關(guān)于智能跟跑車系統(tǒng)的研究

江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院　張本俊　袁　泉　陳啟煒

0　引言

隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，智能控制的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，它不僅改善了人們的生活品質(zhì)，同時(shí)改變了人們傳統(tǒng)的探索發(fā)現(xiàn)未知的方式。而隨著健康生活理念深入人心，大學(xué)校園里的健步走運(yùn)動(dòng)興起，但由于同學(xué)的作息時(shí)間往往不同，與小伙伴約走變得難上加難。研究一款基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)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(tǒng)設(shè)計(jì)

智能跟跑車系統(tǒng)分為硬件層、操作系統(tǒng)層和軟件層三個(gè)部分，操作系統(tǒng)完成加載操作后，將啟動(dòng)shell腳本進(jìn)行硬件功能模塊加載，并啟動(dòng)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(shù)據(jù)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?qū)⒗孟到y(tǒng)調(diào)用進(jìn)入內(nèi)核通過硬件驅(qū)動(dòng)完成對(duì)相關(guān)硬件的控制。另外，可利用手機(jī)做WIFI熱點(diǎn)，使用Android手機(jī)APP利用socket完成與小車間的進(jìn)程通信，最終實(shí)現(xiàn)智能小車的無線控制。右圖1是智能跟跑車系統(tǒng)方案框圖。

圖1　智能跟跑車系統(tǒng)方案框圖

2　硬件設(shè)計(jì)

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

而小車的前進(jìn)方式主要是由兩個(gè)直流減速電機(jī)輸入的PWM信號(hào)決定，所需直流電機(jī)的電壓信號(hào)分別是和。其中，主要用于控制車的速度，用于控制車的轉(zhuǎn)向。當(dāng)車做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)等式，此時(shí)左右兩側(cè)的電機(jī)輸出相同的PWM占空比；當(dāng)車左右轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，車左右兩側(cè)的電機(jī)通過輸入不相同的PWM占空比，來調(diào)整目標(biāo)和跟跑車之間的夾角，并使該夾角趨向于零度。

圖2　運(yùn)動(dòng)控制策略流程圖

3　軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)上，首先移植OpenCV適合的程序，并從編譯環(huán)境、硬件驅(qū)動(dòng)、供電設(shè)計(jì)、RAM、NANDFLASH等硬件方面進(jìn)行配置，修改啟動(dòng)文件和Makefile文件。再配置環(huán)境變量，安裝QTcreator，編寫Qmake文件，生成對(duì)應(yīng)開發(fā)板的QT服務(wù)器。針對(duì)Linux驅(qū)動(dòng)分以下幾個(gè)：小車最頂層用戶程序、驅(qū)動(dòng)是對(duì)小車的行走方面進(jìn)行操作的驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)主要是用來采集攝像頭的原始圖像數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)；未移植的視頻服務(wù)器源碼包和已經(jīng)移植好的視頻服務(wù)器源碼包。最后利用Andriod Studio軟件建立手機(jī)安卓端APP。

4　總結(jié)

伴隨著人們的生活、生產(chǎn)對(duì)智能化的要求與日俱增，如今智能機(jī)器人發(fā)展迅速，各種機(jī)器人浮出水面，并且自動(dòng)追蹤技術(shù)廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)生活的多種場合。本文就“約走難”問題，研究一款能夠?qū)μ囟ㄟ\(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的智能車。研究后期，增加跟跑車系統(tǒng)根據(jù)不同應(yīng)用場合的跟跑要求來設(shè)置小車的追蹤距離和追蹤速度等參數(shù)的功能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精準(zhǔn)追蹤，幫助人們攜載物品，解放雙手。該跟跑車系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，成本低，易集成制作，性能優(yōu)，能夠普遍運(yùn)用到日常生活中。

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