四足两轮小车二合一遥控机器人 · Arduino项目教程

第一个版本，用了上网本做机器人主机，通过其它终端遥控。实现其它确实很简单，还能独立完成一些复杂任务。但是遥控的角度上还是有些很多弊端，比如视频和控制都有明显延时，psp容易，上网本耗电过多，如果选择从机器人的电池获得供电，一次充满玩不了多久就没电了。基于上述情况，决定把遥控改了。
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第一版：
材料清单：
2020铝型材若干
32路舵机控制板一块
Arduino uno控制板一块
上网本一台
11个180度舵机
2个360度舵机（当直流电机用）
舵机支架若干
usb摄像头一个配红外镜头
4个红外led灯
12V锂电池一块同时为上网本和控制板供电

搭好的机器人：
四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图1

模式切换的测试视频：

wifi遥控（带视频传输）是可以用可烧写的无线路由器实现的，例如TP Link703N，也可以在网上买已经烧写好openwrt的。
手上没有这类路由器，偷个懒就用5年前的上网本来实现好了。上网本和uno利用串口通信，上网本上的程序用c语言编写。可轻松实现键盘事件。这样偷懒有个好处，可以利用移动设备直接对上网本遥控，从而控制机器人，比如使用windowsphone上的应用pcremote。也可以利用其他计算机对机器人实现远程遥控。简单的桌面托管（例如qq）就可以了，当然也可以自己编写。另外还可以用c语言和opencv实现视频识别等，让机器人独立完成一些任务。

手上有台闲置已久的psp。这里就是用psp disp来完成遥控，带视频流。

关于C语言的按键反应和串口通信，简单做下介绍。
这里以clr项目为例，示例代码如下，非常简单

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"


using namespace System;
using namespace System::IO::Ports;


int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::WriteLine(L"Serial test");

SerialPort^ arduino;
arduino = gcnew SerialPort("COM3",9600);
arduino->Open();


int i=1;
while(1){
if(i%2==1)
arduino->WriteLine("H");
else
arduino->WriteLine("L");

Sleep(1000); //延时1秒，其头文件为window.h
i=i+1;
}


return 0;
}

前面提到过opencv。为了以后的任务，如视频识别等，决定直接使用opencv。对于这里的遥控任务而言，可以直接打开usb摄像头，而且自带了键盘事件函数。示例代码如下
#include "stdafx.h"
#include <opencv2/opencv.hpp> // opencv库函数


using namespace System;
using namespace System::IO::Ports;
using namespace cv;


int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::WriteLine(L"Serial test");


cvNamedWindow( "window1", CV_WINDOW_AUTOSIZE); 


SerialPort^ arduino;
arduino = gcnew SerialPort("COM3",9600);
arduino->Open();


int i=1;
while(1)
{
char c = waitKey(1000); //延时1秒，等待键盘事件，返回键值
switch(c)
{
case 'h':
arduino->WriteLine("H");
break;
case 'l':
arduino->WriteLine("L");
}
}

cvDestroyWindow("window1"); // 销毁窗口
return 0;
}
复制代码

要使用opencv的函数，需要对项目做一些配置，可以参考中国官网上的安装教程。另外需要注意的是
waitKey()函数只有在打开了一个cv窗口的情况下有效。所以在主函数里第二行添加了语句：
cvNamedWindow( "window1", CV_WINDOW_AUTOSIZE); //创建一个cv窗口
再放几张界面的图片和截屏
四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图11

两个四足模式的视频

局域网遥控

完整的c语言程序代码可以在附件下载

第二版：
还是继续要视频传输，和wifi遥控。这次用一个刷了openwrt的路由代替上网本，今后图像处理等任务可以交由上位机完成。因为不需要负载上网本，对机器人的结构做了些改动。

四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图15

我选择了一个mini无线路由器。拆开壳改装的时候才发现主板和tp link 703n是一样的。然后就是把板子上的tp_in和tp_out接出两根线用于和arduino串口通信。供电不用miniusb口，还要跳出两根电源线，电源线负极也是串口通信的共地线。为了扩大点wifi信号范围，放弃了原有的wifi贴片天线，连接了一个外接天线。
四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图16

硬件全部改造完成了，然后就是漫长的刷机过程。不多说了，网上资料教程多的是。嫌麻烦也可以从网上直接买个烧写好的路由器。连上摄像头和arduino就可以测试了。目前测试用的是网上的上位机软件（计算机和手机）。这些软件支持按键自定义，还不错，下位机部分就可以完全保持不变了。pc端上位机软件，过于花哨了，有的功能不需要的也放在上面。android端自定义功能不算太全面。
四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图14

着手自己编写程序。等程序完成后再跟大家分享。最后还是要回归到psp控制，psp程序现在也只能自己编写了。程序的编写难点有两个，一个视频传输，另一个是数据的传输。

C++和opencv方案
前面说了，之后图像处理的任务会交给上位机。第一版中，控制端的计算机就是用的C++搭opencv的方案。所以继续沿用该方案设计pc端程序。建立一个C++ console项目，添加相关opencv库的添加和路劲配置，可以参考网上的资料。
如果按照网上的资料进行路由器烧写，那么视频流的地址为 http://192.168.1.1:8080/?action=stream
路由器成功烧写openwrt的话，可以用firefox浏览器在改地址下成功打开摄像头。opencv里的VideoCapture是可以利用ip地址打开网络摄像头的
如果直接使用视频流的地址是打不开的，因为VideoCapture的参数需要一个文件拓展名，所以在使用的时候给它加上一个虚拟变量。烧写了openwrt的路由器传输的视频流是mjpg。我们新的视频流地址就是
http://192.168.1.1:8080/?action=stream&type=.mjpg
现在来看这部分的完整代码，轻松打开摄像头。

#include "stdafx.h"
#include "opencv2/opencv.hpp"
#include "highgui.h"
#include "iostream"

using namespace System;
using namespace cv;
using namespace std;

int main(array<System::String ^> ^args)
{
    Console::WriteLine(L"Hello World");
        
        cvNamedWindow( "camera", CV_WINDOW_AUTOSIZE); 
        cvMoveWindow("camera",0,0);
        
        const string cameraAddress = "http://192.168.1.1:8080/?action=stream&type=.mjpg"; //带虚拟参数的视频流ip地址


        VideoCapture vcap;
        Mat frame;


        if(! vcap.open(cameraAddress))
        {
                Console::WriteLine(L"ERROR");
                return -1;
        }

        while(1)
        {
                char c = cvWaitKey(10);

                vcap.read(frame);
                imshow("camera",frame);

                if(c==27)
                        break;
        }

        cvDestroyWindow("camera");
    return 0;
}
复制代码

控制部分。按照网上的资料给路由器烧写openwrt后，控制地址为 http:\\192.168.1.1
端口号为：2001路由默认的通信波特率为9600
控制的实现使用C/C++的Network编程。首先需要添加头文件 System.dll
然后添加下面的命名空间

using namespace System;
using namespace Sytem::Net;
using namespace Sytem::Net::Sockets;
复制代码

定义一个IPAddress类对象来解析控制地址。

System::String^ controlip = "192.168.1.1";   // 不能包含 http:\\
复制代码

定义一个IPEndPoint类对象，建立控制地址的端点。

System::String^ port = "2001";
复制代码

最后定义一个Socket类对象，用Socket类的函数完成建立连接，数据发送和接收。

Socket^ c = gcnew Socket(ipe->AddressFamily,SocketType::Stream,ProtocolType::Tcp);
复制代码

其中scode和rcode的类型是字节数组，scode是要发送的数据，rcode用于保存要接收的数据

array<Byte>^ scode = Encoding::UTF8->GetBytes("arduino");  //arduino是要发送的数据，转换为Byte数组，保存到scod
复制代码

用下面的Arduino代码来测试路由器的串口控制。

int led = 13;

void setup(){
  pinMode(led,OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop(){
  char c;
  
  if(Serial.available())
  c = Serial.read();
  
  if(c == 49)
  digitalWrite(led,HIGH);
  else
  digitalWrite(le,LOW);
}
复制代码

下面是包含摄像头打开和发送测试数据的代码。

#include "stdafx.h"
#include "opencv2/opencv.hpp"
#include "highgui.h"
#include "iostream"

#using <System.dll>

using namespace System;
using namespace System::Net;
using namespace System::Net::Sockets;
using namespace System::Text;
using namespace cv;
using namespace std;

int main(array<System::String ^> ^args)
{
    Console::WriteLine(L"Hello World");
        
        cvNamedWindow( "camera", CV_WINDOW_AUTOSIZE); 
        cvMoveWindow("camera",0,0);
        
        const string cameraAddress = "http://192.168.1.1:8080/?action=stream&type=.mjpg";
        System::String^ controlip = "192.168.1.1";
        System::String^ port = "2001";

        VideoCapture vcap;
        Mat frame;

        if(! vcap.open(cameraAddress))
        {
                Console::WriteLine(L"ERROR");
                return -1;
        }

        IPAddress^ ips = IPAddress::Parse(controlip);
        IPEndPoint^ ipe = gcnew IPEndPoint(ips,Convert::ToInt32(port));
        Socket^ c= gcnew Socket(ipe->AddressFamily,SocketType::Stream,ProtocolType::Tcp);

        c->Connect(ipe);
        array<Byte>^ scode = Encoding::UTF8->GetBytes("1");
        array<Byte>^ rcode = gcnew array<Byte>(256);

        while(c->Connected)
        {
                scode = Encoding::UTF8->GetBytes("0");
                c->Send(scode,scode->Length,SocketFlags::None);

                //c->Receive(rcode,c->Available,SocketFlags::None);

                char k = cvWaitKey(10);

                vcap.read(frame);
                imshow("camera",frame);

                scode = Encoding::UTF8->GetBytes("1");
                c->Send(scode,scode->Length,SocketFlags::None);

                if(k==27)
                        break;
        }

        cvDestroyWindow("camera");
        c->Close();
    return 0;
}
复制代码

最后可以看到Arduino控制板上的led等L在闪烁。现在来控制机器人。Arduino的代码完全不需要改动。把第一版的c++代码移植到上面的代码里就完成了。完整的代码可以从下面附件下。C++程序运行截图
四足两轮小车二合一遥控机器人（第二版完工，可下代码）图19

安卓控制端的代码也完成了。相比之下，代码简单得多，就不多解释了。大家可以直接下载源码。稍微说明下，如果以我的安卓代码继续做的话，注意我用了自定义的SurfaceView类，其次Manifest文件里要添加以下代码，这是网络通信协议

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" >
    </uses-permission>
    <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" >
    </uses-permission>
    <uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_NETWORK_STATE" >
    </uses-permission>
复制代码

安卓控制界面照片