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摘 要：此嵌入式智能小车的组成主要包括ARM硬件体系下的控制系统、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路等。系统以嵌入式Linux微控制器为核心，通过红外探测电路传感器采集不同的信号做出判断，继而改变电机的运动方向和运动速度。实现小车的前进、后退、左转、右转、自动循迹和避障功能，摄像头舵机的水平和垂直方向上的转动。利用Qt Creator生成客户端工程，通过PC端的WiFi连接，控制智能小车的运动，同时小车上的摄像头可以将实时的画面传回来。
关键词：嵌入式Linux微控制器；自动循迹；避障；无线网络连接控制；Qt Creator
在当前的环境中，随着科技的进步，智能化车辆或者与智能化车辆相关的产品已经开始作为各式各样自动控制系统中的重要设备之一，这其中主要包括了物流配送或者交通运输等系统。而机器人在复杂地形中行进时自动循迹和避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统和自动循迹的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。 意义随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。小车可以通过传感器来获取当前道路状况，然后将传感器获取到的数据传输到处理器，处理器再结合小车当前的行驶状态，迅速地进行计算，对小车的行驶的方向和行车的速度进行快速的调整改变，进而对目标道路进行迅速准确的跟踪。
1 术语定义
server_video：C视频服务器（mjpeg图片）
client_video：QT视频客户端
通信协议：
client：发送“pic”
server：回复“XXXXlen”（xxxx代表图片的数据量，单位为字节）
client：根据接收到的数据量进行图片的循环接收，接收完毕，显示在客户端
小车IP：192.168.1.1
小車控制端端口：2001
小车视频端端口：8888
小车控制命令：
停止 FF 00 00 00 FF
前进 FF 00 01 00 FF
后退 FF 00 02 00 FF
左转 FF 00 03 00 FF
右转 FF 00 04 00 FF
可以参考如下格式保存命令
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x01，0x00，0xff}； //up
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x02，0x00，0xff}； //down
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x03，0x00，0xff}； //left
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x04，0x00，0xff}； //right
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x00，0x00，0xff}； //stop
波特率：9600 无校验 8位数据位 1位停止位
2 系统概述
编写能使小车运动和摄像等程序。用已有的小车模型，调试好WiFi模块和其硬件和软件，利用这样的方法来实现电脑端来通过路由器在无线传输的方式对小车进行控制，从而驱动WiFi小车的运动和摄影等一系列指令。
具体要求如下：
a）控制客户端数据发送给小车。
b）前进：四个车轮能够同时朝着前进的方向进行运动，保证速度一致；
c）后退：四个车轮能够同时朝着后退的方向进行运动，保证速度一致；
d）左转：左边的两个轮子静止，而右边的两个轮子前进
e）右转：右边的两个轮子静止，而左边的两个轮子前进
f）通过无线网对小车摄像头采集的信息来传送。
g）服务器图片的存储和链接客户端并将图片发送给客户端。
h）连续接受图片并且打印成连续照片显示。
3 总体设计
3.1 系统框架
3.2 结构体描述
部分一：
参数说明：参数类型为V4L2的能力描述类型struct v4l2_capability；
返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；函数执行成功后，struct v4l2_capability结构体变量中的返回当前视频设备所支持的功能：例如支持视频捕获功能V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE、V4L2_CAP_STREAMING等
Struct v4l2_capability
{
_u8 driver[16]；
_u8 card[32]；
_u8 bus_info[32]；
_u32 version；
_u32 capabilities；
_u32 reserved[4]；
}；
Capabilities 常用值；
V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE
部分二：
设置视频设备的视频数据格式，例如设置视频图像数据的长、宽，图像格式（JPEG、YUYV格式）；
参数说明；参数类型为V4L2的视频数据格式类型struct v4l2_format；
返回值说明：执行成功是，函数返回值为0； struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type；
union
{
struct v4l2_pix_format pix；
struct v4l2_window win；
struct v4l2_vbi_format vbi；
__u8 raw_data[200]；
} fmt；
}；
struct v4l2_pix_format{
_u32 width；
_u32 height；
_u32 pixelformat；
Enum v4l2 field field；
_u32 bytesperline；
_u32 sizeimage；
Enum v4l2 _colorspace colorspace；
_u32 priv；
}；
部分三：
功能：请求V4L2驱动分配视频缓冲区（申请V4L2视频驱动分配内存），V4L2是频频设备的驱动层，位于内核空间，所以通过VIDIOC_REQBBUFS控制命令字申请的内存位于内核空间，应用程序不能直接访问，需要通过调用mmap内存映射函数把内核空间内存映射到用户空间后，应用程序通过访问用户空间地址来访问内核空间。
参数说明：参数类型为V4L2的申请缓冲区数据结构体类型struct v4l2_requestbuffers；
返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；V4L2驱动层分配好了视频缓冲区。接下来可以为视频捕获分配内存：
struct v4l2_requestbuffers req；
if （ioctl（fd， VIDIOC_REQBUFS， &req） == -1） {
return -1；
}
v4l2_requestbuffers 結构如下：
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count；
enum v4l2_buf_type type； //V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory memory；//V4L2_MEMORY_MMAP 或V4L2_MEMORY_USERPTR
__u32 reserved[2]；
}；
部分四：
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：
typedef struct VideoBuffer {
void *start；
size_t length；
} VideoBuffer；
VideoBuffer* buffers = calloc（ req.count， sizeof（*buffers） ）；
struct v4l2_buffer buf；
for （numBufs = 0； numBufs < req.count； numBufs++） {
memset（ &buf， 0， sizeof（buf） ）；
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE；
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP；
buf.index = numBufs；
if （ioctl（fd， VIDIOC_QUERYBUF， &buf） == -1）
{
return -1；
}
buffers[numBufs].length = buf.length；
buffers[numBufs].start = mmap（NULL， buf.length， PROT_READ | PROT_WRITE，
MAP_SHARED，fd， buf.m.offset）；
if （buffers[numBufs].start == MAP_FAILED） {
return -1；
}
if （ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1；
}
}
部分五：
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令，VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
struct v4l2_buffer buf；
memset（&buf，0，sizeof（buf））；
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE；
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP；
buf.index=0；
关键词：嵌入式Linux微控制器；自动循迹；避障；无线网络连接控制；Qt Creator
在当前的环境中，随着科技的进步，智能化车辆或者与智能化车辆相关的产品已经开始作为各式各样自动控制系统中的重要设备之一，这其中主要包括了物流配送或者交通运输等系统。而机器人在复杂地形中行进时自动循迹和避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统和自动循迹的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。 意义随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。小车可以通过传感器来获取当前道路状况，然后将传感器获取到的数据传输到处理器，处理器再结合小车当前的行驶状态，迅速地进行计算，对小车的行驶的方向和行车的速度进行快速的调整改变，进而对目标道路进行迅速准确的跟踪。
1 术语定义
server_video：C视频服务器（mjpeg图片）
client_video：QT视频客户端
通信协议：
client：发送“pic”
server：回复“XXXXlen”（xxxx代表图片的数据量，单位为字节）
client：根据接收到的数据量进行图片的循环接收，接收完毕，显示在客户端
小车IP：192.168.1.1
小車控制端端口：2001
小车视频端端口：8888
小车控制命令：
停止 FF 00 00 00 FF
前进 FF 00 01 00 FF
后退 FF 00 02 00 FF
左转 FF 00 03 00 FF
右转 FF 00 04 00 FF
可以参考如下格式保存命令
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x01，0x00，0xff}； //up
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x02，0x00，0xff}； //down
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x03，0x00，0xff}； //left
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x04，0x00，0xff}； //right
static unsigned char cmd[5] = {0xff，0x00，0x00，0x00，0xff}； //stop
波特率：9600 无校验 8位数据位 1位停止位
2 系统概述
编写能使小车运动和摄像等程序。用已有的小车模型，调试好WiFi模块和其硬件和软件，利用这样的方法来实现电脑端来通过路由器在无线传输的方式对小车进行控制，从而驱动WiFi小车的运动和摄影等一系列指令。
具体要求如下：
a）控制客户端数据发送给小车。
b）前进：四个车轮能够同时朝着前进的方向进行运动，保证速度一致；
c）后退：四个车轮能够同时朝着后退的方向进行运动，保证速度一致；
d）左转：左边的两个轮子静止，而右边的两个轮子前进
e）右转：右边的两个轮子静止，而左边的两个轮子前进
f）通过无线网对小车摄像头采集的信息来传送。
g）服务器图片的存储和链接客户端并将图片发送给客户端。
h）连续接受图片并且打印成连续照片显示。
3 总体设计
3.1 系统框架
3.2 结构体描述
部分一：
参数说明：参数类型为V4L2的能力描述类型struct v4l2_capability；
返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；函数执行成功后，struct v4l2_capability结构体变量中的返回当前视频设备所支持的功能：例如支持视频捕获功能V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE、V4L2_CAP_STREAMING等
Struct v4l2_capability
{
_u8 driver[16]；
_u8 card[32]；
_u8 bus_info[32]；
_u32 version；
_u32 capabilities；
_u32 reserved[4]；
}；
Capabilities 常用值；
V4L2_CAP_VIDEO_CAPTURE
部分二：
设置视频设备的视频数据格式，例如设置视频图像数据的长、宽，图像格式（JPEG、YUYV格式）；
参数说明；参数类型为V4L2的视频数据格式类型struct v4l2_format；
返回值说明：执行成功是，函数返回值为0； struct v4l2_format
{
enum v4l2_buf_type type；
union
{
struct v4l2_pix_format pix；
struct v4l2_window win；
struct v4l2_vbi_format vbi；
__u8 raw_data[200]；
} fmt；
}；
struct v4l2_pix_format{
_u32 width；
_u32 height；
_u32 pixelformat；
Enum v4l2 field field；
_u32 bytesperline；
_u32 sizeimage；
Enum v4l2 _colorspace colorspace；
_u32 priv；
}；
部分三：
功能：请求V4L2驱动分配视频缓冲区（申请V4L2视频驱动分配内存），V4L2是频频设备的驱动层，位于内核空间，所以通过VIDIOC_REQBBUFS控制命令字申请的内存位于内核空间，应用程序不能直接访问，需要通过调用mmap内存映射函数把内核空间内存映射到用户空间后，应用程序通过访问用户空间地址来访问内核空间。
参数说明：参数类型为V4L2的申请缓冲区数据结构体类型struct v4l2_requestbuffers；
返回值说明：执行成功时，函数返回值为0；V4L2驱动层分配好了视频缓冲区。接下来可以为视频捕获分配内存：
struct v4l2_requestbuffers req；
if （ioctl（fd， VIDIOC_REQBUFS， &req） == -1） {
return -1；
}
v4l2_requestbuffers 結构如下：
struct v4l2_requestbuffers
{
__u32 count；
enum v4l2_buf_type type； //V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE
enum v4l2_memory memory；//V4L2_MEMORY_MMAP 或V4L2_MEMORY_USERPTR
__u32 reserved[2]；
}；
部分四：
使用VIDIOC_REQBUFS，我们获取了req.count个缓存，下一步通过调用VIDIOC_QUERYBUF命令来获取这些缓存的地址，然后使用mmap函数转换成应用程序中的绝对地址，最后把这段缓存放入缓存队列：
typedef struct VideoBuffer {
void *start；
size_t length；
} VideoBuffer；
VideoBuffer* buffers = calloc（ req.count， sizeof（*buffers） ）；
struct v4l2_buffer buf；
for （numBufs = 0； numBufs < req.count； numBufs++） {
memset（ &buf， 0， sizeof（buf） ）；
buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE；
buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP；
buf.index = numBufs；
if （ioctl（fd， VIDIOC_QUERYBUF， &buf） == -1）
{
return -1；
}
buffers[numBufs].length = buf.length；
buffers[numBufs].start = mmap（NULL， buf.length， PROT_READ | PROT_WRITE，
MAP_SHARED，fd， buf.m.offset）；
if （buffers[numBufs].start == MAP_FAILED） {
return -1；
}
if （ioctl（fd， VIDIOC_QBUF， &buf） == -1） {
return -1；
}
}
部分五：
V4L2有一个数据缓存，存放req.count数量的缓存数据。数据缓存采用FIFO的方式，当应用程序调用缓存数据时，缓存队列将最先采集到的视频数据缓存送出，并重新采集一张视频数据。这个过程需要用到两个ioctl命令，VIDIOC_DQBUF和VIDIOC_QBUF：
struct v4l2_buffer buf；
memset（&buf，0，sizeof（buf））；
buf.type=V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE；
buf.memory=V4L2_MEMORY_MMAP；
buf.index=0；