。此外，本方案小车控制芯片采用Cortex-M3单片机，该单片机具有极丰富的外设，这给小车以后功能升级和扩展奠定了基础。

　　1 总体设计方案

　　WiFi 物联网小车设计方案需要达到的目的是使用电脑软件（简称上位机）通过互联网与小车控制端（简称下位机） 进行通信，从而控制小车的运动，采集小车的速度、温度以及视频监控等功能。总体设计方案如图1 所示。图中有2 种通信模式可选，其中"WiFi 局域网小车控制"是采用局域网的方式，将上位机、无线路由器和小车组成一个局域网，实现上位机控制小车的目的。"互联网远程小车控制方案"是采用远程互联网的方式，将上位机与小车组成一个互联网，从而实现远程控制小车的目的。2 种方案的技术类似，由于受到实验条件的限制，本设计以局域网小车控制为例进行讲解说明。

　　图1 总体方案设计

　　从通信的角度来讲，无线路由器是上位机和下位机的数据中心，上位机通过Winsocket 套接字编程创建一个网络接口与路由器进行连接，小车端通过一个串口转WiFi 模块，将串口数据通过WiFi 模块转换成WiFi 信号与路由器交互。此过程中，上位机和下位机WiFi 模块均有一个独立的局域网IP 地址。通过这个IP 地址上位机和下位机便可以实现网络通信。

　　从控制的角度来讲，上位机是小车的控制中心，上位机通过"按键"发出指令给小车，小车收到指令后回传相关数据给上位机，上位机收到小车回传的数据，经过解析，将其显示出来。

　　1.1 上位机软件设计

　　上位机主要功能是控制小车运动，显示小车的速度、周围的温度以及小车采集的摄像。如图2 所示，这些功能由2 个线程来完成分别是"图像、声音处理线程"和"小车运动控制，速度、温度采集线程"等。前一个线程主要负责接收并处理有小车WiFi摄像头传过来的图像信息和音频信息，此部分主要涉及到DirectShow 相关技术。后一个线程主要负责小车运动的控制，包括"前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速、转向灯和喇叭"以及接收处理小车回传的温度和速度信息等，并用虚拟图表显示出来。上位机软件2 个线程都创建了一个互不相干的套接字，前者用于与小车WiFi 摄像头进行数据交互，后者用于与小车串口转WiFi 模块进行数据交互。

　　图2 上位机软件设计方案

　　1.2 下位机软件设计

　　下位机软件设计，即Cortex-M3 核心处理器的程序设计，如图3 所示。设计方案主要包括：摄像的控制、小车4 个电机的控制、DS18B20(＄2.0074) 温度数据的采集、红外对管速度模块数据的采集以及采集到数据后数据的处理打包发送等内容。其中摄像的控制、电机控制以及温度和速度的采集均以函数的形式获取，当下位机收到上位机的相关命令后，便调用相应的函数获取到结果后用固定的格式发送给上位机。

　　图3 下位机软件方案

　　下位机实现WiFi 与无线路由器通信的核心是串口转WiFi 模块，通过这个模块可以将下位机发送的串口数据直接转换成WiFi 信号发射出去。在使用此模块之前可以通过多种方式进行配置，只要配置好了，便可以与制定的WiFi 接入点进行网络通信。

　　2 设计方案特点及扩展说明

　　2.1 特点介绍

　　本方案是基于将电脑软件、互联网通信以及单片机技术相结合的理念构想设计的。从单片机的选型、通信方案的确定以及上位机软件的设计等都与传统的"智能小车"有很大的特别之处。以下是本设计方案的3 大特色：

　　① 小车的控制芯片采用功能强大的Cortex-M332 位高性能、低功耗的处理器，该芯片具有丰富的外设，芯片还支持ARM 公司提供的RLTx 实时操作系统，使用起来非常方便；

　　② 通信方式采用TCP / IP 通信协议，使用无线WiFi 技术，实现对小车的控制。此通信方案（如图1），在具有私有IP 的情况下可以连接远程网络，可以通过远程网络遥控小车，这在"智能家居"和"远程医疗"等领域将会有不错的使用价值；

③ 利用电脑上位机管理软件，使单片机控制、网络通信和计算机软件有效地结合。此方案设计上位机软件来管理小车，符合将复