基于android的教育機器人平臺設計項目論證報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 力感應界面： 12 超聲波蔽障界面： 設置界面： 13 （ 3） 通信模塊設計： Android 支持 JDK 自身的 TCP 和 UDP 編程 API，由于 TCP/IP 通信協議是一種可靠的網絡協議，它在通信的兩端各建立一個 Socket，從而在通信的兩端之間形成網絡虛擬鏈路。一旦建立連接，兩端的程序就可以通過虛擬鏈路進行通信。 JAVA 對基于 TCP協議的網絡通信提供了良好的封裝， Java 使用 Socket對象來代表兩端的通信接口，并通過 Socket 產生 Ｉ /O 流來進行網絡通信。所以此處我們采用的基于 TCP 的網絡通信方式，讓我 們的數據包穩定準確的傳輸。 客戶端通常使用 Socket 的構造器來連接到指定的服務器， Socket 有兩種構造器： Socket（ IAddress/String remoteAddress， int port） ：沒有指定本地地址，本地端口，默認使用本地主機的默認 IP地址。 Socket（ IAddress /String remoteAddress,int port,IAddress localAddr,int localPort） ：指定了本地 IP地址和端口號適用于本地主機有多個 IP地址的情況。 所以我們使用第一種來構造 Socket： Scoket s= new Socket(“”,xxxx)。 當客戶端和服務器產生了對應的 Socket 后，程序就無需區分服務器和客戶端了。我們可以通過 InputStream getInputStream()。來返回 Socket 對象對應的輸入流，讓程序通過該輸入流從 Socket 中取出數據。通過 OutputStream getOutputStream()。返回 Socket 對象對應的輸出流，讓程序輸出流向 Socket 中輸出數據。 Wifi 模塊采 用的是 wifi 轉 232串口的 WF3002，所以我們不用關心 wifi 是 14 如何轉串口的，我們只需要設置模塊的 IP 地址和端口號，把它當做主機，這樣就可以通過 Socket 來通信了。 傳輸格式： 我們打算在傳輸內容的頭部加上標志，比如如果傳輸的是功能選擇信息，那么就在信息的首部加上功能選擇標志，同理，如果收到的消息不符合我們的規則，那么這條消息就可能是錯誤的，我們選擇重新發送。如果 2次以上還是原樣就忽略此消息。 加入多線程： 由于小車與手機之間的數據交換是很頻繁的，即服務器與客戶端之間的數據交換是一直存在的，而傳統的 BufferedReader 的 readLine（）方法讀取數據時，該方法成功返回之前，線程會被阻塞，程序無法繼續執行，所以我們應該為系統單獨啟動一條線程，專門負責讀取服務器數據。所以客戶端應該包含兩條線程，一條負責生成主 界面 并響應用戶動作，并將用戶輸入的數據寫入 Socket對應的輸出流中，另一條負責讀取 Socket 對應輸入流中的數據并將數據顯示在程序界面上。 （ 4） 重力感應模塊設計： Androd 系統提供了對傳感器的支持，如果手機設備硬件提供了這些傳感器，安卓應用可以通過傳感器來獲取設備的外界條件，包括 手機設備的運行狀態，當前擺放方向，外界的磁場，溫度和壓力等。安卓系統提供了驅動程序去管理這些傳感器硬件，當傳感器硬件感知到外部環境發生改變時，安卓系統負責管理這些傳感器數據。 重力感應即是應用的手機的加速度傳感器，通過手機 3個方向的加速度的不同實現重力感應的效果。 15 圖 8 如圖 x、 y、 z 3個方向， 以屏幕的左下方為原點，箭頭指向的方向為正。從 10到 10，以浮點數為等級單位： 手機屏幕向上（ z 軸朝天）水平放置的時侯，（ x， y， z）的值分別為（ 0， 0，10）； 手機屏幕向下（ z 軸朝地）水平放置的時侯，（ x， y， z）的值分別為（ 0， 0，10）； 手機屏幕向左側放（ x 軸朝天）的時候，（ x， y， z）的值分別為（ 10， 0， 0）； 手機豎直（ y軸朝天）向上的時候，（ x， y， z）的值分別為（ 0， 10， 0）； 通過這樣的規則就可以很方便的編程實現重力感應了。 超聲波模塊設計： 超聲波模塊主要功能在單片機上編程實現，所以我這里只是發送一個命令信息來啟動超聲波模式。 語音識別模塊設計：（暫未實現） 16 硬件平臺設計 硬件 結構框圖 鋰 電 池 供 電電 機 模 塊L C D 顯 示 模 塊外 圍 傳 感 器W I F I 模 塊主 控 芯 片A R M C o r t e x M 3系 列S T M 3 2 F 1 03 V E T 6電 壓轉 化模 塊 電路電源 電源模塊為系統其他各個模塊提供所需要的電源，可靠的電源方案是整個硬件電路穩定可靠運行的基礎。采用 2200mah 30C 型號的鋰充電電池直接對電機進行供電， LM2576 系列是美國國家半導體公司生產的 3A 電流輸出降壓開關型集成穩壓電路，它內含固定頻率振蕩器 (52kHz)和基準穩壓 ()，并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路 ,故選用 LM2576將電壓轉換成 5V供， LM1117是一個低壓差電壓 調節器系列， LM1117 提供電流限制和熱保護，選用 LM1117組成穩壓電路，將電壓轉換成 ，向單片機供電。由于電路需要用到 AD 轉換，故將數字地與模擬地區分開來，使電路更加穩定。 超聲波避障 超聲波傳感器是一款通過超聲波發射裝置發出超聲波，根據接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。本次設計采用四路超聲波傳感器，減小機器人行駛過程中的盲區，增加活動的靈活度與準確性。 溫濕度傳感器和煙霧傳感器 空氣溫濕度傳感器用來測量空氣中的溫度和適度，廣泛應用于農業、林業、氣象、環境控制等行業以 及溫室大棚、氣候室、倉儲等場所。本煙霧傳感器就 17 是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范的， 煙霧報警器 內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種 消防報警系統 中，性能遠優于氣敏電阻類的火災報警器，本電路中設計了溫濕度傳感器和煙霧傳感器模塊，可以實時檢測周 圍環境，并在危害產生之前進行報警。 電機驅動 電路 設計中采用的是 L298 驅動電路，此驅動電路的外圍電路相對簡單， L298采用的是 H 橋驅動電路， L298 內置兩個 H 橋，每個橋提供 1A 的額定工作電流和最大 3A 的峰值電流，但其最大的不足是需要外接泄放二極管，對電路的連接產生了一定的影響。 LMD18200 是美國國家半導體公司推出的專用于直流電動機驅動的 H 橋組件，同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS 功率器件。此種芯片瞬間驅動電流可達 6A，正常工作電流可達 3A，具有很強的驅動能力，而且此種芯片內部還具有 過流保護的測量電路，可實現電路的過流保護功能。但由于其價格昂貴，過流保護可通過外圍電路及單片機內部編程實現，故選用L298 驅動電路。 模塊 該機器人是通過 wifi 進行控制，設計采用無線數傳設備 WIFI 轉串口模塊Wifi 串口服務器 RS232WIFI，該模塊采用 DB9 接口，模仿電腦 9 針串口，支持 1200～ 115200bps 范圍內的波特率，支持 。 擴展 模塊 考慮到日后可能需要為機器人增加功能，故把主控芯片未用到的引腳連出來待用，從而方便機器人的改 造升級。 擴材料選擇 ① 小車底盤：亞克力板由甲基烯酸甲酯單體（ MMA）聚合而成，即 聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA）板材有機玻璃，是一種經過特殊工藝加工的 有機玻璃 。同時亞克力板具有極佳的耐候性，較高的表面硬度和表面光澤以及較好的耐高溫性能。 PC 板有亞克力板同樣的性能，但由于亞克力板更容易加工，透光性更好， 18 做小車底盤方便美觀，故選用亞克力板。設計采用 3mm 厚的亞克力板，市場上銷售的亞克力板價格一般為 3mm*200mm*300mm 8 元， 5mm*200mm*300mm 12元。采用 3mm 厚的亞克力板不僅價格便宜而且利于切割，方便日后的加工改造。 ② 電機的選擇：小車底盤采用兩層，每層長為 250mm，寬為 100mm，約重3mm*****2=，再加上電池的重量 303g 以及其它器件的重量，小車約重 750g 左右，選用直徑 65mm 的常用車輪，車輪與地面的滑動摩擦系數約為 ，同時，電機的額定功率一般要大于負載功率的 ～ 倍，結合電機的參數即可計算出功率、轉速等（ P=F*V。V=W*R。P=F*R*W=T*W）。 19 4 經費預算 及人員安排 經費 預算 組別 原件名稱 單價（元） 數量 總價 硬件 減速電機 2 180 超聲波傳感器 6 溫濕度傳感器 2 煙霧傳感器 2 WIFI 模塊 209 1 209 車輪 10 2 20 萬向輪 5 1 5 亞克力板 8 4 32 STM32F103VET6 25 1 25 鈕扣電池 3 1 3 紐扣電池插座 1 1 1 串口母頭 1 1 1 MAX232 1 1 1 PCB開板 160 1 160 鋰電池 135 1 135 銅柱 20 2 TLP5214 5 2 10 LCD12864 35 1 35 LM1117 2 2 4 LM2576 2 2 4 L298N 9 1 9 軟件 《瘋狂安卓講義》 1 《 STM32開發指南》 1 人員 安排 組員 負責任務 王棟 安卓軟件部分 何謙 單片機軟件部分 李東 小車結構和電路設計 張露 文檔處理 20 進度 安排 時間 計劃 任務 7 月初到 7 月中旬 完成對小車整體設計方案的確立 7 月中旬到 7 月底 分模塊設計完成理論的論證 8 月中旬到 8 月底 購買器 件，制作 pcb 電路板和小車結構，完善并優化軟件 8 月底到 9 月初 完成小車的制作 21 5 總結 我們認為此項目的獨特創新之處在于小車的控制是通過手機來實現，而不是遙控手柄或電腦，從而使得使