基于android的教育机器人平台设计项目论证报告(编辑修改稿)

基于android的教育机器人平台设计项目论证报告(编辑修改稿)内容摘要：

重力感应界面： 12 超声波蔽障界面： 设置界面： 13 （ 3） 通信模块设计： Android 支持 JDK 自身的 TCP 和 UDP 编程 API，由于 TCP/IP 通信协议是一种可靠的网络协议，它在通信的两端各建立一个 Socket，从而在通信的两端之间形成网络虚拟链路。 一旦建立连接，两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信。 JAVA 对基于 TCP协议的网络通信提供了良好的封装， Java 使用 Socket对象来代表两端的通信接口，并通过 Socket 产生 Ｉ /O 流来进行网络通信。 所以此处我们采用的基于 TCP 的网络通信方式，让我 们的数据包稳定准确的传输。 客户端通常使用 Socket 的构造器来连接到指定的服务器， Socket 有两种构造器： Socket（ IAddress/String remoteAddress， int port） ：没有指定本地地址，本地端口，默认使用本地主机的默认 IP 地址。 Socket（ IAddress /String remoteAddress,int port,IAddress localAddr,int localPort） ：指定了本地 IP地址和端口号适用于本地主机有多个 IP地址的情况。 所以我们使用第一种来构造 Socket： Scoket s= new Socket(“”,xxxx)。 当客户端和服务器产生了对应的 Socket 后，程序就无需区分服务器和客户端了。 我们可以通过 InputStream getInputStream()。 来返回 Socket 对象对应的输入流，让程序通过该输入流从 Socket 中取出数据。 通过 OutputStream getOutputStream()。 返回 Socket 对象对应的输出流，让程序输出流向 Socket 中输出数据。 Wifi 模块采 用的是 wifi 转 232 串口的 WF3002，所以我们不用关心 wifi 是 14 如何转串口的，我们只需要设置模块的 IP 地址和端口号，把它当做主机，这样就可以通过 Socket 来通信了。 传输格式： 我们打算在传输内容的头部加上标志，比如如果传输的是功能选择信息，那么就在信息的首部加上功能选择标志，同理，如果收到的消息不符合我们的规则，那么这条消息就可能是错误的，我们选择重新发送。 如果 2次以上还是原样就忽略此消息。 加入多线程： 由于小车与手机之间的数据交换是很频繁的，即服务器与客户端之间的数据交换是一直存在的，而传统的 BufferedReader 的 readLine（）方法读取数据时，该方法成功返回之前，线程会被阻塞，程序无法继续执行，所以我们应该为系统单独启动一条线程，专门负责读取服务器数据。 所以客户端应该包含两条线程，一条负责生成主 界面 并响应用户动作，并将用户输入的数据写入 Socket对应的输出流中，另一条负责读取 Socket 对应输入流中的数据并将数据显示在程序界面上。 （ 4） 重力感应模块设计： Androd 系统提供了对传感器的支持，如果手机设备硬件提供了这些传感器，安卓应用可以通过传感器来获取设备的外界条件，包括 手机设备的运行状态，当前摆放方向，外界的磁场，温度和压力等。 安卓系统提供了驱动程序去管理这些传感器硬件，当传感器硬件感知到外部环境发生改变时，安卓系统负责管理这些传感器数据。 重力感应即是应用的手机的加速度传感器，通过手机 3个方向的加速度的不同实现重力感应的效果。 15 图 8 如图 x、 y、 z 3个方向， 以屏幕的左下方为原点，箭头指向的方向为正。 从 10到 10，以浮点数为等级单位： 手机屏幕向上（ z轴朝天）水平放置的时侯，（ x， y， z）的值分别为（ 0， 0，10）； 手机屏幕向下（ z轴朝地）水平放置的时侯，（ x， y， z）的值分别为（ 0， 0，10）； 手机屏幕向左侧放（ x轴朝天）的时候，（ x， y， z）的值分别为（ 10， 0， 0）； 手机竖直（ y轴朝天）向上的时候，（ x， y， z）的值分别为（ 0， 10， 0）； 通过这样的规则就可以很方便的编程实现重力感应了。 超声波模块设计： 超声波模块主要功能在单片机上编程实现，所以我这里只是发送一个命令信息来启动超声波模式。 语音识别模块设计：（暂未实现） 16 硬件平台设计 硬件 结构框图 锂 电 池 供 电电 机 模 块L C D 显 示 模 块外 围 传 感 器W I F I 模 块主 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电 压转 化模 块 电路电源 电源模块为系统其他各个模块提供所需要的电源，可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 采用 2200mah 30C 型号的锂充电电池直接对电机进行供电， LM2576 系列是美国国家半导体公司生产的 3A 电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器 (52kHz)和基准稳压 ()，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路 ,故选用 LM2576将电压转换成 5V供， LM1117是一个低压差电压 调节器系列， LM1117 提供电流限制和热保护，选用 LM1117组成稳压电路，将电压转换成 ，向单片机供电。 由于电路需要用到 AD 转换，故将数字地与模拟地区分开来，使电路更加稳定。 超声波避障 超声波传感器是一款通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。 本次设计采用四路超声波传感器，减小机器人行驶过程中的盲区，增加活动的灵活度与准确性。 温湿度传感器和烟雾传感器 空气温湿度传感器用来测量空气中的温度和适度，广泛应用于农业、林业、气象、环境控制等行业以 及温室大棚、气候室、仓储等场所。 本烟雾传感器就 17 是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的， 烟雾报警器 内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种 消防报警系统 中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器，本电路中设计了温湿度传感器和烟雾传感器模块，可以实时检测周 围环境，并在危害产生之前进行报警。 电机驱动 电路 设计中采用的是 L298 驱动电路，此驱动电路的外围电路相对简单， L298采用的是 H 桥驱动电路， L298 内置两个 H桥，每个桥提供 1A的额定工作电流和最大 3A 的峰值电流，但其最大的不足是需要外接泄放二极管，对电路的连接产生了一定的影响。 LMD18200 是美国国家半导体公司推出的专用于直流电动机驱动的 H 桥组件，同一芯片上集成有 CMOS 控制电路和 DMOS 功率器件。 此种芯片瞬间驱动电流可达 6A，正常工作电流可达 3A，具有很强的驱动能力，而且此种芯片内部还具有 过流保护的测量电路，可实现电路的过流保护功能。 但由于其价格昂贵，过流保护可通过外围电路及单片机内部编程实现，故选用L298 驱动电路。 模块 该机器人是通过 wifi 进行控制，设计采用无线数传设备 WIFI 转串口模块Wifi 串口服务器 RS232WIFI，该模块采用 DB9 接口，模仿电脑 9 针串口，支持 1200～ 115200bps 范围内的波特率，支持。 扩展 模块 考虑到日后可能需要为机器人增加功能，故把主控芯片未用到的引脚连出来待用，从而方便机器人的改 造升级。 扩材料选择 ① 小车底盘：亚克力板由甲基烯酸甲酯单体（ MMA）聚合而成，即 聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA）板材有机玻璃，是一种经过特殊工艺加工的 有机玻璃。 同时亚克力板具有极佳的耐候性，较高的表面硬度和表面光泽以及较好的耐高温性能。 PC板有亚克力板同样的性能，但由于亚克力板更容易加工，透光性更好， 18 做小车底盘方便美观，故选用亚克力板。 设计采用 3mm 厚的亚克力板，市场上销售的亚克力板价格一般为 3mm*200mm*300mm 8 元， 5mm*200mm*300mm 12元。 采用 3mm 厚的亚克力板不仅价格便宜而且利于切割，方便日后的加工改造。 ② 电机的选择：小车底盘采用两层，每层长为 250mm，宽为 100mm，约重3mm*****2=，再加上电池的重量 303g 以及其它器件的重量，小车约重 750g 左右，选用直径 65mm 的常用车轮，车轮与地面的滑动摩擦系数约为 ，同时，电机的额定功率一般要大于负载功率的 ～ 倍，结合电机的参数即可计算出功率、转速等（ P=F*V。 V=W*R。 P=F*R*W=T*W）。 19 4 经费预算 及人员安排 经费 预算 组别 原件名称 单价（元） 数量 总价 硬件 减速电机 2 180 超声波传感器 6 温湿度传感器 2 烟雾传感器 2 WIFI 模块 209 1 209 车轮 10 2 20 万向轮 5 1 5 亚克力板 8 4 32 STM32F103VET6 25 1 25 钮扣电池 3 1 3 纽扣电池插座 1 1 1 串口母头 1 1 1 MAX232 1 1 1 PCB开板 160 1 160 锂电池 135 1 135 铜柱 20 2 TLP5214 5 2 10 LCD12864 35 1 35 LM1117 2 2 4 LM2576 2 2 4 L298N 9 1 9 软件 《疯狂安卓讲义》 1 《 STM32开发指南》 1 人员 安排 组员 负责任务 王栋 安卓软件部分 何谦 单片机软件部分 李东 小车结构和电路设计 张露 文档处理 20 进度 安排 时间 计划 任务 7 月初到 7 月中旬 完成对小车整体设计方案的确立 7 月中旬到 7 月底 分模块设计完成理论的论证 8 月中旬到 8 月底 购买器 件，制作 pcb 电路板和小车结构，完善并优化软件 8 月底到 9 月初 完成小车的制作 21 5 总结 我们认为此项目的独特创新之处在于小车的控制是通过手机来实现，而不是遥控手柄或电脑，从而使得使用。