DIY機器人系列:工程師自制藍光呼吸WIFI機器人 - 全文

你是否在新聞中見過各式各樣的遙控機器人？它們上天入地，排爆偵查，幾乎無所不能。給再土氣不過的無線路由換個“頭腦”，裝上“手腳”，它就能忠實執行茫茫網海另一端的指令，為不能親身親臨的你拍下難得一見的場景。

首先需要解釋一下什么是“Shy ”：

“Shy ”是一個采用LINUX開源系統-Openwrt制作的WIFI機器人，它支持PC端,android端，web端的無線控制和無線視頻傳輸，apple端的視頻傳輸，甚至還可以當作你的電腦高清免驅動攝像頭使用。

技術上來說，它大致分為三個部分，首先是加載Openwrt系統的Liunx平臺，它連接攝像頭，并通過WIFI接收控制命令。然后此平臺通過串口連接單片機，再由單片機控制各種感應，驅動電路。你可以在手機上指揮它到處跑，然后拍下想要的照片。

值得注意的是，openwrt系統是開源的，我們可以在PC機上編譯自己的openwrt系統和自己的軟件，另外單片機的擴展應用成千上萬，因此這架機器人具有相當高的可玩性與非常廣泛的應用。

shy的原型來自于《star wars》中的R2D2。

機器人的主題是“呼吸”，緩慢變化的藍光使它們成為你臥室中最酷的裝置。

1???Linux平臺：線路連接與攝像頭驅動

1.1???準備硬件

首先要選擇能夠加載Openwrt平臺的硬件設備，其實能加載LINUX系統的設備非常常見，比如我們家庭用的路由器。

這里要注意的是路由器的選擇，首先，路由器要能夠加載openwrt系統，其次，要具有USB口以及TTL接口。

一般來講，我們選擇的型號是DB120或者RG100A-AA，我選擇的型號是RG100A-AA。

1.2???刷系統

得到路由器后，首先要做的事是給路由器換個系統，即通俗所說的“刷機”，關于網絡上RG100A-AA刷機的教程很多，這里不再贅述，不過需要補充的是，對于擁有單片機的愛好者，大可不必專門購買USB-TTL線，我們手中的單片機的開發板就可以為路由器與個人PC進行連接，下面給出開發板與路由器TTL線的連線圖，,路由器從左到右依次是：VCC ,GND ,TX ,RX,這里注意一定不要接VCC線。

我的系統是Openwrt backfire 10.03.1 RC6

測試單片機的開發板是否連接正確，可以通過PUTYY的串口連接方式進行連接，注意這里的波特率是：115200

COM口的選擇要查看個人PC中的設備管理器，以連接的為準。

1.3???設置局域網絡

刷完系統后，設置個人PC的網絡IP：192.168.1.X，以及子網掩碼255.255.255.0。這里的X是除1之外的任意，當然不能大于255

然后連接個人PC與路由的LAN3口，用PUTYY進行SHH連接，輸入用戶名ROOT ，以及密碼ADMIN ，設置以及連接正確后進入。

1.4???安裝攝像頭

設置IP的目的是為了上傳攝像頭的驅動文件，我采用的攝像頭是OV519芯片的SONY攝像頭，因此驅動文件為：

kmod-video-gspca-ov519_2.6.32.27-1_brcm63xx.ipk

運行winscp，將IPK包上傳到根目錄下，注意，這里要選擇SCP方式。

成功連接后。

winscp非常方便，拖拽文件即可，跟FTP方式完全一樣。

我的攝像頭。

上傳完畢后，運行PUTTY，進行安裝，安裝口令：opkg install xxx.ipk

安裝完畢后可以用dmesg命令進行查看是否安裝完成，或者直接在瀏覽器中輸入192.168.1.1以圖形化的方式進行查看。

安裝完驅動后，安裝MJPG-STREAMER，這是一個用于查看視頻IPK程序，可以直接在瀏覽器中查看攝像頭捕捉到的圖像，注意安裝完畢后要開啟服務，或者也可以設置為自自動，這里不再贅述。

這里我采用了網絡上研究智能機器人的前人Liuviking的程序來捕捉MJPG-STREAMER的圖像，運行此程序要先安裝，DOTNET3.5，運行后成功便如圖所示：

至此，攝像頭的安裝結束。

2???Linux平臺：安裝與串口調試

2.1???什么是ser2net.ipk軟件包

首先解釋一下什么是ser2net.ipk軟件包。

這是一個可以通過個人PC向路由的指定端口發送數據，然后路由原封不動的將數據發送到路由的TTL接口的程序。

當安裝完這個程序后，我們就可以通過編制的程序向路由的TTL口發送串行數據，意義在于：單片機就可以接受路由發送的串行數據進行各種控制。

2.2???安裝ser2net.ipk軟件包

下面簡略的講解如何在openwrt下進行軟件包ser2net.ipk的安裝

有兩種方法：

方法一是在路由已經聯結上互聯網的情況下，可以由網絡進行安裝。非常的方便，但我并未采用。

方法二是利用winscp連接上路由，上傳ser2net.ipk，然后運行putty，登陸路由執行

opkg update opkg install 軟件包地址

同昨日安裝ov519驅動。

安裝完畢ser2net后，需要進行一定的設置，在命令行界面下輸入

cd /

進入路由根目錄，再輸入

cd etc

進入ect 目錄后執行

vi ser2net.conf （當安裝成功后才會出現此設置文件）

找到

2001:raw:600:/dev/ttyS0:9600 NONE 1STOPBIT 8DATABITS XONXOFF LOCAL -RTSCTS

#2002:raw:600:/dev/ttyS1:9600 NONE 1STOPBIT 8DATABITS XONXOFF LOCAL -RTSCTS

注意，這里"#"代表的是屏蔽，我們修改的是非屏蔽語句，可以看到，上位機發送的端口是2001，這就是我們需要發送的端口號，波特率是9600，其它的略。

設置完畢后記得保存退出，然后這里要執行一次ser2net,以開啟服務。

一切設置妥當后，我們再次借用liuviking的程序進行串口通訊的測試，運行liuviking的程序，然后再運行“串口調試助手”，在程序中點擊發送串口數據，可以看到在“串口調試助手”，有正確的數據輸出，至此，Shy的串口連接部分設置完畢。

3???Linux平臺：openwrt系統中添加自啟動

添加自啟動項的目的是為了在SHY啟動的時候能夠自動啟動更多的服務，配合UCI命令。

在/etc/init.d里添加需要啟動的shell腳本，假設名字為my-plugin。接下來模仿該目錄下其他啟動腳本的格式，添加你的代碼。

[cpp] view plaincopyprint? 1. #!/bin/sh /etc/rc.common 2. # /init.d/my-plugin 3. START=50 #啟動順序 4. 5. start() { 6. #啟動項執行的代碼 7. } 8. 9. stop() { 10. killall my-plugin 11. }

之后還需要在rc.d目錄下做一個鏈接，啟動時系統會按順序啟動rc.d目錄下的腳本鏈接，對應執行init.d目錄下的啟動腳本。

鏈接命令如下：ln -s ../init.d/my-plugin /etc/rc.d/S50my-plugin

4???單片機模塊

4.1???構建STC11F02E最小系統

我們選用STC11F02E單片機作為SHY的控制芯片電路部分，關于STC11F02E的參數如下:

STC11F02E單片機為增強型的8051內核，具有2KB的片內Flash程序存儲器、2KB的EEPROM存儲器和256KB的片內SRAM數據存儲器。

這款單片機的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發器）模塊的最大特點就是通過配置特殊功能寄存器AUXR1中的第7位UART_P1的狀態可以使UART模塊的兩個引腳（RXD、TXD）接到P3端口的P3.0、P3.1引腳，或者接到P1端口的P1.6、P1.7引腳，從而可以充當兩個串口使用。

因為制作SHY需要的引腳并不是很多，所以我們只需要20引腳的單片機即可。這片STC11F02E

符合20引腳，小巧，作為增強型STC芯片，功耗小。

有兩個串口通訊接口，可一個用于下載，一個用于openwrt路由通訊。

從DATASHEET中得到STC11F02E 的芯片管腳圖

在這里，我們需要用到：

P1.7 作為串口的TX(transmit) 傳送接口

P1.6 作為串口的RX(Recive) 接收接口

P1.5 - P1.0 用于控制L298N驅動電路

P3.7 用于PWM控制LED燈

P3.6/RST 用于復位電路

XTAL2

XTAL1 用于11.0592MHZ晶振

RXD

TXD 用于在線下載線路

復位電路圖

RST保持兩個機器周期以上的高電平時自動復位

晶振，復位電路，VCC，GND，連接好后

至此，STC11F02E最小系統完成。

4.2???中斷方式接收串口數據

接收串口數據的目的是為了與openwrt路由完成通訊，STC11F02E要準確無誤的辨識出openwrt路由發過來的指令，編制測試程序如下：

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char Receive(void) { unsigned char dat; while(RI==0); //只要接收中斷標志位RI沒有被置“1” 當接收完畢時，中斷標志RI被置1 //等待，直至接收完畢（RI=1） RI=0; //為了接收下一幀數據，需將RI清0 dat=SBUF; //將接收緩沖器中的數據存于dat return dat; } void main (void) { SCON = 0x50; //REN=1允許串行接受狀態，串口工作模式2 TMOD|= 0x20; //定時器1工作方式2 TH1 = 0xFD; //baud /* 波特率9600、數據位8、停止位1。效驗位無 (11.0592M) TL1 = 0xFD; TR1 = 1; REN=1; while(1) { if(Receive() == 'W') P1=~P1; } }

以上程序有一個缺點是，并沒有使用串口中斷，其實在在這個程序上，用不用中斷處理程序對于單片機都是一樣的，因為使用的是一樣的開銷。但是，我們在前面提到過，完成Shy的一個目的是學習，所以我們要使用串口中斷完成這個程序的編制完成串口中斷的編寫，如下：

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void InitUART (void) { SCON = 0x50; TMOD|= 0x20; TH1 = 0xFD; TL1 = 0xFD; TR1 = 1; REN=1; ES=1; //允許串行口中斷 EA =1; //單片機中斷允許 } unsigned char Receive(void) { unsigned char dat; while(RI==0); RI=0; dat=SBUF; return dat; } void main (void) { InitUART(); while(1){} } void serial (void) interrupt 4 using 3 { if(Receive() == 'W') P1=~P1; }

可以看到，程序被精簡，并且模塊化，主函數中幾乎沒有代碼。經過測試，能夠正常使用。

在這里：

interrupt 0 指明是外部中斷0； interrupt 1 指明是定時器中斷0； interrupt 2 指明是外部中斷1； interrupt 3 指明是定時器中斷1； interrupt 4 指明是串行口中斷； using 0 是第0組寄存器； using 1 是第1組寄存器； using 2 是第2組寄存器； using 3 是第3組寄存器；

51單片機的中斷編號如下：

51單片機的中斷功能號如下：

幾個比較重要的概念如下：

EA、EX0、ET0、EX1、ET1、ES、ET2

中斷名稱、中斷號、入口地址

中斷允許控制寄存器（interrupt enable）

中斷優先級控制寄存器（interrupt priority）

SHY的中斷方式接收串口數據部分完畢。

4.3???PWM調光編程

正規的解釋如下：

脈沖寬度調制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。

脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

隨著電子技術的發展，出現了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化。可以通過調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。

可以看到，以上的解釋非常抽象。

在我的單片機開發板中，有PWM的示例程序，但不是以函數的形式，改寫為函數的形式如下：

unsigned int CYCLE=600,PWM_LOW=0;//PWM-定義周期并賦值 void PWM_LED (void) { LED0=1; Delay(60000); //特意加延時，可以看到熄滅的過程 for(PWM_LOW=1;PWM_LOW0;PWM_LOW--){ //與逐漸變亮相反的過程 LED0=0; Delay(PWM_LOW); LED0=1; Delay(CYCLE-PWM_LOW); } }