Автомобиль с видеокамерой. Управление через WiFi

Это небольшой рассказ о том, как построить робота в виде игрушечного автомобильчика с видео камерой, которым можно управлять с помощью компьютера или смартфона на ОС Android через WiFi. Устройство не имеет никакой автономности в смысле своего поведения (типа распознавания чего-либо), управление - только от человека, поэтому «робот» - это не совсем подходящее слово в названии.
Началось все с того, что идея управления игрушечными устройствами от первого лица (т.н. FPV) мне показалась чрезвычайно интересной с точки зрения собственно процесса. Ведь мы можем таким образом реализовать свое присутствие, не в виртуальном мире, а в реальном.
Проще и быстрее всего применить эту идею на игрушечных или модельных автомобилях. Текущие технологии должны давать такую возможность промышленности и предложить массу подобных вещей. Однако это предложение оказалось достаточно дорогим по сравнению тем что можно сделать самому. 
Так как это мой первый проект, я ни программировать, ни даже паять нормально не умел, и я решил сначала поискать в интернете единомышленников и их варианты решения данной задачи. 
Начав изучение вариантов, как можно осуществить эту идею, я нашел очень подробное описание подобного проекта здесь. A его автор с радостью помог мне разобраться в проблемах, возникших при создании робота.
Так я впервые и узнал что такое …duino. Так как это был уже готовый вариант микроконтроллера, где не нужно было паять обвязку к нему, я выбрал именно его. Также очень понравилось присутствие бутлоадера, позволяющего прошивать микроконтроллер без программаторов.

Для реализации данного проекта понадобится:

  • Микроконтроллер Arduino (любой: nano, uno, mega)
  • Аккумулятор 9,6вольт
  • Китайская машинка на радиоуправлении
  • Роутер dir320 (или любой другой поддерживающий OPEN-WRT прошивку)
  • Вебкамера Logitech c310 или любая другая с UVC потоком


Крупноблочная схема реализации проекта на базе WiFi роутера 

Крупноблочная схема реализации проекта на базе WiFi роутера



Программ пять: на PC, на Android, на роутере (сервер управления и видеопоток), и в микропроцессоре.
Схема работы: соединяем настольный компьютер (ноутбук, далее - PC) с роутером по WiFi. На роутере при его включении автоматически загружаются 2е программы:
1) сервер. Эта программа открывает сокет (соединение) на определенном порту и ждет, когда по этому порту с ней соединится клиент (любая программа, которая обратится в этот порт и также, особым образом скажет серверу, что она готова работать через открытый сокет). Далее, после установки соединения, все что придет от клиента, будет перенаправлено по определенному пути, для нас это COM-порт, на этом порту подключен микропроцессор. И наоборот, все что придет со стороны COM-порта, будет переслано клиенту.
2) программа обработки видео, захватывает его с usb камеры и шлет на определенный порт. Для его просмотра нужно всего лишь иметь соединение с роутером на этом порту.
После того, как между компьютером и роутером установлено WiFi-соединение, запускаем на PC программу для управления роботом (тот самый клиент), эта программа соединяется с программой-сервером на роутере. Эта же или другая программа транслирует видео с WiFi роутера.
Далее, пользователь может управлять автомобильчиком и нажимает, например, кнопку «вперед». Программа на PC, отсылает команду «вперед» прямо на роутер, на его IP, но на определенный порт. На роутере, эта команда поступает в программу-сервер, т.к. выслана она на его порт, и в рамках открытого для этого сокета. Программа-сервер, ничего не делая с этой командой, просто отправляет её в COM-порт. Таким образом, команда «вперед» оказывается в микропроцессоре, который в ответ на нее, дает сигнал «вперед» на один из своих выводов. К таким выводам процессора подсоединена схема управления двигателями, т.к. сам микропроцессор управлять ими не может в силу своей маломощности.
Управлять исполнительным устройством через роутер, без микропроцессора не получится, т.к. микропроцессор может формировать сигналы «1» (напряжение >2,5v) или «0» (меньше обозначенного) на любом из десятка-другого своих выводов. У роутера же выводов нет, есть только порты ввода/вывода, типа USB или COM (serial), в которых по 2-3 провода.
Теперь часть практическая. Заранее скажу, что несмотря на кажущиеся сложности, все на самом деле просто, если речь идет о простом копировании этого проекта – ведь все уже сделано и работает. Нужно просто выполнить в точности эту инструкцию.
Изначально микроконтроллером был freeduino maxserial у которого был com port, который был одним из немногих(как я тогда считал) для подключения к uart роутеру, для этого нужно было паять переходник с uarta на com чтобы соединить его с роутером. Его брать я не очень хотел, так как оригиналом есть все-таки Arduino, да и Freeduino в Украине нет.



Как я выяснил потом, все было это просто излишнее нагромождение схемы. Обойтись можно всего 1 проводком который будет идти от TX роутера(на рисунке) к RX (0 пин) микроконтроллера.
Непонятно почему но на фридуине оказалось для нормального подключения нужно tx на tx. Скорее всего просто неверно нанесено обозначение. (тут 0 пин tx) По этому лучше брать оригинальный Arduino.
Машинку я купил хорошую, хоть и китайскую 



Машинка оказалась очень мощная, 5 кг на ровной поверхности тянула очень уверено. Также у нее в комплекте шел аккумулятор на 6 вольт. Что касается электроники, то в машинке уже есть готовый драйвер двигателей, на который можно подать управляющие слаботочные выходы с микроконтроллера (если бы с машинкой не повезло - драйвер моторов можно было взять тоже от arduino )
Роутер требует прошивку openwrt и список пакетов указанных на рисунке. 



Роутер можно настроить как точку доступа, которой могут подключится любые устройства, имеющие WiFi. И, даже если не будет программного обеспечения для управлении машинкой – использовать ее как беспроводную камеру видеонаблюдения.
Камера с310 просто подключается к порту usb на роутер и не требует пайки, требует небольших настроек в роутере. Проект имеет 2 цепи питания, 1 цепь питается от 9,6 вольт - роутер и микроконтроллер, 2 цепь питается от 6 вольт - привод и рулевое машинки. Можно обойтись всего 1 источником питания в 9,6 вольт, но более емкостным. Роутер потребляет 2А, микроконтроллер потребляет почти незаметно, машинка 4А.
Программа микроконтроллера обрабатывает сообщения, которые приходят с последовательного порта роутера, обработка происходит побайтово через portb arduino, например если пришло в роутер 2, то, переведя в двоичную систему получаем 00000010 – что соответствует 2 пину на portb. Такое решение позволяет управлять одновременно несколькими пинами. Вот что получилось в итоге: 



Приложение для андроид: 



Приложение для пк: 



Данный проект еще не закончен и продолжает совершенствоваться.
В планах использовать arduino mega, роутер mr3020, вебакамеру оставить как есть(возможно добавить сферическую линзу для большего обзора), задействовать шим для плавного и точного управления, использовать сервопривод для поворотов, добавить дальномер. Добавить видео на Android. 



Собирайте arduino своими руками - полный каталог плат