3.3　功能及总体设计

本作品主要分为两部分进行设计：远程无线遥控部分和红外循迹部分。远程无线遥控部分主要是通过WiFi无线模块ESP8266连接手机热点，并与贝壳物联网进行连接，通过贝壳物联网，在手机或者计算机上进行机器人的远程遥控操作、获取对话数据；红外循迹部分主要是通过机器人自身进行检测、调节，通过机器人底部五个红外循迹模块进行检测，可以实时地调整路线，以达到更好的循迹功能。

3.3.1　功能介绍

远程遥控功能使用贝壳物联网中的智能设备对接，通过设备窗口将机器人与操作界面进行关联，操作界面中有执行（play）、停止（pause）、前进（up）、后退（down）、左转（left）、右转（right）等几个主要操作按钮。而红外循迹模块功能，通过安置在底部的红外循迹传感模块实现，最左边和最右边的传感器主要用来判断路口形状，包括╋字形路口、┳形路口、┫形路口、┓形路口、┣形路口、┏形路口和直行路口。左2和右2的传感器主要进行角度的调整，循迹功能整体遵守的原则是左手原则，即左行大于直行，直行大于右行，没有路径就掉头，最终到达终点。

3.3.2　总体设计

总体设计主要分为两个模块设计和小车框架设计。小车总体框架由1个小车身板、2个舵机、3个车轮组成；远程无线遥控模块主要用的是ESP8266，将它与Arduino UNO开发板进行连接；5个红外循迹模块成箭头形，安放在车身前沿；除此之外，还有Arduino UNO开发板和供电装置，为了方便起见，供电设备使用充电宝。

1．整体框架图

项目的整体框架如图3-1所示。

2．系统流程图

系统的流程如图3-2所示。

用黑色电工胶带贴好行走路线，开启手机热点。将Arduino UNO开发板与供电装置相接后，开启透传模式的ESP8266就会自动连接上手机热点，等待贝壳物联网上的账户上线之后，就可以通过控制按钮遥控小车机器人。如果没有控制信号，机器人就会停在原地。将机器人遥控到所贴的路线处，按下play按钮，机器人执行循迹功能，直至走到终点。在执行循迹功能的过程中，如果有其他控制信号输入，小车机器人将执行控制信号。

3．总电路图

系统的总电路如图3-3所示。电路图中主要的器件有Arduino UNO开发板、舵机、红外循迹模块TCRT5000、WiFi模块ESP8266、面包板和公母线，在Fritzing电路图中，以引脚相同的器件表示所用的元件。端口引脚连接说明如表3-1所示。

3.3.3　模块介绍

本项目主要包括以下三个模块：主程序模块、SD卡模块和输出处理模块。下面分别给出各部分的功能、元件、电路图和相关代码。

1．红外循迹模块

1）功能介绍

在接收到play信号之后，循迹功能开启，5个红外传感器开始工作。元器件包括2个舵机、5个红外循迹模块TCRT5000、Arduino UNO开发板。电路如图3-4所示。循迹模块的端口引脚连接说明如表3-2所示。实物连接如图3-5所示。

2）相关代码

需要说明，小车走迷宫原理有两个关键部分：一是小车需要正确辨别遇到的各种路口（╋字形路口、┳形路口等共8种情况）；二是在第一遍走迷宫时，要设计一个算法对不能到达迷宫的路线予以排除，并记录最优路径。

2．远程无线遥控模块

1）功能介绍

WiFi模块ESP8266主要用来和手机的热点相连，进而和贝壳物联网进行对接。元器件包括：WiFi无线模块ESP8266和Arduino UNO开发板。ESP8266的接线如图3-6所示。遥控模块端口的引脚连接说明如表3-3所示。

2）相关代码

3）ESP8266透传设置（手动设置）

该设置的硬件包括USB转TTL模块和ESP8266-01（固件版本v0.9以上）。软件包括网络串口调试助手v519和USB转TTL模块驱动。接线如表3-4所示。

串口调试工具使用及AT命令如图3-7所示。先确定USB转TTL连接的端口，再打开串口调试工具，设置如图3-7中的串口参数，进行确定。

AT命令输入界面如下，逐个输入命令，如图3-8所示。

设置WiFi应用模式为Station，依次输入以下命令（v0.9.5.2版）：

完成以上命令后重启，自动进入透传模式，并连接贝壳物联的服务器。在手机上下载贝壳物联的APP，界面如图3-9所示。

本节所使用的主要是智能对接模块，单击进入该模块，其界面如图3-10所示。

图3-10中的界面显示了搜索到的公开智能设备，我们的设备名为puzzle，由于没有打开，所以列表中未显示。查看设备就可进入设备详情界面，如图3-11所示。

本节主要使用的是遥控命令，目前显示在线状态，可使用，如图3-12所示。

图3-12是遥控命令界面，本节所使用的play、up、down、left、right、pause等操作按钮在这里都有显示。up为前进，down为后退，left为左拐，right为右拐，pause为暂停，play为启用循迹功能。

以上展示的都是在手机界面进行操作的，同时还可以在计算机上登录贝壳物联网，操控小车机器人。界面都是类似的。首先是进入公开智能设备列表，找到你的设备，如图3-13所示。之后进入设备信息界面，如图3-14所示。

单击“遥控”，进入图3-15所示的界面，待连接成功后，即可遥控小车机器人。