基于手机终端无线通信系统的设计与实现

基于手机终端无线通信系统的设计与实现

王小静

新疆电信全渠道运营中心 新疆乌鲁木齐市 830000

摘要：随着移动互联网时代的到来，各种智能手机迅速占领手机市场，WiFi成为生活中不可或缺的网络连接工具。随着通信技术、网络和电子技术的发展，智能手机逐渐进入智能家居、工业控制等领域。手机作为终端监控形式是一种蓬勃发展的远程监控技术，用它控制硬件以其携带方便、操作简单成为其技术的重要应用。尤其是近年来，它发展迅速，不仅在军事领域，在民用领域也是如此。

关键词：RT5350；STM32；无线通信；手机终端；

系统通过建立一个无线局域网平台，以STM32单片机和RT5350模块作为硬件平台，以搭载IOS系统的智能手机作为客户端，结合TCP／IP传输协议和串口传输协议，实现了视频数据流、手机控制指令、以及相关数据的无线传输。此系统不仅实现了控制指令的下传，还实现了数据信息的上传。经测试，该无线通信系统在35ｍ范围内能够流畅的查看摄像头拍摄的视频，进行无错控制和无错数据传输，并且两个传输过程互不干扰。

一、总体的设计

一个典型嵌入式系统一般由硬件层和应用软件层组成。本设计硬件平台采用RT5350模块和STM32单片机组成，RT5350模块开发环境为OPENWRT，同时，此RT5350硬件平台上集成了摄像头USB接口和串口。USB摄像头和USB接口相连，RT5350硬件平台上的串口既是网络串口，负责无线数据的发送和接收，同时又是两个硬件设备之间的数据通信串口，与STM32串口相连。摄像头上配有专用的云台和电机，使得此摄像头可以自由旋转，拍摄360度的景象而不仅仅局限于正前方的景象。此RT5350模块有3个作用：1）用来实现视频数据以及感应数据的无线上传；2）实现手机端指令数据的无线接收；3）与STM32单片机的数据交互。STM32单片机作为下位机的硬件平台，装载在车体上，是控制核心和采集核心。控制核心指对车体的控制：前进、后退、转弯、移除障碍物等，采集核心主要是指采集环境数据和距离数据传往手机终端。环境数据主要是指温度数据和湿度数据，所用的传感器为DHT11温湿度传感器，距离数据主要用超声波模块来采集，超声波模块置于车体最前端。车体外围还包括特殊设计的光照电路，使得此车在黑暗中能够以最低功耗正常工作。车体上还装有一个机械臂，主要用来接收手机终端的指令执行移动障碍物的操作。视频和相关数据通过RT5350这个传输媒介无线传到手机终端上。

二、RT5350模块开发环境的搭建

RT5350是在OPENWRT平台上开发，此OPENWRT平台在能够被开发之前需要做必要的准备。

1.OPENWRT平台的搭建（开发步骤）。在Ubuntu12.04系统环境下，装好必要的软件包后，下载OPENWRT环境，配置好必要的选项后，编译固件，编译结束后把相对应的．ipk文件下载到RT5350开发板。下载完成后在RT5350开发板配置网络，配置完成后在手机或者PC上就可以搜索到其建立的无线局域网，这样基本的环境就搭建好了。

2.驱动的移植。平台搭建好后，需要为接入设备（在这里指摄像头）安装必要的驱动和转化包。首先需要把Ser2net应用程序的ipk编译入RT5350平台中。Ser2net的作用是把接收到的网络数据（TCP/IP格式）转化为处理器可以处理的串口数据，同时也可以把串口数据打包成网络格式（TCP/IP格式）发送出去。这是网络串口最基本的形式。在此无线控制系统中，此程序发挥着重要的作用。把此程序放入RT5350的启动项程序中，只要RT5350一上电就自动启动该程序，即启动监听。每当串口接收到来自STM32的数据，或者从手机终端接收到指令，便会自动触发该程序，把串口数据自动打包或者把控制指令解析成处理器能处理的字符，再送到下一级处理。其次，安装通用USB摄像头驱动gspcav1，安装这一驱动的目的是让USB摄像头在RT5350平台上得以识别。最后，还要安装支持视频流处理的各类驱动如V4L2等。

3.视频监控环境的搭建。必要的驱动和安装包安装好后便可以开始搭建视频监控环境。在这一过程中，需要安装mjpeg-streamer。mjpeg-streamer有以下的目录结构：mjpeg－client—监控客户端；mjpg－streamer—mjpeg流媒体服务器，以插件的形式支持不同的视频采集和流媒体协议输出；mjpg－streamer－experimental—实验版本的流媒体服务器，以插件的形式支持不同的视频采集和流媒体协议输出；udp-client-QT客户端，以及uvc-streamer-uvc服务器。在视频传输过程中，实际需要使用的是mjpeg流媒体服务器，它可以支持不同格式的视频采集且以mjpg流媒体协议输出。编译该流媒体服务器时，输入插件选择编译“input_gspcav1.so”，一起编译入OPENWRT开发环境后，在终端就可以运行该程序了，同样把此写入了开机启动程序中，使RT5350一上电就自动运行此程序。同时，它使用V4L2接口，运用socket编程和多线程编程。设置完成后，应用程序可以在此基础之上进行开发。

三、软件设计

1.STM32下位机程序执行流程。STM32是系统的控制核心和采集核心。控制模块部分主要有运动控制和障碍物处理，采集模块部分主要有环境数据和距离数据的采集，这些数据的无线传输都和STM32上的串口息息相关。5.2mjpeg－streamer程序处理在视频传输过程中，我们实际需要使用的是mjpeg流媒体服务器，它可以支持不同格式的视频采集且以mjpg流媒体协议输出。运行时，需要在配置文件里输入视频配置的参数，具体的参数有：１）图像输入（视频采集）插件，在这里是input_gspcav1.so；２）视频摄像头设备节点：在这里是/dev/video0；3）根据摄像头的型号来设置分辨率，在这里是640×480；4）帧率，即1s内采集与发送的图像帧数，在这里是30；5）网络输出端口，在这里是手机终端配置的接口（IP地址）5．3ser2net程序处理Ser2net程序可以实时双向传输数据，同时可根据依据的配置文件设置，可以配置成串口数据转成网络格式数据（net）和串口数据转成TCP/IP格式数据，在配置文件中，设定了串口转TCP/IP格式，同时在配置文件中设定了网络端口号、IP、监听串口号、串口波特率、停止位、奇偶位设置等。配置串口信息规定格式如下：

2001:raw:0:/dev/ttyUSB0:9600NONE1STOPBIT8DATABITS

2001是指TCP的监听端口号，即TCP端口，raw是指双向传输，０是指接通等待时间为0s，/dev/ttyUSB0是指设备和设备存在的目录，9600是指串口波特率，NONE是指无校验位，1STOPBIT是指1位停止位，8DATABITS是指8位数据位。此程序中的串口也就是网络串口。

总之，该系统具有体积小，操作方便，性价比合理的特点，不仅可用于工业领域，更简单地实现数据采集，也可应用于民用玩具等领域，具有良好的实际应用价值和广泛的应用空间。

参考文献：

［１］杨东．基于Android平台的WiFi定位．2019．

［２］赵晓俊．基于手机终端无线通信系统的设计与实现研究.2020.