邢鴻成 溫文祥 苑鈞泉 楊 聰 黃恒一 付三麗

（三亞學院，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用越來越廣泛。在農用方面，履帶式的種植機、施肥機、收割機等都已大量投入使用，極大地提高了農業(yè)生產效率；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用階段，增加了復雜地形下部隊的機動性和戰(zhàn)斗力，對我國國防事業(yè)有很大的幫助[1]。我國國土遼闊、地形地貌復雜多樣，丘陵、高原、盆地以及沼澤等復雜地貌在我國分布較廣，相比于輪式的小車，履帶車可以適應上述復雜多變的地形，解決輪式車不能在復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 技術與履帶車相結合，不僅可以增大控制距離，還可以利用WiFi遠程傳輸攝像畫面，降低生產成本，提高小車的便捷性[2]。

2 設計流程

2.1 智能小車設計思路

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

2.2 智能車的硬件設計

履帶車主要硬件是以STM32芯片為基礎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、舵機和機械臂、電壓顯示器、直流減速電機。圖1是系統(tǒng)設計框圖，圖2小車實物。

圖1 系統(tǒng)設計框圖

圖2 履帶車實物圖

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現(xiàn)“我的視頻”實時傳送，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，在本論文設計中只需要連接電源，USB 接口連接攝像頭再通過手機APP連接上設備的WiFi即可實時傳輸視頻。

圖3 wifi模塊電源接口實物圖

圖4 wifi模塊電源接口實物圖

2.4 智能車定位模塊

定位模塊采用預先內置安卓操作系統(tǒng)的已安裝有百度地圖應用的微型嵌入式設備開啟定位導航模式，并可以通過百度地圖得知小車的位置和記錄小車的運動軌跡，而且可以在PC端或手機登錄百度地圖賬號查看小車的運動軌跡[5]。本模塊的主要作用是了解智能履帶小車的實時位置，方便查看小車的運動軌跡。圖5為內置導航應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行軌跡圖。

圖5 內置導航應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 控制小車的運動。通過JDK，Android SDK，ADT 和開發(fā)工具Eclipse 構建APP 開發(fā)平臺，采用Java 語言編寫，編寫完程序后，進入APP 布局界面進行各按鈕的布局，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、端口等信息進行配置的界面，當履帶車的相關網絡通信信息配置完畢后，即可進入履帶車的可視化運行控制界面。

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，配置完履帶車手機控制端相關信息，點擊啟動按鍵，即可進入APP對履帶車的控制界面

2.5.2 程序流程

論文設計的智能履帶通過開發(fā)的android APP實現(xiàn)小車的前、后、左、右運動和機械臂的張開、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，同時攝像頭拍攝的畫面可以通過WiFi 實時傳輸，并顯示在APP的控制界面，有利于可視化操作。程序設計流程圖、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所示為論文設計履帶車主控芯片代碼及手機控制端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，等待程序初始化，打開手機連接WiFi，連接成功后打開已經安裝好的APP進入設置欄進行配置，配置完成，點擊保存之后就進入控制界面，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，后退，左轉，右轉按鈕分別用于控制小車的前后左右運動。履帶車主控芯片上的路由器支持與該路由器熱點IP 在同一局域網中的終端設備的圖像監(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端監(jiān)控畫面實現(xiàn)遠程信息的監(jiān)控及通過手機APP 界面上的控制按鍵實現(xiàn)履帶車運動狀態(tài)信息的改變，圖13可知論文履帶車可以實現(xiàn)多平臺對履帶車上配置的攝像頭圖像的回傳監(jiān)控。

3 結語

論文設計了一款通過手機實現(xiàn)的遠程控制及對目標區(qū)域圖像的監(jiān)控的抓取履帶車。用戶操作智能手機應用程序通過WiFi遠程控制小車并在不同道路環(huán)境下實現(xiàn)可視化物體的抓取與投放。論文設計的小車仍有很大的改進空間，如運用語音控制小車動作和攝像頭旋轉，如增加履帶車更多的控制方式，增加履帶車的控制距離等，相關功能將在后續(xù)研究中進一步探索實現(xiàn)。相信隨著技術的成熟，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用于人們的生活中。