智能小車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

□ 文代曉麗

智能小車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

□ 文代曉麗

1. 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，智能小車在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中扮演越來(lái)越重要的角色，已經(jīng)成為移動(dòng)機(jī)器人研究的重要方向。目前有很多關(guān)于智能車的研究，在日常生活、科學(xué)研究、復(fù)雜環(huán)境勘探等方面應(yīng)用廣泛[1]。目前，智能小車是一個(gè)集環(huán)境信息采集、處理、傳輸、決策等功能于一體的綜合系統(tǒng)。隨著Wi-Fi接入技術(shù)的普及以及對(duì)視頻信息采集的需求，基于Wi-Fi進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)闹悄苄≤囈殉蔀橐环N趨勢(shì)。

圖1 系統(tǒng)功能示意圖

2. 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括兩大部分：遠(yuǎn)程控制中心和智能小車，如圖1所示。遠(yuǎn)程控制中心為手機(jī)應(yīng)用程序或PC機(jī)上位機(jī)軟件。用戶通過(guò)安裝有上位機(jī)軟件的終端設(shè)備與無(wú)線路由器進(jìn)行連接，觀測(cè)設(shè)備環(huán)境情況。用戶將控制指令發(fā)送給智能小車，智能小車中的微控制器對(duì)指令進(jìn)行分析處理，控制小車的前進(jìn)方向或反饋信息。圖2為系統(tǒng)方案框圖，智能小車包括電源模塊、視頻流采集模塊、通信模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊[2]。

2.1智能小車硬件電路設(shè)計(jì)

智能小車采用了4WD（四輪驅(qū)動(dòng)）來(lái)幫助汽車克服在泥濘和雪地上的打滑，具備更好的輪胎牽引力與轉(zhuǎn)向力的有效發(fā)揮。系統(tǒng)中由Wi-Fi來(lái)進(jìn)行上下行之間的數(shù)據(jù)傳輸，通信協(xié)議采用TCP/ IP[3]。USB攝像頭直接將采集到的視頻流傳輸?shù)铰酚善魃?。智能小車所需要的硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)、無(wú)線路由、驅(qū)動(dòng)電路和電源模塊。

2.2智能小車軟件程序設(shè)計(jì)與遠(yuǎn)程控制

智能小車中的單片機(jī)主要處理來(lái)自無(wú)線路由器的指令，判斷指令類型后，通過(guò)控制PWM占空比和差速控制來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的目的[4]。智能小車的遠(yuǎn)程控制由上位機(jī)軟件完成，可以是PC機(jī)，也可以是Android平臺(tái)下手機(jī)終端。上位機(jī)軟件主要完成的是對(duì)智能小車發(fā)送指令和接收無(wú)線路由器傳輸回來(lái)的視頻流。同時(shí)電腦端的上位機(jī)還可以完成對(duì)傳輸?shù)囊曨l流進(jìn)行錄制等一系列處理。上位機(jī)軟件操作流程圖如圖3所示。

圖2 智能小車方案框圖

圖3 上位機(jī)軟件操作流程圖

3. 應(yīng)用分析

操作系統(tǒng)不同，相應(yīng)的控制界面也不同。PC端可以對(duì)所觀測(cè)到的視頻流進(jìn)行存儲(chǔ)、拍照等一系列操作，Android平臺(tái)下手機(jī)終端可以更改為通過(guò)手機(jī)自帶的水平陀螺儀實(shí)現(xiàn)重力控制的目的。PC終端用戶通過(guò)將PC機(jī)接入無(wú)線局域網(wǎng)之后，打開操作界面，選擇Wi-Fi連接方式，開啟視頻，即可對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行操作及實(shí)時(shí)觀測(cè)當(dāng)前環(huán)境。操作界面如圖4所示。Android平臺(tái)下手機(jī)終端用戶操作流程和PC終端類似，將手機(jī)接入無(wú)線局域網(wǎng)之后，即可對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行操作，操作界面如圖5所示[5]。操作時(shí)，如需切換成重力感應(yīng)，只需勾選重力感應(yīng)，便能切換為重力操作，提高用戶的使用體驗(yàn)。

智能小車在實(shí)際工程中有著廣泛的應(yīng)用前景，其中包括：

（1）有毒環(huán)境的探測(cè)。由于可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在智能小車上可以加裝攝像設(shè)備，同時(shí)還可以加裝氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集回傳給上位機(jī)，分析后對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行判定。

（2）高溫高壓環(huán)境的設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控。高溫高壓環(huán)境常常無(wú)法進(jìn)行對(duì)環(huán)境或者設(shè)備進(jìn)行直接的接觸式測(cè)量，如果智能小車選用適用于特殊環(huán)境下的材料和監(jiān)測(cè)探頭，那么利用智能小車可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫高壓環(huán)境下各種設(shè)備工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（3）空間尺寸約束條件下設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在很多設(shè)備尤其是設(shè)備連接鏈路中，設(shè)備布放的空間有時(shí)會(huì)極為有限，通過(guò)改裝智能小車的尺寸，可以使智能小車在狹小空間中實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，從而解決由于空間限制無(wú)法進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)的環(huán)境場(chǎng)合。

圖4 PC終端用戶操作界面

圖5 手機(jī)終端用戶操作界面

（4）連續(xù)動(dòng)態(tài)多方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在規(guī)模較大的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境中，加裝固定監(jiān)測(cè)設(shè)備將會(huì)帶來(lái)成本上的巨大消耗，同時(shí)對(duì)監(jiān)控設(shè)備的維護(hù)也是一件困難的事情。利用智能小車加裝監(jiān)控設(shè)備，完全可以實(shí)現(xiàn)在某一空間場(chǎng)合內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)的多角度實(shí)時(shí)監(jiān)控。

除了上述應(yīng)用外，智能小車隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步發(fā)展，在尺寸、精度、承載能力和數(shù)據(jù)傳輸上，會(huì)有更大的提高，同時(shí)也會(huì)在工程上獲得更為廣泛應(yīng)用。

4. 總結(jié)

四輪驅(qū)動(dòng)小車由于其適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高等特點(diǎn)，被廣泛地用于人力不方便的先行探測(cè)等方面。隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能家居技術(shù)的飛速發(fā)展，四輪驅(qū)動(dòng)小車的遠(yuǎn)程觀測(cè)成為新的研究重點(diǎn)。本文以四輪驅(qū)動(dòng)小車為研究對(duì)象，結(jié)合Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件平臺(tái)，構(gòu)建了一個(gè)遠(yuǎn)程控制智能小車系統(tǒng)。本系統(tǒng)提供人性化的控制界面，保證了其普及程度和低成本，增加了使用范圍。筆記本、手機(jī)等手持終端設(shè)備可以大大提高用戶使用的快捷性，在工程上具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。■

(作者系北京信通傳媒有限責(zé)任公司JCIN編輯部主任，目前主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息網(wǎng)絡(luò)。)

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[3]朱陽(yáng)，王偉成，王民慧. WiFi技術(shù)在智能車數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用[J].傳感器世界, 2014(7):35-39.

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