原创《基于物联网芯片ESP8266的智能遥控车》
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【摘 要】 ESP8266 集成了Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU.支持完整的 TCP/IP 协议栈.可以使用该模块为现有的设备添加联网功能,也可以构建独立的网络控制器.本文使用该芯片作为智能小车的主控实现独立的网络控制器,最后与STM32 芯片作为主控的小车作对比,从技术实现难度、硬件成本、控制效果比较,说明使用该芯片的优缺点.
【关键词】 物联网 控制 比较 优缺点
物联网是当下不断升温的话题.嵌入式设备接入网络提供实时工作信息和通过网络控制嵌入式设备已经成为一种必然的趋势,因此基于什么样的方式实现物联网和通过物联网控制嵌入式设备成为一个研究的热点,本文研究了一种基于安信可ESP8266 物联网模块的物联网实现方法,在遥控器和小车上都使用该模块来控制,在遥控器和小车上都增加了显示模块,在遥控器上还扩展了DA 模块,并且在PC 上开发了实时监测上位机和基于安卓的控制APP.
一、ESP8266 模组介绍
系列模组是深圳市安信可科技有限公司开发的一系列基于乐鑫ESP8266 的超低功耗的UART-WiFi 模块的模组,可以进行二次开发,接入云端服务,实现手机3/4G 全球随时随地的控制.模块核心处理器 ESP8266 集成了 Tensilica L106超低功耗 32 位微型 MCU,带有 16 位精简模式,主频支持80 MHz 和 160 MHz,支持 RTOS,集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA,板载天线.支持标准的 IEEE802.11 b/g/n 协议,完整的 TCP/IP 协议栈.可以使用该模块为现有的设备添加联网功能,也可以构建独立的网络控制器.
二、系统总体设计
系统总体分为三部分,分别是遥控器、PC 上位机和小车.小车采用ESP8266 作为主控制器,向电机驱动模块提供控制信号,向显示模块提供显示信息,最后由电机驱动模块驱动电机；遥控器模块也使用ESP8266 作为主控制器,扩展了一个四通道的ADC 模块用来采集手柄摇杆模块的信息,同时本模块也带有显示模块；PC 上位机和ESP8266 通过TCP 进行通信,可以获取小车的运行状态,并可进行调试测试.小车的ESP8266 芯片作为整个系统的核心负责搭建服务器,产生电机驱动模块所需要的PWM 波形,且对遥控器和PC 上位机的信息进行处理并作出应答.小车ESP8266 接收到遥控器或者PC 上位机的信号,进行分析是控制信号还是获取信息的信号,控制信号对小车运动进行控制, 获取信息信号则从小车收集状态信息发回PC 或者遥控器.PC 自带显示,小车和遥控器都加了OLED 作为显示模块,实时动态更新显示.
三、运动控制算法及其实现
使用了纳英特减速电机作为小车驱动电机,而且是遥控形式,所以采用了PID 算法进行控制,控制点包含三种比较简单的PID 控制算法,增量式算法,位置式算法,微分先行.这三种PID 算法虽然简单,但各有特点,本次主要是使用其系统的动态过程加速,所以采用增量式算法,实现速度和遥控目标速度相差较大时加速度大,相差较小时加速度小.
四、各模块的实现
1.TCP 通信的搭建.ESP8266 支持完整的TCP/IP 协议,其SDK 中封装了关于TCP 搭建所需要的函数,使用这些函数搭建TCP 服务器.同时调用WIFI 接口设置ESP8266 发射一个无线热点,通过WIFI 接口和TCP 接口的组合搭建出TCP 服务器的SERVER 端,这个服务器主要用来接收遥控器的控制信.在接收到控制信号之后,调用运动控制算法计算PWM.2. 驱动模块与电机.驱动模块采用PWM 调速模块,通过输入不同占空比的PWM 波形调节减速电机的速度,模块采用50Hz 的频率,PWM 的调速范围0< 占空比<100%,0表示静止,100% 表示速度最大,驱动模块中设置了DIR 引脚用来控制电机的正反转.3. 遥控器模块.遥控器采用两个双轴按键摇杆搭建,一个给基准速度,另一个给偏转速度,其四路模拟输出ADS1115-16 位模数转换器模块接收,将数字信号送入遥控器的ESP8266 芯片,对应成相应的速度,基准速度是也是直行速度,偏转速度是转弯使用,例如基准速度为8,偏转速度为1（-1）,则实际速度左侧为7（9）右侧为9（7）,基准速度为0 时则在原地旋转.4. 显示模块.显示模块采用了OLED,模块的作用是显示实时的两路PWM的值以及遥控器和PC 上位机的连接状态,输入模式采用串行传输,通过SPI 总线协议将数据发送至OLED.SPI 是一种高速全双工同步的通信总线.共四线,分别是CS,A0,SCL和SDI.由于SPI 总线有主机和从机之分,所以在平台中,OLED 为从机而ESP8266 为主机.
五、对比STM32 主控的小车
对比而言,STM32 系列单片机有更多的开发实例,ESP8266 作为近几年刚出现的芯片还处在探索开发期,许多例程在不断地出现,而且芯片模块本身也在快速的发展变化；SP8266 作为超低成本WiFi SoC,在成本上占有巨大的优势,它有改变物联网产业结构的潜力；在小型的控制系统,完全可以直接使用该芯片作为主控实现各种功能,在复杂和大型的控制中,也可以使用其作为嵌入式设备接入物联网的接口.
参 考 文 献
[1] 范兴隆.ESP8266 在智能家居监控系统中的应用[J] . 新器件新技术2016,(9):52-56
[2] 邱宏斌. 一种基于ESP8266 模块的物联网设计思路[J] . ELECTRONICS WORLD2017,(9):157
[3] 陶明超,何璐璐,侯佩臣,等．基于LabVIEW 的显微镜自动控制设计[ Ｊ ]．计算机测量与控制,2016,24（1）：102 － 104．
物联网论文参考资料：
上文点评,这篇文章为关于对不知道怎么写遥控车和智能遥控车和ESP8266论文范文课题研究的大学硕士、物联网本科毕业论文物联网论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料。
