□ 文代曉麗

智能小車的設(shè)計及應(yīng)用分析

□ 文代曉麗

1. 引言

隨著計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的快速發(fā)展，智能小車在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中扮演越來越重要的角色，已經(jīng)成為移動機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)的普及以及對視頻信息采集的需求，基于Wi-Fi進行實時視頻傳輸?shù)闹悄苄≤囈殉蔀橐环N趨勢。

圖1 系統(tǒng)功能示意圖

2. 系統(tǒng)整體設(shè)計

本系統(tǒng)包括兩大部分：遠程控制中心和智能小車，如圖1所示。遠程控制中心為手機應(yīng)用程序或PC機上位機軟件。用戶通過安裝有上位機軟件的終端設(shè)備與無線路由器進行連接，觀測設(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指令進行分析處理，控制小車的前進方向或反饋信息。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、電機驅(qū)動控制模塊[2]。

2.1智能小車硬件電路設(shè)計

智能小車采用了4WD（四輪驅(qū)動）來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來進行上下行之間的數(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)铰酚善魃稀Ｖ悄苄≤囁枰挠布O(shè)計主要包括單片機、無線路由、驅(qū)動電路和電源模塊。

2.2智能小車軟件程序設(shè)計與遠程控制

智能小車中的單片機主要處理來自無線路由器的指令，判斷指令類型后，通過控制PWM占空比和差速控制來實現(xiàn)控制的目的[4]。智能小車的遠程控制由上位機軟件完成，可以是PC機，也可以是Android平臺下手機終端。上位機軟件主要完成的是對智能小車發(fā)送指令和接收無線路由器傳輸回來的視頻流。同時電腦端的上位機還可以完成對傳輸?shù)囊曨l流進行錄制等一系列處理。上位機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端可以對所觀測到的視頻流進行存儲、拍照等一系列操作，Android平臺下手機終端可以更改為通過手機自帶的水平陀螺儀實現(xiàn)重力控制的目的。PC終端用戶通過將PC機接入無線局域網(wǎng)之后，打開操作界面，選擇Wi-Fi連接方式，開啟視頻，即可對前端設(shè)備進行操作及實時觀測當前環(huán)境。操作界面如圖4所示。Android平臺下手機終端用戶操作流程和PC終端類似，將手機接入無線局域網(wǎng)之后，即可對前端設(shè)備進行操作，操作界面如圖5所示[5]。操作時，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。

智能小車在實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。由于可以實現(xiàn)遠程控制，在智能小車上可以加裝攝像設(shè)備，同時還可以加裝氣體監(jiān)測設(shè)備，通過實時數(shù)據(jù)采集回傳給上位機，分析后對環(huán)境情況進行判定。

（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)境常常無法進行對環(huán)境或者設(shè)備進行直接的接觸式測量，如果智能小車選用適用于特殊環(huán)境下的材料和監(jiān)測探頭，那么利用智能小車可以實現(xiàn)對高溫高壓環(huán)境下各種設(shè)備工作狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

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

圖4 PC終端用戶操作界面

圖5 手機終端用戶操作界面

（4）連續(xù)動態(tài)多方位的實時監(jiān)測。在規(guī)模較大的設(shè)備運轉(zhuǎn)環(huán)境中，加裝固定監(jiān)測設(shè)備將會帶來成本上的巨大消耗，同時對監(jiān)控設(shè)備的維護也是一件困難的事情。利用智能小車加裝監(jiān)控設(shè)備，完全可以實現(xiàn)在某一空間場合內(nèi)進行動態(tài)連續(xù)的多角度實時監(jiān)控。

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

4. 總結(jié)

四輪驅(qū)動小車由于其適應(yīng)性強、靈活性高等特點，被廣泛地用于人力不方便的先行探測等方面。隨著當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能家居技術(shù)的飛速發(fā)展，四輪驅(qū)動小車的遠程觀測成為新的研究重點。本文以四輪驅(qū)動小車為研究對象，結(jié)合Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了相應(yīng)的硬件平臺，構(gòu)建了一個遠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，目前主要研究方向為通信與信息網(wǎng)絡(luò)。)

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[2]李旭東,廖中,浩孟嬌.基于CMOS攝像頭的智能車控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版)，2013(4):414-418.

[3]朱陽，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.

[4]KASZUBIAK J,TORNOW M,KUHN R W,et al.Real-Time Vehicle and Lane Detection with Embedded Hardware[C]. Proceedings of the IEEE Intelligent Vehicles Symposium . 2005:619-624.

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