智能手機(jī)遙控定位履帶車的設(shè)計(jì)

邢鴻成 溫文祥 苑鈞泉 楊 聰 黃恒一 付三麗

（三亞學(xué)院，海南 三亞 572022）

1 引言

隨著科技水平的提高和人類需求的提升，履帶車在我們的生活中的應(yīng)用越來越廣泛。在農(nóng)用方面，履帶式的種植機(jī)、施肥機(jī)、收割機(jī)等都已大量投入使用，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率；在軍用方面，以履帶為底盤的各式戰(zhàn)車和坦克也均已在充分應(yīng)用階段，增加了復(fù)雜地形下部隊(duì)的機(jī)動性和戰(zhàn)斗力，對我國國防事業(yè)有很大的幫助[1]。我國國土遼闊、地形地貌復(fù)雜多樣，丘陵、高原、盆地以及沼澤等復(fù)雜地貌在我國分布較廣，相比于輪式的小車，履帶車可以適應(yīng)上述復(fù)雜多變的地形，解決輪式車不能在復(fù)雜地形中安全快速行駛的問題[3]。然而，大部分智能小車都是通過特定的遙控來控制，控制距離有限，而將現(xiàn)在廣泛使用的WiFi 技術(shù)與履帶車相結(jié)合，不僅可以增大控制距離，還可以利用WiFi遠(yuǎn)程傳輸攝像畫面，降低生產(chǎn)成本，提高小車的便捷性[2]。

2 設(shè)計(jì)流程

2.1 智能小車設(shè)計(jì)思路

智能履帶小車需要最基本的運(yùn)動能力，即前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，底盤采用履帶設(shè)計(jì)，比起輪式小車可以適應(yīng)更多的地形。因?yàn)槭沁h(yuǎn)程操控，無法得知車輛運(yùn)行環(huán)境，所以就需要一個攝像頭來了解車輛所處的環(huán)境，而且需要實(shí)時顯示攝像頭傳輸?shù)漠嬅妫ㄟ^開發(fā)的Android APP 實(shí)現(xiàn)小車的前、后、左、右運(yùn)動，履帶車在APP發(fā)出控制指令后可以快速作出反應(yīng)，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi實(shí)時傳輸，并顯示在APP的控制界面，有利于可視化操作[4]。

2.2 智能車的硬件設(shè)計(jì)

履帶車主要硬件是以STM32芯片為基礎(chǔ)的智能小車控制主板，這是整個智能小車的核心。其他硬件包括電源、定位處理器、攝像頭、WiFi 數(shù)傳模塊、舵機(jī)和機(jī)械臂、電壓顯示器、直流減速電機(jī)。圖1是系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，圖2小車實(shí)物。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

圖2 履帶車實(shí)物圖

2.3 WiFi監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊選用工作電壓5v工作電流1.0A的WiFi智能模塊，從而搭載其模塊來實(shí)現(xiàn)“我的視頻”實(shí)時傳送，WiFi 模塊供電口為5V 電源，TTL 線2 根，GND 線1 條，USB 接口是連接攝像頭的，在本論文設(shè)計(jì)中只需要連接電源，USB 接口連接攝像頭再通過手機(jī)APP連接上設(shè)備的WiFi即可實(shí)時傳輸視頻。

圖3 wifi模塊電源接口實(shí)物圖

圖4 wifi模塊電源接口實(shí)物圖

2.4 智能車定位模塊

定位模塊采用預(yù)先內(nèi)置安卓操作系統(tǒng)的已安裝有百度地圖應(yīng)用的微型嵌入式設(shè)備開啟定位導(dǎo)航模式，并可以通過百度地圖得知小車的位置和記錄小車的運(yùn)動軌跡，而且可以在PC端或手機(jī)登錄百度地圖賬號查看小車的運(yùn)動軌跡[5]。本模塊的主要作用是了解智能履帶小車的實(shí)時位置，方便查看小車的運(yùn)動軌跡。圖5為內(nèi)置導(dǎo)航應(yīng)用的微型定位處理器圖，圖6為用戶在百度地圖上展示的履帶車測試的運(yùn)行軌跡圖。

圖5 內(nèi)置導(dǎo)航應(yīng)用的微型定位處理器

圖6 履帶車測試軌跡圖

2.5 智能車軟件部分

智能車軟件包含兩個部分：一是履帶車控制端APP的開發(fā)，主要采用JAVA語言；二是智能履帶小車的主體芯片控制程序，采用Keil軟件由C語言編寫而成。

2.5.1 智能車APP開發(fā)

履帶車采用Android APP 控制小車的運(yùn)動。通過JDK，Android SDK，ADT 和開發(fā)工具Eclipse 構(gòu)建APP 開發(fā)平臺，采用Java 語言編寫，編寫完程序后，進(jìn)入APP 布局界面進(jìn)行各按鈕的布局，最后將APP 打包，格式為.apk。將該APP 下載安裝到Android 手機(jī)上即可使用[6]。圖7 所示為論文履帶車APP 開發(fā)組件，圖8 為履帶車APP 配置界面，對履帶車主體上搭載的路由器的IP、端口等信息進(jìn)行配置的界面，當(dāng)履帶車的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信信息配置完畢后，即可進(jìn)入履帶車的可視化運(yùn)行控制界面。

圖7 APP開發(fā)組件界面

圖8 APP配置界面

圖7為履帶車APP開發(fā)所需要組件，開發(fā)APP所需要的電腦需要安裝64 位的操作系統(tǒng)，圖8 為履帶車APP 配置界面，配置完履帶車手機(jī)控制端相關(guān)信息，點(diǎn)擊啟動按鍵，即可進(jìn)入APP對履帶車的控制界面

2.5.2 程序流程

論文設(shè)計(jì)的智能履帶通過開發(fā)的android APP實(shí)現(xiàn)小車的前、后、左、右運(yùn)動和機(jī)械臂的張開、閉合，且操作靈敏度較高，履帶車在APP 發(fā)出控制指令后可以快速做出反應(yīng)，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi 實(shí)時傳輸，并顯示在APP的控制界面，有利于可視化操作。程序設(shè)計(jì)流程圖、履帶車主控芯片代碼及APP 控制核心代碼分別如圖9、圖10、圖11所示。

圖9 程序流程圖

圖10、圖11所示為論文設(shè)計(jì)履帶車主控芯片代碼及手機(jī)控制端APP eclipse 開發(fā)平臺履帶車控制核心代碼截圖。用戶端控制手機(jī)通過WIFI與履帶車主控芯片上的WIFI接收器配對成功后，即可通過APP控制履帶車運(yùn)動狀態(tài)的改變[8]。

圖10 主控芯片代碼

圖11 APP控制核心代碼

2.6 履帶車測試

打開小車電源開關(guān)，等待程序初始化，打開手機(jī)連接WiFi，連接成功后打開已經(jīng)安裝好的APP進(jìn)入設(shè)置欄進(jìn)行配置，配置完成，點(diǎn)擊保存之后就進(jìn)入控制界面，如圖12所示為控制界面，此界面顯示了攝像頭傳輸畫面，此外界面上還有前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)按鈕分別用于控制小車的前后左右運(yùn)動。履帶車主控芯片上的路由器支持與該路由器熱點(diǎn)IP 在同一局域網(wǎng)中的終端設(shè)備的圖像監(jiān)控，圖13顯示處于電腦端的履帶車圖像回傳畫面[9,10]。

圖12 履帶車運(yùn)行畫面

圖13 PC端履帶車監(jiān)控回傳畫面

圖12可知用戶可以通過手機(jī)端監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的監(jiān)控及通過手機(jī)APP 界面上的控制按鍵實(shí)現(xiàn)履帶車運(yùn)動狀態(tài)信息的改變，圖13可知論文履帶車可以實(shí)現(xiàn)多平臺對履帶車上配置的攝像頭圖像的回傳監(jiān)控。

3 結(jié)語

論文設(shè)計(jì)了一款通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制及對目標(biāo)區(qū)域圖像的監(jiān)控的抓取履帶車。用戶操作智能手機(jī)應(yīng)用程序通過WiFi遠(yuǎn)程控制小車并在不同道路環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可視化物體的抓取與投放。論文設(shè)計(jì)的小車仍有很大的改進(jìn)空間，如運(yùn)用語音控制小車動作和攝像頭旋轉(zhuǎn)，如增加履帶車更多的控制方式，增加履帶車的控制距離等，相關(guān)功能將在后續(xù)研究中進(jìn)一步探索實(shí)現(xiàn)。相信隨著技術(shù)的成熟，可以解放雙手使控制小車變得更加方便，智能履帶車將會更多地應(yīng)用于人們的生活中。