基于STM32的嵌入式无线遥控系统的设计与实现

基于STM32的嵌入式无线遥控系统的设计与实现作者：关键词：远程遥控，STM32，WIFI，嵌入式系统摘要：随着无线局域网技术的快速发展，无线终端已融入我们的生活，无论是智能手机还是笔记本，WiFi功能是必不可少。在智能化背景下的21世纪，许多“基于物联网技术”的产品已经悄悄进入生活中，众多基于ARM（AcornRISCMachine）内核以及其他内核技术的产生，极大的扩充了智能控制领域。本次设计，设计完成了一个主体采用STM32（由意法半导体集团开发设计）开发板以及ATK-RM04-WIFI（高性能UART-ETH-WIFI模块）通信模块，利用控制端PC机或者手机，通过WIFI远程操控设备，实现一个对象对多个对象的控制系统,其成本低廉。通过pc机/手机客户端向stm32发送特定指令让与stm32连接的步进电机以指定速度转动指定角度。本设计的程序非常精简，操作起来简便易行。0.1设计背景在智能化背景下的21世纪，物联网技术已经开始成为着重研究的技术。物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用。0.2设计概述本设计是针对物联网中远程遥控方面进行研究，实施之初，通过调研市场，了解了市场上某些同类产品的优劣势，希望通过比对，了解各产品，并对其某些不足方面进行深化和改进。经过市场调研，了解到众多现有产品有非常明显的缺陷，只能单对单的控制，不能实现一个遥控器实现多个开关的控制,有部分能够实现多对多控制的，但相对的，成本非常高。本设计鉴于以上市面上遥控产品的缺陷，进行改进。主体采用S0TM32开发板以及ATK-RM04-WIFI通信模块，利用控制端PC机或者手机，通过WIFI远程操控设备，实现一个对象对多个对象的控制。0.3设计目的及其应用通过对于市面上遥控产品的缺陷，进行改进，本文实现了用WIFI技术远程操控多个电机的控制。通过控制端PC机或者手机，通过WIFI远程操控设备，实现一个对象对多个对象的控制。1设计采用的原理及知识规划整个设计，整个设计大体采用如下方面知识。1.1Stm32开发板方面1.单步∕全速运行、设置断点和观察变量∕寄存器等方法调试嵌入式应用程序的知识。2.通用数字输入输出（GPIO）和系统定时器（SysTick）的软件开发方法。3.发光二极管（LED）和按键（PushButton）的驱动原理。4.常用的延时（Delay）的实现。5.中断控制器（NVIC）的内部结构和工作原理。1.2步进电机方面四相八拍步进电机运作模式。四相步进电机有两种运行方式，一、四相四拍；二、四相八拍。1.3ATK-RM04WIFI模块方面1.串行通信的原理，通用同步串行收发器（USART）的软件开发方法。通用同步/异步串行接收/发送器，USART是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。2.与STM32开发板对接方面知识。3.无线网卡STA模式方面知识。1.4网络方面原理及知识网络通信协议-TCP/IPTCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）是目前最常用的一种通信协议。TCP/IP具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有服务器和工作站。在使用TCP/IP协议时需要进行复杂的设置，每个结点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”、一个“主机名”，在WindowsNT中提供了一个被称为动态主机配置协议（DHCP）的工具，它可以自动为客户机分配连入网络时所需的信息，从而减轻了连网工作的负担，并避免了出错。DHCP所拥有的功能必须要有DHCP服务器才能实现。另外，同IPX/SPX及其兼容协议一样，TCP/IP也是一种可路由的协议。2方案规划2.1三大部分的组件经过初步设计规划，把整个设计划分成三部分，即控制端、路由端和被控端。2.1.1.控制端控制端一.PC机连接到架设的无线路由器，寻呼到STM32上的WIFI的IP，利用网络连接助手向stm32发送指令和接收stm32发送的信息。，控制端二.手机采用安卓版本网络调试助手，连接到架设的无线路由器，寻呼到STM32上的WIFI的IP，向stm32发送指令和接收stm32发送的信息。2.1.2.路由端架设无线网络，用于连接控制端和被控端，分配IP给组件，形成路由网络。包含一个路由器：ModelNo.TL-WR541G/TL-WR542G。2.1.3.被控端STM32通过WIFI模块连接到架设的无线路由器，接收PC机/手机客户端发送过来的指令并作出对电机的控制。组件分别是STM32开发板，ATK-RM04WIFI模块，步进电机及驱动模块。2.3开发环境选择本设计采用的软件大体上有：KEILMDK、网络调试助手、C语言。其中KEILMDK为基于C的嵌入式软件编程平台，编程语言为C。网络调试助手主要用于进行网络调试以及对STM32的远程遥控，有PC版本和安卓版本2款。3.1硬件实现硬件实现方面包括嵌入式处理器STM32资源规划，即嵌入式处理器与ATK-RM04WIFI通信模块的布线，与步进电机控制单位ULN2003接线板的布线。3.1.2嵌入式处理器与外设具体连接连线图1.ATM-RM04与STM32连接图：STM32的PA9连接ATK-RM04的RxD（关系到编程实现）STM32的PA10连接ATK-RM04的TxD（关系到编程实现）图3.1ATM-RM04与STM32连接图2.ULN2003驱动模块与STM32以及步进电机连接图STM32的PA4到PA7连接ULN2003的1B到4B（关系到编程实现）图3.2ULN2003驱动模块与STM32以及步进电机连接图3.发光二极管（LED）与嵌入式微控制器（STM32）的接口电路LED闪烁30秒，用作提示STM32与ATK-RM04模块正在初始化，初始化成功后，会熄灭。3.2软件实现3.2.1程序流程图图3.4程序流程图如图main函数主要进行控制指令的接收，而且是通过中断程序接收的，这样可以腾出更多的处理器资源，中断函数则是一直进行接收操作的，不间断，一旦收到指令，就跳转反馈给main函数。4.1.1恢复出厂设置为了确保正确连接进入WIFI网络，首先要确保模块是出厂设置，如果不确定是不是出厂设置，可以先恢复出厂设置。具体方法：先上电，等待模块启动成功（35秒左右），然后长按（6秒左右）ES/RST或WPS/RST按钮来让模块恢复出厂设置。恢复出厂设置成功的标志：可以看到WAN和WIFI两个指示灯同时亮起，大概1秒后，同时灭掉，表明模块恢复出厂模式成功。4.1.2等待STM32中程序烧录入WIFI模块当开启设备之后，整个设备会先进入35秒左右的系统设置时间，把整个网络架构程序烧录进入WIFI模块，红灯会闪烁直到整个烧录过程结束，此时，STM32模块以及ATK-RM04模块已经设置完毕。4.2手机端通过WIFI连接STM32设备同电脑端一样，重新配置设备之后，用用手机进行连接操作，将手机WIFI打开，连接进入指定WIFI网络。接着打开安卓手机控制客户端-网络调试助手-按照TCP客户端模式-增加连接-192.168.1.121-网关192.168.1.111-子网掩码255.255.255.0操作完毕即可连入。整个远程遥控过程中，手机端与电脑端遥控结果相同，故不再赘述。操作设备只要具备网络调试功能，能够连接进入WIFI网络，均可远程遥控设备，可以实现多个设备遥控一个被控端，或者通过此技术实现多个设备遥控多个被控端，只要合理的设置网络，IP分配等不冲突。5产品开发小结5.1产品的特色和创新本产品能够实现通过pc机/手机客户端向stm32发送特定指令让与stm32连接的步进电机以指定速度转动指定角度。程序非常精简，操作起来方便，有利于用户的学习和使用。5.2产品存在问题技术上，暂时只能实现一些简单的控制，如控制小灯的熄灭和点亮，设备之间不能显示通信的具体信息，没有更加具体的输出设备，如LED显示屏。实用性上，由于功能较少，暂时还不能满足正常的生活、生产需求。参考文献[1]李祁,范源远,韩秋枫.基于μC/OS-II的LED控制在STM32上的实现[J].计算机系统应用,2014,04:209-213.[2]曹彬乾,程远增,杨青.基于STM32+FPGA的数据采集系统的设计[J].计算机工程与设计,2014,04:1231-1235.[3]陶杰,王欣.基于STM32F407和OV7670的低端视频监控系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2014,03:60-63.[4]苑恒,徐军明,胡晓萍.基于STM32的高精度三电极测试电路研究[J].机电工程,2014,02:186-190.[5]艾海波,魏晋宏,邱权,郑文刚.基于STM32的微型植物工厂温湿度监测系统设计[J].农机化研究,2014,05:141-144+150.[6]李德利,陈琳英,刘路路,杨大洋,张棚.基于STM32的FFP-TF法FBG传感系统设计[J].山西电子技术,2014,01:12-14.[7]梁军龙.基于STM32F407的永磁同步电机伺服控制器设计[J].山西电子技术,2014,01:28-30.[8]秦臻,张伟,赵景波.基于STM32的内锥式流量计设计[J].河北农业大学学报,2014,01:110-113.[9]施雨农,叶春生.基于STM32与MCX314的双核四轴运动控制器[J].计算机与数字工程,2014,03:517-520+530.[10]王海民,王宏志.STM32以太网控制系统[J].长春工业大学学报(自然科学版),2014,01:60-65.[11]夏云成,孙宁,肖广兵.基于STM32处理器的网络化生化分析仪的设计[J].中国医疗设备,2014,01:21-25.[12]徐大诏,李正明,刘军.基于STM32的便携式矿用多气体检测仪的设计[J].仪表技术与传感器,2014,03:14-16+44.[13]赵瑾,叶晓剑,吴叶兰,廉小亲,段振刚.基于STM32的红外分光测油仪的设计[J].仪表技术与传感器,2014,03:26-28+31.[14]曹毅成,梁英,胡鸿志,郭庆,许睿.基于STM32等精度测频的光信号检测装置设计与验证[J].微型机与应用,2014,01:31-33+37.[15]袁开鸿,魏丽君,唐冬梅.基于STM32平台的CAN总线车载式漏电流数字传感器[J].传感器与微系统,2014,03:118-120+124.[16]易映萍,段丙勇,黄松,姚梦琪.基于STM32的可视化控制系统的设计[J].信息技术,2014,02:1-4+9.[17]许松南.基于STM32和CAN总线的双通道正弦信号发生器设计[J].计算机测量与控制,2014,02:627-629.[18]DesignofintelligentstreetlightmonitoringsystembasedonSTM32MeihuaXu;YujieZhang;GuoqinWangElectrical&ElectronicsEngineering(EEESYM),2012IEEESymposiumonDigitalObjectIdentifier:10.1109/EEESym.2012.6258586PublicationYear:2012,Page(s):55-58.[19]DesignandrealizationoffamilyintelligentinteractiveterminalbasedonSTM32SizuHou;ShengmingWu;FengyingKong;XiaolingCui;XuanZhangFuzzySystemsandKnowledgeDiscovery(FSKD),20129thInternationa