智能電動(dòng)多功能服務(wù)小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張?zhí)K新 談佳豪 孫加存

摘 ?要：當(dāng)今社會(huì)老齡化日趨嚴(yán)重，大量留守老人獨(dú)自在家，無(wú)法獨(dú)自搬運(yùn)物體，給生活帶來(lái)不便，本文以此為背景，設(shè)計(jì)一款智能電動(dòng)多功能服務(wù)小車(chē)。本文首先對(duì)推車(chē)的歷史、發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，主控器選用含有ATMEGA2560-16AU控制器的MegaPi Pro控制板，運(yùn)動(dòng)控制部分選用37mm、12V/200RPM的直流電機(jī)和配套的驅(qū)動(dòng)器，圖像采集模塊選用500W像素的OV5640型號(hào)的攝像頭，定位模塊選用WF-NEO-6M模塊和配套的SMA GPS天線。軟件上，通過(guò)mBlock圖形化編程軟件對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行編程，同時(shí)通過(guò)Keil軟件對(duì)攝像頭采集圖像和GPS定位模塊進(jìn)行了程序的編寫(xiě)。在硬件和軟件完成的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)物進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的運(yùn)動(dòng)、圖像采集和GPS定位等功能。

關(guān)鍵詞：智能電動(dòng)小車(chē);圖像采集;GPS定位

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23;TP368.2 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）14-0137-03

Design and Implementation of Intelligent Electric Multi-function Service Car

ZHANG Suxin，TAN Jiahao，SUN Jiacun

（Suzhou Vocational University，Suzhou ?215104，China）

Abstract：Nowadays，with the aging of society becoming more and more serious，a large number of Left-behind elderly people are at home alone，unable to carry objects alone，which brings inconvenience to life. Based on this background，this paper designs an intelligent electric multi-functional service car. Firstly，the history，development trend and characteristics of the cart are described. On this basis，the hardware design of the system is carried out. MegaPi Pro control board with ATMEGA2560-16AU controller is selected as the main controller，37mm，12V/200RPM DC motor and matching driver are selected as the motion control part，500W pixel OV5640 camera is selected as the image acquisition module，and positioning module is selected as the positioning module. WF-NEO-6M module and matching SMA GPS antenna are used. In software，the car motion control is programmed by mBlock graphical programming software，and the camera image acquisition and GPS positioning module are programmed by Keil software. On the basis of the completion of hardware and software，the object is debugged and the functions of motion，image acquisition and GPS positioning of the car are finally realized.

Keywords：intelligent electric car;image acquisition;GPS positioning

0 ?引 ?言

推車(chē)的主要作用是以人力推、拉車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)短距離貨物運(yùn)輸?shù)墓ぞ撸谖覈?guó)有近兩千年的發(fā)展歷史，雖然物料搬運(yùn)技術(shù)不斷發(fā)展，但推車(chē)仍作為不可缺少的搬運(yùn)工具而沿用至今，在生產(chǎn)和生活中獲得廣泛應(yīng)用。其造價(jià)低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便、自重輕，能在機(jī)動(dòng)車(chē)輛不便使用的地方工作，在短距離搬運(yùn)較輕的物品時(shí)十分方便。早在兩漢時(shí)期，我國(guó)的推車(chē)已形成了一種比較固定的樣式，以獨(dú)輪為主，在全國(guó)各地普遍流行，服務(wù)于生活、軍事各個(gè)方面，后面又因地制宜地制造出各種樣式，但總的來(lái)說(shuō)還是以獨(dú)輪為主。如果單就出土圖像“鹿車(chē)”看，我們比較容易猜想時(shí)間應(yīng)上推到西漢晚年。但是，這種被普遍使用的成熟的“鹿車(chē)”應(yīng)有一個(gè)長(zhǎng)期的成型過(guò)程。

在近幾年隨著科技的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的推車(chē)也幾經(jīng)演變，制作材料也由木制為主，向塑料、鋁合金、鐵制等發(fā)展，用途也更加廣泛，目前推車(chē)就有用到廠區(qū)、辦公樓、圖書(shū)館、賓館、餐飲業(yè)、物流運(yùn)輸?shù)任锪习徇\(yùn)行業(yè)，也根據(jù)不同的需要開(kāi)發(fā)了不同功能的推車(chē)，如用在室內(nèi)辦公場(chǎng)所的超靜音手推車(chē)、用在圖書(shū)館的網(wǎng)架式手推車(chē)，多功能工具用推車(chē)、可折疊行李小推車(chē)、樓梯攀爬專(zhuān)用推車(chē)等。

當(dāng)今社會(huì)，老齡化日趨嚴(yán)重，大量留守老人獨(dú)自在家，若有東西需要搬運(yùn)時(shí)，大部分老年人無(wú)法獨(dú)自完成，如果距離較遠(yuǎn)，更是困難。本文針對(duì)老年人出行、搬運(yùn)貨物不方便等問(wèn)題開(kāi)發(fā)了智能電動(dòng)多功能小車(chē)，該小車(chē)以日常的小推車(chē)為基礎(chǔ)構(gòu)架，重新設(shè)計(jì)、構(gòu)造和開(kāi)發(fā)，集合了助力、定位、控制和視覺(jué)等功能，構(gòu)建了一個(gè)較為完整的老年人行動(dòng)、生活輔助工具。

1 ?推車(chē)概述

推車(chē)在生產(chǎn)和生活中獲得廣泛應(yīng)用是因?yàn)樗靸r(jià)低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便、自重輕，能在機(jī)動(dòng)車(chē)輛不便使用的地方工作，在短距離搬運(yùn)較輕的物品時(shí)十分方便。推車(chē)在世界各地應(yīng)用廣泛，例如歐美國(guó)家中推車(chē)在人們自家和公共花園使用較多，非洲和中東國(guó)家在礦山和建筑使用較多。我國(guó)現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的推車(chē)除了在建筑、物流和農(nóng)業(yè)等場(chǎng)所使用外，生活中也應(yīng)用較多，例如父母推運(yùn)嬰兒、超級(jí)市場(chǎng)上人們用于購(gòu)物的推車(chē)等。這些推車(chē)沒(méi)有電動(dòng)部分，因此只能靠人力進(jìn)行推車(chē)，大量消耗勞動(dòng)力，降低了工作效率。

推車(chē)按照輪子數(shù)量可以分為獨(dú)輪、兩輪、三輪和四輪。獨(dú)輪車(chē)由于只有一個(gè)輪子，可在狹窄的通道上行駛，原地也可以轉(zhuǎn)向，卸貨十分便利;兩輪車(chē)在獨(dú)輪車(chē)基礎(chǔ)上，能夠使得車(chē)體更加平穩(wěn)地運(yùn)行;三輪車(chē)和四輪車(chē)都有轉(zhuǎn)向輪，可以方便控制運(yùn)動(dòng)方向，而且車(chē)體運(yùn)行更加平穩(wěn)。

2 ?智能電動(dòng)小車(chē)硬件設(shè)計(jì)

2.1 ?電路結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)多功能服務(wù)小車(chē)電路控制系統(tǒng)由按鈕控制開(kāi)關(guān)模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)模塊、GPS定位和攝像頭等組成，其電路硬件邏輯方框如圖1所示。

其中主控模塊采用MegaPi Pro主控板，該控制板的主控芯片為其核心部件，采用的是ATMEGA2560-16AU，包含3個(gè)串口，1個(gè)I2C口和SPI口，16個(gè)模擬量輸入，時(shí)鐘頻率16MHZ，MegaPi Pro擁有強(qiáng)大的編程能力，完全兼容Arduino編程，具有強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，該控制器符合本文的控制要求。選用OV5640型號(hào)的攝像頭，其分辨率為2592*1944，像素為500W，可以直接輸出jpeg格式的圖像;選用WF-NEO-6M型號(hào)的GPS定位系統(tǒng)，可以測(cè)量經(jīng)緯度和海拔的三維位置定位，選用配套的SMA GPS天線，實(shí)現(xiàn)定位功能;選用37mm、額定電壓12V和額定轉(zhuǎn)速200RPM的直流電機(jī)，配以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，按鈕控制開(kāi)關(guān)包含了前進(jìn)、后退、停止、加減速功能，能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求。

2.2 ?機(jī)械結(jié)構(gòu)

小車(chē)本體運(yùn)用型材進(jìn)行組裝搭建，先用Solidworks軟件對(duì)車(chē)體進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的機(jī)械尺寸：車(chē)體的底盤(pán)長(zhǎng)和寬分別是600mm和400mm，支架高為700mm，寬為400mm。在此基礎(chǔ)上，完成車(chē)體的建模，建立車(chē)體的三維模型圖，如圖2所示。對(duì)于小車(chē)輪子，底部裝有2個(gè)主動(dòng)輪和4個(gè)從動(dòng)輪，主動(dòng)輪提供動(dòng)力，控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)輪由是萬(wàn)向輪，除了平穩(wěn)支撐車(chē)體和方便轉(zhuǎn)向外，還能在上下坡停車(chē)，最后組裝完成的實(shí)物如圖3所示。

3 ?智能電動(dòng)小車(chē)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制部分運(yùn)用mBlock軟件進(jìn)行編程，該軟件是一款集游戲制作、藝術(shù)創(chuàng)作、機(jī)器人控制于一體的開(kāi)源編程軟件，使用圖形化編程方式，添加了機(jī)器人模塊，使其可以驅(qū)動(dòng)與Arduino電路板兼容的傳感器、機(jī)器人等硬件。通過(guò)對(duì)軟件編程實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)、后退、加減速、停止和轉(zhuǎn)彎等基本運(yùn)動(dòng)功能。通過(guò)mBlock軟件編程界面和編寫(xiě)的程序，實(shí)現(xiàn)了基本運(yùn)動(dòng)功能。通過(guò)Keil編程軟件和串行口調(diào)試助手實(shí)現(xiàn)GPS定位和攝像頭的數(shù)據(jù)采集功能。

整個(gè)裝置完成后，其工作過(guò)程為：按下相應(yīng)的鍵位，設(shè)置不同的工作模式，控制器接收到按鍵信息后，根據(jù)相應(yīng)的工作模式給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊將信號(hào)放大，給直流電機(jī)電能信號(hào)，直流電機(jī)就能按照設(shè)置的工作模式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，GPS定位模塊實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的實(shí)時(shí)定位，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車(chē)的運(yùn)行位置，攝像頭記錄采集的視頻和圖像，存儲(chǔ)小車(chē)的行進(jìn)畫(huà)面，保障了小車(chē)更加穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

該裝置的特點(diǎn)為：內(nèi)置蓄電池，充電7-8小時(shí)，連續(xù)供電10小時(shí)，保障用戶一天的工作和生活的需求;采用手動(dòng)控制一線牽動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，便于老年人群體接受;采用萬(wàn)向輪，360度旋轉(zhuǎn)，保障了轉(zhuǎn)向靈活，運(yùn)行穩(wěn)定。使用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行急停，保證上、下坡時(shí)不會(huì)發(fā)生意外;內(nèi)置調(diào)速結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)急減速功能，為用戶提供更多種速度選擇;安裝有GPS定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)小車(chē)實(shí)時(shí)位置，同時(shí)攝像頭可以記錄小車(chē)行進(jìn)圖像，保障老年人用車(chē)安全。

4 ?結(jié) ?論

本文首先簡(jiǎn)要概述了推車(chē)的歷史背景及發(fā)展趨勢(shì)。為了老年人出行和生活方便，本文在現(xiàn)有推車(chē)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款智能電動(dòng)多功能服務(wù)小車(chē)。硬件上，以ATMEG A2560-16AU為控制核心，配以37mm、額定電壓12V和額定轉(zhuǎn)速200RPM的直流電機(jī)和配套的驅(qū)動(dòng)器組成的運(yùn)動(dòng)，OV5640型號(hào)的500W像素的攝像頭構(gòu)成的圖像采集部分和WF-NEO-6M模塊和配套的SMA GPS天線組成的定位系統(tǒng)。軟件上，通過(guò)mBlock和Keil編程軟件對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制、攝像頭采集圖像和GPS定位模塊進(jìn)行了程序的編寫(xiě)。在硬件和軟件完成的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)物進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，結(jié)果表明該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)、圖像采集和GPS定位功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜賓賓，神東方.電動(dòng)推車(chē)機(jī)連續(xù)運(yùn)輸在快速掘進(jìn)中的應(yīng)用 [J].山東煤炭科技，2018（3）：102-103.

[2] 李加羽.討論推車(chē)機(jī)車(chē)鉤改造電氣程序的優(yōu)化 [J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（22）：110.

[3] 謝榮想.視覺(jué)下的服務(wù)接觸點(diǎn)研究 [D].廈門(mén)：華僑大學(xué)，2018.

[4] 方飴，裴紅蕾.跨障礙升降小推車(chē)建模設(shè)計(jì) [J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（3）：5-6.

作者簡(jiǎn)介：張?zhí)K新（1987.02-），男，漢族，江蘇蘇州人，講師，電子信息工程學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向：電氣自動(dòng)化技術(shù)。