仿水雷智能車的上位機設計

韓特 初俊博 劉崢 王勇申 郝正

摘 要：本文針對目前水雷特點及表象特征，設計出一種具有水雷功能的智能車，代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的水雷完成相應任務。該仿水雷智能車可以獨立完成搜索、識別、確認、跟蹤、打擊等主要傳統(tǒng)水雷的任務。同時通過藍牙串口通信，完成上位機（PC端）與下位機（智能車）之間的信息交流，對仿水雷智能車當前狀況及目標探測情況進行實時監(jiān)測，適當作出人工干預。

關鍵詞：智能車；C51單片機；上位機C#

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

一、前言

現(xiàn)代智能機器人基本能按人的指令完成各種比較復雜的工作，如深海探測、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報、搶險、服務等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務。而水雷作為一種不引人注意，但又非常有效的水下防御武器，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著不可磨滅的作用。

在普通實驗和訓練模擬過程中，普通水雷不易控制且毀傷性較大，造價昂貴。因此設計一種具有水雷功能的智能機器人，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)水雷完成所既定的任務是非常必要的。它不僅能自主完成工作而且能與人共同協(xié)作完成任務或在人的指導下完成任務，而且還具有移動功能、操作功能、感知功能等一般水雷所不具備的功能。它是一種能夠實現(xiàn)人機交互軍用智能機器人，其特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)等任務，能夠自動跟蹤地形和選擇道路，具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。

二、上位機的功能設計

常見的循跡智能小車只能在簡單的“十”或“丁”字路口尋到出口或者在路徑中開始循跡和跟蹤。而我們在小車上加裝紅外、碰撞、循跡傳感器以及CMOS攝像頭等多種傳感器，在單片機的管理和相關程序的控制下，能完成自動循跡及在復雜地形的迷宮中尋找目標，跟蹤目標及打擊目標的功能。

此上位機設計有雷達搜索顯示區(qū)域、視頻跟蹤顯示區(qū)域、目標指示信息顯示區(qū)域、操作區(qū)域等四大區(qū)域，可以完成對敵方目標的搜索、識別、確認、跟蹤、打擊等功能（如圖1所示）。利用C#編程，完成仿水雷智能車上位機的設計。通過藍牙串口連接，實現(xiàn)上位機（PC）與下位機（智能車）之間的通信，實時監(jiān)測智能車運動情況及對智能車情況做出判斷以便及時做出處理。

三、上位機的區(qū)域設計

上位機的區(qū)域包括搜索顯示區(qū)域、視頻顯示區(qū)域、目標指示信息顯示區(qū)域、操作區(qū)域等四大區(qū)域，如圖2所示。

1 搜索顯示區(qū)域

該區(qū)域主要利用仿水雷智能車上的各種傳感器，實時監(jiān)視小車周圍環(huán)境情況。根據(jù)智能車上的傳感器排布規(guī)律，計算出傳感器掃描一周所用的時間，以此作為上位機搜索顯示區(qū)域中雷達掃描線的掃描頻率。雷達掃描線在仿水雷智能車周圍360°范圍內進行掃描，即可得到智能車附近的情況。在得到該智能車附近環(huán)境情況的同時，將得到的目標信息同步顯示到該區(qū)域中，當掃描線與目標中心點重合時，即搜索到目標，此時立即對目標進行敵我識別，當判斷是敵方目標時，立即發(fā)出信號傳遞給智能車，驅動智能車轉向使攝像頭正對目標，并對敵方目標跟蹤，同時將信息傳遞到信號顯示區(qū)域。

2 視頻顯示區(qū)域

視頻顯示區(qū)域主要是用來接收智能車上攝像頭傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實時動態(tài)顯示目標及其周圍環(huán)境狀況，以便智能車進行跟蹤和攻擊目標。對接收到的攝像頭視頻信號。

由于仿水雷智能車的攝像頭始終正對車體視線前方，所以顯示的視頻信息是當前智能車正方向的圖像。因此，當搜索到敵方目標時，驅動智能車自動轉向，使攝像頭正對目標方向，完成跟蹤任務。

3 目標信息顯示區(qū)域

當攝像頭指向目標時，通過傳感器獲得目標信息，包括目標的距離，方位等。然后對目標進行編號，在指示信息區(qū)域以列表的方式顯示目標的批號、距離、方位、速度等運動要素，以便對智能車進行人工操作以及監(jiān)測運動變化情況。此區(qū)域最多可以顯示3個目標的運動信息。

4 操作區(qū)域

主要是對仿水雷智能車進行操作的主要功能有：

①自動/人工識別目標

當傳感器探測到目標時，會向后臺上位機發(fā)出信號，可以自動或者人工對目標進行識別確認。若選擇自動時，自動進行敵我識別；若選擇人工，則人為判斷是否進行跟蹤目標，完成打擊任務。

②完成智能車的方向操作

人為的對仿水雷智能車進行前、后、左、右控制，操作智能車的運動狀態(tài)。

③長動/點動操作

通過選擇此模式，可以控制智能車連續(xù)行進或者點動行進。若操作方式為長動時，在對智能車進行操作時，點擊后智能車會保持運動狀態(tài)；若操作方式為點動時，在對智能車進行操作時，而是一點一動狀態(tài)，每次行進5cm。只有連續(xù)點擊控制按鈕才可實現(xiàn)對智能車的連續(xù)行進。

④速度顯示及控制

對智能車的速度進行實時顯示及控制。通過滑軌，可以完成自動或人為的調節(jié)仿水雷智能車的速度。

⑤藍牙串口通訊功能

通過藍牙連接，實現(xiàn)上位機對下位機的控制以及完成通信功能。

結語

整個上位機的設計以單片機為核心，本上位機能實現(xiàn)如下功能：

（1）上位機接收仿水雷智能車傳輸?shù)囊曨l信號，并將所獲得的目標實時動態(tài)的顯示到指定區(qū)域。

（2）綜合利用多種傳感器，硬件與軟件結合，實現(xiàn)了軟件對硬件的綜合利用。

（3）下位機與上位機的綜合連接，提高了各部分的工作效率。

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