韓特 初俊博 劉崢 王勇申 郝正

摘 要：本文針對(duì)目前水雷特點(diǎn)及表象特征，設(shè)計(jì)出一種具有水雷功能的智能車，代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的水雷完成相應(yīng)任務(wù)。該仿水雷智能車可以獨(dú)立完成搜索、識(shí)別、確認(rèn)、跟蹤、打擊等主要傳統(tǒng)水雷的任務(wù)。同時(shí)通過藍(lán)牙串口通信，完成上位機(jī)（PC端）與下位機(jī)（智能車）之間的信息交流，對(duì)仿水雷智能車當(dāng)前狀況及目標(biāo)探測(cè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，適當(dāng)作出人工干預(yù)。

關(guān)鍵詞：智能車；C51單片機(jī)；上位機(jī)C#

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

現(xiàn)代智能機(jī)器人基本能按人的指令完成各種比較復(fù)雜的工作，如深海探測(cè)、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報(bào)、搶險(xiǎn)、服務(wù)等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務(wù)。而水雷作為一種不引人注意，但又非常有效的水下防御武器，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著不可磨滅的作用。

在普通實(shí)驗(yàn)和訓(xùn)練模擬過程中，普通水雷不易控制且毀傷性較大，造價(jià)昂貴。因此設(shè)計(jì)一種具有水雷功能的智能機(jī)器人，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)水雷完成所既定的任務(wù)是非常必要的。它不僅能自主完成工作而且能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)，而且還具有移動(dòng)功能、操作功能、感知功能等一般水雷所不具備的功能。它是一種能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互軍用智能機(jī)器人，其特點(diǎn)是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)等任務(wù)，能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。

二、上位機(jī)的功能設(shè)計(jì)

常見的循跡智能小車只能在簡(jiǎn)單的“十”或“丁”字路口尋到出口或者在路徑中開始循跡和跟蹤。而我們?cè)谛≤嚿霞友b紅外、碰撞、循跡傳感器以及CMOS攝像頭等多種傳感器，在單片機(jī)的管理和相關(guān)程序的控制下，能完成自動(dòng)循跡及在復(fù)雜地形的迷宮中尋找目標(biāo)，跟蹤目標(biāo)及打擊目標(biāo)的功能。

此上位機(jī)設(shè)計(jì)有雷達(dá)搜索顯示區(qū)域、視頻跟蹤顯示區(qū)域、目標(biāo)指示信息顯示區(qū)域、操作區(qū)域等四大區(qū)域，可以完成對(duì)敵方目標(biāo)的搜索、識(shí)別、確認(rèn)、跟蹤、打擊等功能（如圖1所示）。利用C#編程，完成仿水雷智能車上位機(jī)的設(shè)計(jì)。通過藍(lán)牙串口連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)（PC）與下位機(jī)（智能車）之間的通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能車運(yùn)動(dòng)情況及對(duì)智能車情況做出判斷以便及時(shí)做出處理。

三、上位機(jī)的區(qū)域設(shè)計(jì)

上位機(jī)的區(qū)域包括搜索顯示區(qū)域、視頻顯示區(qū)域、目標(biāo)指示信息顯示區(qū)域、操作區(qū)域等四大區(qū)域，如圖2所示。

1 搜索顯示區(qū)域

該區(qū)域主要利用仿水雷智能車上的各種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)視小車周圍環(huán)境情況。根據(jù)智能車上的傳感器排布規(guī)律，計(jì)算出傳感器掃描一周所用的時(shí)間，以此作為上位機(jī)搜索顯示區(qū)域中雷達(dá)掃描線的掃描頻率。雷達(dá)掃描線在仿水雷智能車周圍360°范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，即可得到智能車附近的情況。在得到該智能車附近環(huán)境情況的同時(shí)，將得到的目標(biāo)信息同步顯示到該區(qū)域中，當(dāng)掃描線與目標(biāo)中心點(diǎn)重合時(shí)，即搜索到目標(biāo)，此時(shí)立即對(duì)目標(biāo)進(jìn)行敵我識(shí)別，當(dāng)判斷是敵方目標(biāo)時(shí)，立即發(fā)出信號(hào)傳遞給智能車，驅(qū)動(dòng)智能車轉(zhuǎn)向使攝像頭正對(duì)目標(biāo)，并對(duì)敵方目標(biāo)跟蹤，同時(shí)將信息傳遞到信號(hào)顯示區(qū)域。

2 視頻顯示區(qū)域

視頻顯示區(qū)域主要是用來接收智能車上攝像頭傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示目標(biāo)及其周圍環(huán)境狀況，以便智能車進(jìn)行跟蹤和攻擊目標(biāo)。對(duì)接收到的攝像頭視頻信號(hào)。

由于仿水雷智能車的攝像頭始終正對(duì)車體視線前方，所以顯示的視頻信息是當(dāng)前智能車正方向的圖像。因此，當(dāng)搜索到敵方目標(biāo)時(shí)，驅(qū)動(dòng)智能車自動(dòng)轉(zhuǎn)向，使攝像頭正對(duì)目標(biāo)方向，完成跟蹤任務(wù)。

3 目標(biāo)信息顯示區(qū)域

當(dāng)攝像頭指向目標(biāo)時(shí)，通過傳感器獲得目標(biāo)信息，包括目標(biāo)的距離，方位等。然后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行編號(hào)，在指示信息區(qū)域以列表的方式顯示目標(biāo)的批號(hào)、距離、方位、速度等運(yùn)動(dòng)要素，以便對(duì)智能車進(jìn)行人工操作以及監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)變化情況。此區(qū)域最多可以顯示3個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息。

4 操作區(qū)域

主要是對(duì)仿水雷智能車進(jìn)行操作的主要功能有：

①自動(dòng)/人工識(shí)別目標(biāo)

當(dāng)傳感器探測(cè)到目標(biāo)時(shí)，會(huì)向后臺(tái)上位機(jī)發(fā)出信號(hào)，可以自動(dòng)或者人工對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別確認(rèn)。若選擇自動(dòng)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行敵我識(shí)別；若選擇人工，則人為判斷是否進(jìn)行跟蹤目標(biāo)，完成打擊任務(wù)。

②完成智能車的方向操作

人為的對(duì)仿水雷智能車進(jìn)行前、后、左、右控制，操作智能車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

③長動(dòng)/點(diǎn)動(dòng)操作

通過選擇此模式，可以控制智能車連續(xù)行進(jìn)或者點(diǎn)動(dòng)行進(jìn)。若操作方式為長動(dòng)時(shí)，在對(duì)智能車進(jìn)行操作時(shí)，點(diǎn)擊后智能車會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；若操作方式為點(diǎn)動(dòng)時(shí)，在對(duì)智能車進(jìn)行操作時(shí)，而是一點(diǎn)一動(dòng)狀態(tài)，每次行進(jìn)5cm。只有連續(xù)點(diǎn)擊控制按鈕才可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車的連續(xù)行進(jìn)。

④速度顯示及控制

對(duì)智能車的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及控制。通過滑軌，可以完成自動(dòng)或人為的調(diào)節(jié)仿水雷智能車的速度。

⑤藍(lán)牙串口通訊功能

通過藍(lán)牙連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制以及完成通信功能。

結(jié)語

整個(gè)上位機(jī)的設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，本上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）上位機(jī)接收仿水雷智能車傳輸?shù)囊曨l信號(hào)，并將所獲得的目標(biāo)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示到指定區(qū)域。

（2）綜合利用多種傳感器，硬件與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了軟件對(duì)硬件的綜合利用。

（3）下位機(jī)與上位機(jī)的綜合連接，提高了各部分的工作效率。

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