5G遠程遙控智能車的路徑規(guī)劃設計

高海軍 王東成 鐘奇 梁瑞

摘要：為了方便人們遠程購物，設計5G遠程遙控智能車，著重于其路徑規(guī)劃設計。自動識別設置路線，然后根據(jù)路線走向，實現(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。智能車以AT89C51?單片機作為系統(tǒng)控制處理器;采用紅外傳感器獲取路線的信息，再進行對車的速度和方向的控制。此外，對整個控制軟件進行設計和程序的編寫以及程序的調試，并最終完成軟件和硬件的測試融合，最終實現(xiàn)預期功能。

關鍵詞：智能車;遠程遙控;路徑規(guī)劃

1.引言

為了方便人們遠程購物，設計5G遠程遙控智能車。利用紅外發(fā)射管和接收管模塊對路面軌跡進行檢測，將接收到的軌跡信息傳送到單片機中，然后調用PWM調用函數(shù)，改變左右PWM占空比，控制電機速度，然后去控制方向，最終實現(xiàn)智能小車按照路面上的預定軌跡進行行駛。

2.主要內容

路徑規(guī)劃設計主要包括初始化階段和按預定軌跡自動行走兩個階段。智能車能夠根據(jù)路徑設計自動識別設置路線，然后根據(jù)路線走向，實現(xiàn)自動穩(wěn)定的行駛。智能車以AT89C51?單片機作為系統(tǒng)控制中心，采用紅外傳感器獲取賽道的信息，通過調用PWM調用函數(shù)，改變左右PWM占空比，控制電機速度，來對小車的方向進行控制。此外，經過對整個控制軟件進行設計和程序的編寫以及程序的調試，完成軟件和硬件的測試，最終實現(xiàn)車的自動尋跡行駛功能。安裝WIFI視頻傳輸模塊，采用Openwrt視頻攝像頭WiFi模組套件，在WiFi板上運行mjpg-streamer程序可以把USB攝像頭的視頻進行編碼，然后通過WiFi返回給上位機，可以清晰看到智能車行走路徑。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

3.遙控模塊設計

遙控模塊采用HS10-PWM遙控接收器。

（1）遙控器工作電壓：DC?2.8V-3.3V（安裝使用2節(jié)?1.5V?5號電池）

（2）接收主板工作輸入電壓范圍：DC?6.0V-12V?（請使用動力型鋰電池，根據(jù)馬達的電壓和功率選擇適配的電源設備）

（3）接收主板工作輸出電壓電流：5路輸出/每單路輸出電壓和電源輸入電壓相同，其中2個搖桿為電位器油門比例調速控制原理，控制接收板對應的4路輸出的電壓由低拉高來改變電機的轉速;每單路輸出最大峰值電流7A，最大持續(xù)負載電流4A;

（4）遙控頻率：2.4GHZ

（5）實測遙控距離：30-50米（接收板裸露，天線堅起離地高度10厘米，寬敞地面實測遙控距離，加裝信號增強器后遙控距離最遠可以達到500米）;

裝上電池打開開關，遙控器的紅色指示燈開始閃爍，表示信號等待連接中;把接收板的電源線連接好并通電，打開開關，接收板的電源指示燈亮，遙控器紅燈急閃2下后熄滅，表示對頻連接成功，然后就可以開始使用了，按下遙控器的操作桿和按鈕，就能控制接收主板相對應電路輸出電壓。

4.WIFI視頻傳輸模塊設計

4.1WIFI視頻傳輸模塊采用了Openwrt視頻攝像頭WiFi模組套件。

OpenWRT是一個高度模塊化、高度自動化的嵌入式Linux系統(tǒng)，擁有強大的網絡組件和擴展性。OpenWRT不同于其他許多用于路由器的發(fā)行版，它是一個從零開始編寫的、功能齊全的、容易修改的路由器操作系統(tǒng)，可以加快開發(fā)速度，這給開發(fā)者帶來了極大便利。OpenWrt對ARM、X86、MIPS或PowerPC等處理器，都有很好的支持作用。同時附帶3000多種軟件包，囊括從工具鏈（toolchain），到內核（Linux?kernel），到軟件包（packages），再到根文件系統(tǒng)（rootfs）整個體系，用戶可以根據(jù)自身需要，很方便的自定義其功能來制作固件，可以移植各類功能到OpenWrt下也很方便。簡而言之，就是從思科的路由源碼改造過來的，一個適用于某些特定芯片的路由器的小型Linux系統(tǒng)。有了這個系統(tǒng)，路由器就不再具有單一上網功能那么簡單，還可以在上面安裝各種驅動以及程序。把路由器作為平臺，用戶可以自由地加載USB攝像頭、網卡、聲卡等設備。

WiFi板上運行著一款叫做mjpg-streamer的視頻解析軟件程序，是一個優(yōu)秀的開源project，它可以通過HTTP的方式訪問linux上面的兼容攝像頭，它可對USB攝像頭的視頻進行編碼，然后通過WiFi傳輸?shù)缴衔粰C，這樣就可以看到來自智能小車的視頻圖像。同時一般路由器都預留有TTL串口，它可以實現(xiàn)調試或者刷機功能。當把這個TTL串口引出來，然后通過安裝在路由器里面的Ser2net轉發(fā)軟件，就能把來自WiFi信號的指令傳到串口，進行輸出。接上5V電源，及TTL（單片機串口電平信號TX、RX、GND）信號線就可使用，編寫單片機控制程序，下載到單片機芯片上，經安卓手機WIFI就可以控制小車運動，外加高清攝像頭，便可以實時在手機上看到視頻。

4.2?傳輸模塊參數(shù)

攝像頭和WIFI數(shù)傳模塊都采用DC5V電壓供電，攝像頭輸出格式為mjpeg，輸出幀速為30FPS，可以手動調焦，30W高清像素。WIFI數(shù)傳模塊采用TTL串口進行通信，含有64M超大內存處理芯片內置天線，安裝不會阻擋，信號穩(wěn)定且功耗低。

5.避障模塊設計

采用紅外線避障方法，利用單片機產生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進行調制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到障礙物時反射回來。利用一個管發(fā)射另一個管接收，接收管根據(jù)外界紅外線的接收強弱來判斷距離障礙物的遠近。為減小外界可見光對紅外線接收的影響和干擾，使用250Hz的信號對38KHz的載波進行調制，有利于單片機對信號進行處理。紅外線接收管對反射回來的信號進行解調，輸出TTL電平。發(fā)射距離遠近由RW進行調節(jié)，本設計調節(jié)為10cm左右。利用單片機特有的中斷系統(tǒng)，當智能小車遇到障礙物時，控制電機轉速使小車轉彎，改變方向。由于只采用了一組紅外線收發(fā)對管，在避障轉彎方向上，程序采用遇到障礙物向左轉。調試時主要調制發(fā)射頻率為接收頭能接收的頻率，可以用單片機程序解決。發(fā)射信號強弱可改變可調精密電阻值進行調節(jié)。智能車如果多加另外一組紅外收發(fā)對管，即可實現(xiàn)判斷左轉還是右轉功能。

6.路徑規(guī)劃設計

初始化階段：人工根據(jù)目標軌跡穿過遙控車一次，控制器根據(jù)信號強度計算車到各基站的距離，并計算車的坐標位置。控制器還記憶車在初始化階段的坐標位置，并將其存儲為預設軌道自動行走階段：處于自動行走階段的車按照預定的行走路徑行走，控制器判斷車的行走路徑是否偏離預設軌跡，如果偏離預設軌跡，則對車的行走路徑偏離進行處理，在行走過程中，控制器判斷車是否遇到障礙物。如果遇到障礙物，通過調用PWM調用函數(shù)，改變左右PWM占空比控，制汽車繞過障礙物。通過多個基站，在車上放置一個接收機，計算出到各基站的距離，得到車的當前位置。這樣，車軌道可以根據(jù)使用需要任意確定，通過在初始階段駕駛車軌道一次，車可以通過自學習使軌道行走，精度可以達到5cm?左右，當位置達到時，再通過紅外線精確定位，可改變預定路線，遇到障礙物時將繞過。

7.結論

設計5G遠程遙控智能車，著重于其路徑規(guī)劃設計。主要實現(xiàn)三個功能。其一，通過單片機控制，采用紅外線避障方法，利用單片機產生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進行調制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到障礙物時反射回來。利用一個管發(fā)射另一個管接收，接收管根據(jù)外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，實現(xiàn)了避障功能。其二，在WiFi板上運行mjpg-streamer程序可以把USB攝像頭的視頻進行編碼，然后通過WiFi返回給上位機，我們就可以看到來自智能車的視頻圖像，實現(xiàn)了視頻傳輸功能。其三，通過調用PWM調用函數(shù)，改變左右PWM占空比，控制電機速度，加上路徑記憶設計，便可精準按預定路線行駛。系統(tǒng)運行正常，下一步將在無線通信距離及效率方面做進一步改進。

參考文獻

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基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“5G遙控多功能購物智能車”（202110066026）。

作者簡介：高海軍（1997-），男，本科生，自動化專業(yè)。

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“5G遙控多功能購物智能車”（202110066026）。