關于智能跟跑車系統的研究

江西師范大學物理與通信電子學院　張本俊　袁　泉　陳啟煒

0　引言

隨著嵌入式系統的發展，智能控制的應用領域越來越廣泛，它不僅改善了人們的生活品質，同時改變了人們傳統的探索發現未知的方式。而隨著健康生活理念深入人心，大學校園里的健步走運動興起，但由于同學的作息時間往往不同，與小伙伴約走變得難上加難。研究一款基于運動目標檢測的智能跟跑車屬于剛需，解決“約走難”問題，為健步走帶來樂趣。

1　系統設計

智能跟跑車系統分為硬件層、操作系統層和軟件層三個部分，操作系統完成加載操作后，將啟動shell腳本進行硬件功能模塊加載，并啟動小車控制程序以及用于圖像采集的視頻解碼程序。小車上電后，其通過樹莓派攝像頭不斷將采集到的圖像傳送給OpenCV視頻處理模塊。OpenCV接收到圖像數據后，通過人物特征值提取技完成用戶的特征值提取。而小車控制主程序將利用系統調用進入內核通過硬件驅動完成對相關硬件的控制。另外，可利用手機做WIFI熱點，使用Android手機APP利用socket完成與小車間的進程通信，最終實現智能小車的無線控制。右圖1是智能跟跑車系統方案框圖。

圖1　智能跟跑車系統方案框圖

2　硬件設計

智能跟跑車使用的硬件包括：樹莓派i3b、STM32最小系統、小車底盤、減速直流電機、3.7V鋰電池、樹莓派CMOS攝像頭、L298N電機驅動模塊。跟跑車平臺采取三輪式的構造，其中萬向輪用來保持車身的平衡，另兩個則由直流減速電機控制，用來驅動和換向。車身搭載STM32F103主控板和L298N電機驅動模塊。其中電機驅動模塊的輸入電壓在實測中為穩定電壓，而電路的瞬時電流最大值是工作電流，其額定功率達10W，小車的正常速度1.5m/s。

而小車的前進方式主要是由兩個直流減速電機輸入的PWM信號決定，所需直流電機的電壓信號分別是和。其中，主要用于控制車的速度，用于控制車的轉向。當車做直線運動時等式，此時左右兩側的電機輸出相同的PWM占空比；當車左右轉向運動時，車左右兩側的電機通過輸入不相同的PWM占空比，來調整目標和跟跑車之間的夾角，并使該夾角趨向于零度。

圖2　運動控制策略流程圖

3　軟件設計

軟件設計上，首先移植OpenCV適合的程序，并從編譯環境、硬件驅動、供電設計、RAM、NANDFLASH等硬件方面進行配置，修改啟動文件和Makefile文件。再配置環境變量，安裝QTcreator，編寫Qmake文件，生成對應開發板的QT服務器。針對Linux驅動分以下幾個：小車最頂層用戶程序、驅動是對小車的行走方面進行操作的驅動；驅動主要是用來采集攝像頭的原始圖像數據的驅動；未移植的視頻服務器源碼包和已經移植好的視頻服務器源碼包。最后利用Andriod Studio軟件建立手機安卓端APP。

4　總結

伴隨著人們的生活、生產對智能化的要求與日俱增，如今智能機器人發展迅速，各種機器人浮出水面，并且自動追蹤技術廣泛運用于生產生活的多種場合。本文就“約走難”問題，研究一款能夠對特定運動目標實時跟蹤的智能車。研究后期，增加跟跑車系統根據不同應用場合的跟跑要求來設置小車的追蹤距離和追蹤速度等參數的功能，最終實現對運動目標的精準追蹤，幫助人們攜載物品，解放雙手。該跟跑車系統的自動化程度高，成本低，易集成制作，性能優，能夠普遍運用到日常生活中。

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