（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門 529000）

0 引言

目前在超市、商場所見的購物車都是人力手推式的載物車，雖然該類小車可以幫助人們進(jìn)行貨物的運(yùn)輸，但并不能夠解放人們的雙手。迄今為止，關(guān)于智能小車的研究有很多，例如自動避障小車、自動循跡小車等的研發(fā)已經(jīng)很成熟，并且經(jīng)常被應(yīng)用于高職教學(xué)當(dāng)中，但針對無特定軌跡可循的智能跟隨載物車的研究卻少之又少。通過研究發(fā)現(xiàn)超聲波技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)二者相結(jié)合，不僅可以確定特定目標(biāo)的距離和位置，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

基于互聯(lián)網(wǎng)的可遠(yuǎn)程控制智能跟隨載物車能夠很好的解決物件搬運(yùn)問題，并且應(yīng)用范圍較廣，在超市、賓館、飯店、旅店、體育館、醫(yī)院等場所均可得到有效應(yīng)用，機(jī)場運(yùn)輸系統(tǒng)的旅客行李提取運(yùn)輸車等也可以引入該技術(shù)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

基于互聯(lián)網(wǎng)的可遠(yuǎn)程控制智能跟隨載物車主要由主控模塊、電源模塊、圖像模塊、超聲波模塊、速度控制模塊、舵機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、手機(jī)客戶端、Wi-Fi 模塊9 個模塊組成。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。將超聲波發(fā)射探頭作為聲源，固定在特定的目標(biāo)上，然后用2 個超聲波接收探頭代替人耳，2 個超聲波接收探頭之間有一定的間隔距離，分別安裝在載物車上兩側(cè)，該系統(tǒng)采用STM32 控制器，利用雙耳定位原理，可以準(zhǔn)確計(jì)算出特定目標(biāo)的方位和距離，使小車能夠?qū)崿F(xiàn)自動跟隨。通過圖像處理模塊采集小車及小車周圍環(huán)境的動態(tài)數(shù)據(jù)，采用ESP8266 Wi-Fi 通信模塊作為網(wǎng)絡(luò)通信的核心模塊[1]，主要實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端App 和數(shù)據(jù)采集設(shè)備的信息交互，以及手機(jī)客戶端App 對小車轉(zhuǎn)向的實(shí)時遠(yuǎn)程控制，滿足客戶的實(shí)時需求。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制芯片

主控芯片選擇的是STM32F0 系列芯片[2]，該芯片采用的是ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核，該內(nèi)核具有超低功耗，此外，在技術(shù)和功能上也做了整合，并且還大大降低了成本。該芯片存儲資源豐富，具有16K 的FLASH 和4KB 的SRAM。

2.2 圖像模塊

所用的圖像傳感器不僅體積小，而且額定工作電壓低，具備單片VGA 和影像處理器的雙重功能[3]。該模塊VGA 圖像可以高達(dá)到30 fps，用戶在控制圖像質(zhì)量的同時，還可以控制數(shù)據(jù)格式以及傳輸方式。所有圖像處理過程都可以通過SCCB 接口編程。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

2.3 超聲波模塊

采用KS103 超聲波模塊[4]，測量精度平均為0.003 m，最高達(dá)0.001 m，而且相當(dāng)靈敏。具有目前其他同類超聲波模塊產(chǎn)品不具有的性能優(yōu)勢和質(zhì)量保障。具有測量距離、溫度、光強(qiáng)三合一功能。采用數(shù)字輸出方式，根據(jù)不同的測量指令可以直接輸出毫米級的距離或微秒級的時間值。應(yīng)用范圍廣泛，適用于各種測距避障、機(jī)器人領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、測量身高以及日常安防領(lǐng)域等。

2.4 電機(jī)驅(qū)動模塊

所采用的L298N 是ST 公司生產(chǎn)的一種大容量電機(jī)驅(qū)動芯片。它有3 個特點(diǎn)。1）不僅可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)，而且可以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。2）具有2 個使能控制端，用于控制器件工作。3）可以通過外接檢測電阻，將電路中產(chǎn)生的變化量反饋給控制電路。該模塊提供5 V 輸出接口，可直接對5 V 單片機(jī)供電，采用的是雙H 橋驅(qū)動芯片，驅(qū)動部分供電范圍為5 V~35 V，不僅可以控制電動機(jī)的速度，還可以控制方向。

2.5 速度控制模塊

采用YYTB-3 電機(jī)速度控制模塊對小車行走速度進(jìn)行控制，該模塊供電范圍為8 V~27 V，可用12 V 鋰電池進(jìn)行供電，提供9 個檔的任意調(diào)速，等待延時時間范圍為0 ~99 s，帶單次啟動，內(nèi)置8 細(xì)分，定位精準(zhǔn)。

2.6 舵機(jī)控制模塊

利用PCA9685 16 路PWM 舵機(jī)驅(qū)動模塊對小車的方向進(jìn)行控制，該模塊供電范圍為5.0 V~7.2 V，具有32 位高性能處理器，處理數(shù)據(jù)速度快、精度高、性能穩(wěn)定。同時支持USB 接口、TTL 串口、藍(lán)牙等多種通信方式。該模塊可輸出16 kHz 的 PWM 波，在所有的PWM 輸出線上接有一個220 Ω 電阻，該電阻具有保護(hù)功能并能驅(qū)動LED，在V+端口接有一個容量為1 000 μF 的大電容，用于決定外部輸入電壓的大小。

2.7 Wi-Fi模塊

ATK-ESP8266 是正點(diǎn)原子團(tuán)隊(duì)推出的一款高性能的UART to Wi-Fi（串口-無線）模塊，ATK-ESP8266 板載了正點(diǎn)原子團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的ATK-ESP-01 模塊，該模塊通過FCC、CE 認(rèn)證，可直接出口歐美地區(qū)。該模塊采用串口通信，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與Wi-Fi 之間的轉(zhuǎn)換，所以傳統(tǒng)的串口設(shè)備只需做一些串口配置，即可通過Wi-Fi 傳輸數(shù)據(jù)。

3 程序流程設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要有自動跟隨功能和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能2 個功能模塊，如圖2 所示。其中自動跟隨功能的實(shí)現(xiàn)過程為首先采用超聲波傳感器進(jìn)行測距，判斷小車與用戶距離是否大于1 m，如果大于1 m則啟動小車靠近顧客，實(shí)現(xiàn)跟隨功能。如果小于1 m 小車暫時停止，等待用戶再次行走。遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)過程為采用圖形模塊采集當(dāng)前小車所處的環(huán)境信息，通過Wi-Fi 模塊將采集到的信息傳輸?shù)绞謾C(jī)客戶端，由手機(jī)App 監(jiān)控小車當(dāng)前所處的周圍環(huán)境，遠(yuǎn)程控制小車的最優(yōu)行走路徑，實(shí)現(xiàn)對小車的遠(yuǎn)程控制，滿足客戶的實(shí)時需求。2 個功能相輔相成，缺一不可。

圖2 自動跟隨功能和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能流程圖

4 基于互聯(lián)網(wǎng)的可遠(yuǎn)程控制智能跟隨載物車的市場價值分析

4.1 科學(xué)性

該款智能跟隨小車具有反應(yīng)靈敏、定位精準(zhǔn)、實(shí)時跟蹤的特點(diǎn)。該設(shè)計(jì)使用的核心技術(shù)成熟，價格低廉，便于推廣。從它本身所具有的特性來看，不僅可以用于生活場合，還能用于很多的工作場合，例如機(jī)場的行李搬運(yùn)車，各大商場的購物車，還有車間中設(shè)備維修人員用于搬運(yùn)維修工具的小車等，它能很好地解放我們的雙手。如果該產(chǎn)品批量生產(chǎn)的話，成本將大大降低，方便進(jìn)行產(chǎn)品的推廣。因?yàn)槟壳盀橹惯€沒有出現(xiàn)同類產(chǎn)品，所以該產(chǎn)品具有廣闊的市場應(yīng)用前景，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4.2 先進(jìn)性

該設(shè)計(jì)的先進(jìn)之處在于它能根據(jù)人們的要求定位使用者，然后自動靠近并跟隨使用者或者暫時駐留某地?？梢越夥攀褂谜叩碾p手，讓使用者的手中可以拿上其他重要的東西，或者可以干其他的事情，如果是在超市購物的話，就可以提高顧客的購物效率并帶來新的體驗(yàn)，為顧客減輕負(fù)擔(dān)，吸引顧客增加消費(fèi)。

4.3 獨(dú)特性

該設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)智能載物車的自動跟隨，同時也能實(shí)現(xiàn)用戶對小車的遠(yuǎn)程監(jiān)控，這中間的關(guān)鍵技術(shù)包括手機(jī)客戶端App 和圖像模塊。

5 結(jié)語

該設(shè)計(jì)的先進(jìn)性之處在于它能自動定位顧客然后自動跟隨顧客。從某種程度上提高了顧客的市場購物效率，給顧客帶來了一種全新的體驗(yàn)，吸引顧客主動增加消費(fèi)。

該設(shè)計(jì)本身的社會價值就在于可以給人們帶來很多的便利。智能化的編程設(shè)計(jì)可以讓使用這款產(chǎn)品的人們不用再擔(dān)心自身的財物丟失等問題，達(dá)到手空物隨的效果。另外，小車讓使用者解放了自己的雙手，讓使用者手中可以拿上其他的貴重物品，或可以去干其他的事情，提高使用者在市場購物的購物效率，給使用者帶來新的體驗(yàn)。該設(shè)計(jì)目前主要集中應(yīng)用在大型超市的購物車、車間的維修工具搬運(yùn)車等場合，隨著該產(chǎn)品的日益完善，該設(shè)計(jì)將逐漸被應(yīng)用于老人手推輪椅、嬰兒手推車等產(chǎn)品中。未來將會逐步拓展該產(chǎn)品的功能，包括機(jī)場排隊(duì)智能取票功能和行李智能托運(yùn)功能。