嵌入式系統(tǒng)寵物引導(dǎo)車(chē)設(shè)計(jì)和市場(chǎng)分析

秦興琳　蔣焜　葉一陽(yáng)　鄭桂鋒

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的提出和使用讓人與物有效通信，滿(mǎn)足快節(jié)奏生活、不能外出陪同寵物的要求，解決寵物管控不嚴(yán)，擾亂社會(huì)秩序安全[9]的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代能引導(dǎo)寵物外出，基于北斗滿(mǎn)足主人實(shí)時(shí)監(jiān)控寵物，4G、5G大背景下無(wú)線(xiàn)控制及圖像識(shí)別，使之規(guī)定路線(xiàn)移動(dòng)的智能寵物引導(dǎo)車(chē)。對(duì)超聲波和紅外組合避障、主人原聲安撫和傳感器DSP技術(shù)等方面單獨(dú)研究，設(shè)計(jì)出較傳統(tǒng)單一形式更為精確合理化的方案。

關(guān)鍵詞：5G;物聯(lián)網(wǎng);北斗;傳感器;寵物引導(dǎo)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD302? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）04-0237-03

Abstract： The proposal and use of the Internet of things enable people to communicate with things effectively， meeting the requirements of fast-paced life and can not going out to accompany pets， and solve the problem that pets are not strictly controlled so that disturbing the socials safety. In the era of Internet of things， the pet can be guided to go out. Based on Beidou， the owner can monitor the pet in real time. The wireless control and image recognition under the background of 4G and 5g are designed to specify the route about Mobile intelligent pet guiding car. Under the ultrasonic and infrared combination obstacle avoidance， the host acoustic comfort and sensor DSP technology being studied separately， a more accurate and reasonable scheme is designed than the traditional single form.

Key words： 5g; Internet of thing; Beidou; Sensorpet guiding

1 概述

目前，中國(guó)北斗系統(tǒng)，具備動(dòng)態(tài)分米級(jí)、靜態(tài)厘米級(jí)的精密定位服務(wù)能力;5G低延時(shí)的特性加快通信，使定位信息和攝影圖像傳送速度和精確性都有大幅度的提高，嵌入式開(kāi)發(fā)5G模塊很快就會(huì)普及，5G的高速率、低延遲通信，將會(huì)使得寵物引導(dǎo)車(chē)更加智能的服務(wù)于主人和寵物。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人物相連。機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等人工智能的大范圍普及[2]。實(shí)現(xiàn)“app客戶(hù)端+云平臺(tái)+智能機(jī)器”，在物聯(lián)網(wǎng)大背景下實(shí)現(xiàn)讓寵物可以按照命令和需求移動(dòng)。

本文研究并完善了引導(dǎo)車(chē)的應(yīng)用性，無(wú)論身在何方，只要一部手機(jī)，可以隨時(shí)管理和監(jiān)控寵物的情況，具有普適性和前瞻性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尋求新的設(shè)計(jì)模式，通過(guò)功能車(chē)的傳感器、小應(yīng)用、無(wú)線(xiàn)傳輸這些完整的小生態(tài)，建立“app客戶(hù)端+云平臺(tái)+智能機(jī)器”一體化系統(tǒng)，解決寵物外出的生理需求難題。

2.1 避障測(cè)距設(shè)計(jì)

超聲波傳感器受環(huán)境影響小，但波束發(fā)散嚴(yán)重，距障礙物較遠(yuǎn)時(shí)，方向定位精度較差;紅外線(xiàn)反應(yīng)速度快，且光束發(fā)散小，但對(duì)于近似黑體的物體無(wú)法檢測(cè)距離;激光技術(shù)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM（數(shù)字高程模型），測(cè)距精度可達(dá)厘米級(jí)，但價(jià)格昂貴，必要性不大[4]。

此系統(tǒng)采用超聲波和紅外結(jié)合對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行距離的測(cè)控，紅外與超聲波結(jié)合相對(duì)于單一超聲波傳感器，其定向精度有了很大的提高。而且，采用反應(yīng)速度更快的光感應(yīng)紅外線(xiàn)傳感器（如光導(dǎo)紅外傳感器，其響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了微秒級(jí)）來(lái)消除超聲波傳感器盲區(qū)，提高系統(tǒng)的整體性能[3]。如圖1，傳感器發(fā)出和接收超聲波和紅外線(xiàn)，遇到障礙物產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到信號(hào)后，經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出車(chē)體與障礙物之間的距離。

對(duì)于測(cè)距功能，本系統(tǒng)擬使用CD4051電路和超聲波接收芯片CX20106實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收。[5][6]

2.2語(yǔ)音播報(bào)設(shè)計(jì)

通過(guò)壓力傳感器采集繩端壓力數(shù)據(jù)信息，傳入單片機(jī)內(nèi)，對(duì)傳感器不通模擬量的輸入通過(guò)模式識(shí)別算法，得到不同的音頻輸出。壓力傳感器狀態(tài)控制單片機(jī)，不同壓力輸出不同模擬或數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)做AD檢測(cè)。

以便在寵物失控或者突發(fā)情況發(fā)生時(shí)能夠起到警示作用控制音頻的播放，壓力傳感器傳回?cái)?shù)據(jù)的處理通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制繼電器作為音頻的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)上述功能。加入語(yǔ)音控制模塊實(shí)現(xiàn)智能化的人機(jī)交互，使得人語(yǔ)言命令后能夠得到音頻反饋。

2.3定位設(shè)計(jì)

定位模塊，比如中國(guó)北斗系統(tǒng)的泰斗的N303-3，接收衛(wèi)星信號(hào)，將接收到的信息通過(guò)串口通信方式發(fā)送到單片機(jī)中，單片機(jī)處理采集到的數(shù)據(jù)。定位系統(tǒng)，一方面，幫助定位出自身的具體方位，如圖2所示;另一方面，規(guī)劃遛狗機(jī)器人到達(dá)目的地的最佳路線(xiàn)。

中國(guó)北斗系統(tǒng)，其超高追蹤靈敏度大大擴(kuò)大了其定位的覆蓋面，包含普通GPS接收模塊不能定位的地方。小體積、高集成等特性使其非常適用于便攜式設(shè)備像導(dǎo)航儀，手機(jī)、相機(jī)和車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)。

利用差分GPS（DGPS）技術(shù)，接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀(guān)測(cè)值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。

3 算法處理

3.1 5G通信

在5G加速發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)媒體許多功能都可能被物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)替代，媒體融合將是大勢(shì)所趨，新技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)深遠(yuǎn)地影響新的業(yè)態(tài)形成。[7]

如圖3所示，5G的開(kāi)發(fā)使BBU功能拆分，核心網(wǎng)下沉，延時(shí)度降低，這些為手機(jī)端遠(yuǎn)程控制總體移動(dòng)路線(xiàn)提供了基礎(chǔ)，主人、客戶(hù)端、智能牽引機(jī)器人、寵物的聯(lián)系捆綁，實(shí)現(xiàn)讓寵物可以按照命令和需求移動(dòng)。[1]

3.2 路徑規(guī)劃

在開(kāi)發(fā)Android APP的過(guò)程中，APP會(huì)將目的地設(shè)置于對(duì)應(yīng)的控件，路徑規(guī)劃功能調(diào)用百度地圖路徑規(guī)劃端口，當(dāng)需要使用此功能時(shí)，通過(guò)實(shí)例化一個(gè)路線(xiàn)規(guī)劃對(duì)象，之后將起點(diǎn)與目的地存放于節(jié)點(diǎn)中，并調(diào)用對(duì)象下的路徑規(guī)劃算法進(jìn)行規(guī)劃，然而，調(diào)用算法得出的路線(xiàn)是不能直接在地圖中顯示的，我們需要將結(jié)果的路線(xiàn)轉(zhuǎn)化成一段一段的線(xiàn)段，再取得線(xiàn)段上的端點(diǎn)，通過(guò)將路線(xiàn)切分成線(xiàn)段，再將線(xiàn)段端點(diǎn)得出，依次連接，即得出路徑規(guī)劃的路線(xiàn)圖。其過(guò)程如圖4所示。

4 應(yīng)用前景

室外牽引陪同的智能系統(tǒng)還沒(méi)有被廣泛應(yīng)用，室內(nèi)逗寵裝置發(fā)展較為完善，但其功能對(duì)寵物的限制較大。針對(duì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)戶(hù)外情況下對(duì)寵物的穩(wěn)定引導(dǎo)控制，尋求新的設(shè)計(jì)模式，通過(guò)大功能車(chē)的傳感器、小應(yīng)用、無(wú)線(xiàn)傳輸這些完整的小生態(tài)，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行相應(yīng)的大數(shù)據(jù)采集以及云端應(yīng)用，基于低功耗廣域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)，加強(qiáng)主人和寵物之間的聯(lián)系，即可解決戶(hù)外無(wú)人無(wú)線(xiàn)控制寵物問(wèn)題。

寵物市場(chǎng)滲透率較低，但呈逐年上升趨勢(shì)，未來(lái)有較大的拓展空間。同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)寵物行業(yè)的成熟，也將持續(xù)刺激寵物用品市場(chǎng)的繁榮。因而本公司的銷(xiāo)售對(duì)象具有普適性和銷(xiāo)售項(xiàng)目具有前瞻性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出寵物外出智能化的設(shè)計(jì)理念，分析其國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合寵物的生理需求和飼養(yǎng)者的心理需求特點(diǎn)，探索安全性和適用性、關(guān)注人文情懷的智能化設(shè)計(jì)原則，以及模塊化和重新組合、多功能、替換與升級(jí)等，解決寵物身邊無(wú)人的情況下，將如何解決外出移動(dòng)問(wèn)題。同時(shí)還考慮了使用者群體特征，滿(mǎn)足低成本的需求。

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