基于互聯網的可遠程控制智能跟隨載物車

（江門職業技術學院，廣東 江門 529000）

0 引言

目前在超市、商場所見的購物車都是人力手推式的載物車，雖然該類小車可以幫助人們進行貨物的運輸，但并不能夠解放人們的雙手。迄今為止，關于智能小車的研究有很多，例如自動避障小車、自動循跡小車等的研發已經很成熟，并且經常被應用于高職教學當中，但針對無特定軌跡可循的智能跟隨載物車的研究卻少之又少。通過研究發現超聲波技術和互聯網技術二者相結合，不僅可以確定特定目標的距離和位置，還可以進行遠程監控。

基于互聯網的可遠程控制智能跟隨載物車能夠很好的解決物件搬運問題，并且應用范圍較廣，在超市、賓館、飯店、旅店、體育館、醫院等場所均可得到有效應用，機場運輸系統的旅客行李提取運輸車等也可以引入該技術。

1 系統整體設計框圖

基于互聯網的可遠程控制智能跟隨載物車主要由主控模塊、電源模塊、圖像模塊、超聲波模塊、速度控制模塊、舵機控制模塊、電機驅動模塊、手機客戶端、Wi-Fi 模塊9 個模塊組成。系統整體設計框圖如圖1 所示。將超聲波發射探頭作為聲源，固定在特定的目標上，然后用2 個超聲波接收探頭代替人耳，2 個超聲波接收探頭之間有一定的間隔距離，分別安裝在載物車上兩側，該系統采用STM32 控制器，利用雙耳定位原理，可以準確計算出特定目標的方位和距離，使小車能夠實現自動跟隨。通過圖像處理模塊采集小車及小車周圍環境的動態數據，采用ESP8266 Wi-Fi 通信模塊作為網絡通信的核心模塊[1]，主要實現手機客戶端App 和數據采集設備的信息交互，以及手機客戶端App 對小車轉向的實時遠程控制，滿足客戶的實時需求。

2 硬件設計

2.1 控制芯片

主控芯片選擇的是STM32F0 系列芯片[2]，該芯片采用的是ARM Cortex-M0 處理器內核，該內核具有超低功耗，此外，在技術和功能上也做了整合，并且還大大降低了成本。該芯片存儲資源豐富，具有16K 的FLASH 和4KB 的SRAM。

2.2 圖像模塊

所用的圖像傳感器不僅體積小，而且額定工作電壓低，具備單片VGA 和影像處理器的雙重功能[3]。該模塊VGA 圖像可以高達到30 fps，用戶在控制圖像質量的同時，還可以控制數據格式以及傳輸方式。所有圖像處理過程都可以通過SCCB 接口編程。

圖1 系統整體設計框圖

2.3 超聲波模塊

采用KS103 超聲波模塊[4]，測量精度平均為0.003 m，最高達0.001 m，而且相當靈敏。具有目前其他同類超聲波模塊產品不具有的性能優勢和質量保障。具有測量距離、溫度、光強三合一功能。采用數字輸出方式，根據不同的測量指令可以直接輸出毫米級的距離或微秒級的時間值。應用范圍廣泛，適用于各種測距避障、機器人領域、工業領域、測量身高以及日常安防領域等。

2.4 電機驅動模塊

所采用的L298N 是ST 公司生產的一種大容量電機驅動芯片。它有3 個特點。1）不僅可以用來驅動直流電動機，而且可以驅動步進電動機。2）具有2 個使能控制端，用于控制器件工作。3）可以通過外接檢測電阻，將電路中產生的變化量反饋給控制電路。該模塊提供5 V 輸出接口，可直接對5 V 單片機供電，采用的是雙H 橋驅動芯片，驅動部分供電范圍為5 V~35 V，不僅可以控制電動機的速度，還可以控制方向。

2.5 速度控制模塊

采用YYTB-3 電機速度控制模塊對小車行走速度進行控制，該模塊供電范圍為8 V~27 V，可用12 V 鋰電池進行供電，提供9 個檔的任意調速，等待延時時間范圍為0 ~99 s，帶單次啟動，內置8 細分，定位精準。

2.6 舵機控制模塊

利用PCA9685 16 路PWM 舵機驅動模塊對小車的方向進行控制，該模塊供電范圍為5.0 V~7.2 V，具有32 位高性能處理器，處理數據速度快、精度高、性能穩定。同時支持USB 接口、TTL 串口、藍牙等多種通信方式。該模塊可輸出16 kHz 的 PWM 波，在所有的PWM 輸出線上接有一個220 Ω 電阻，該電阻具有保護功能并能驅動LED，在V+端口接有一個容量為1 000 μF 的大電容，用于決定外部輸入電壓的大小。

2.7 Wi-Fi模塊

ATK-ESP8266 是正點原子團隊推出的一款高性能的UART to Wi-Fi（串口-無線）模塊，ATK-ESP8266 板載了正點原子團隊自主開發的ATK-ESP-01 模塊，該模塊通過FCC、CE 認證，可直接出口歐美地區。該模塊采用串口通信，能夠實現串口與Wi-Fi 之間的轉換，所以傳統的串口設備只需做一些串口配置，即可通過Wi-Fi 傳輸數據。

3 程序流程設計

該系統主要有自動跟隨功能和遠程監控功能2 個功能模塊，如圖2 所示。其中自動跟隨功能的實現過程為首先采用超聲波傳感器進行測距，判斷小車與用戶距離是否大于1 m，如果大于1 m則啟動小車靠近顧客，實現跟隨功能。如果小于1 m 小車暫時停止，等待用戶再次行走。遠程監控功能的實現過程為采用圖形模塊采集當前小車所處的環境信息，通過Wi-Fi 模塊將采集到的信息傳輸到手機客戶端，由手機App 監控小車當前所處的周圍環境，遠程控制小車的最優行走路徑，實現對小車的遠程控制，滿足客戶的實時需求。2 個功能相輔相成，缺一不可。

圖2 自動跟隨功能和遠程監控功能流程圖

4 基于互聯網的可遠程控制智能跟隨載物車的市場價值分析

4.1 科學性

該款智能跟隨小車具有反應靈敏、定位精準、實時跟蹤的特點。該設計使用的核心技術成熟，價格低廉，便于推廣。從它本身所具有的特性來看，不僅可以用于生活場合，還能用于很多的工作場合，例如機場的行李搬運車，各大商場的購物車，還有車間中設備維修人員用于搬運維修工具的小車等，它能很好地解放我們的雙手。如果該產品批量生產的話，成本將大大降低，方便進行產品的推廣。因為目前為止還沒有出現同類產品，所以該產品具有廣闊的市場應用前景，具有很好的經濟效益和社會效益。

4.2 先進性

該設計的先進之處在于它能根據人們的要求定位使用者，然后自動靠近并跟隨使用者或者暫時駐留某地。可以解放使用者的雙手，讓使用者的手中可以拿上其他重要的東西，或者可以干其他的事情，如果是在超市購物的話，就可以提高顧客的購物效率并帶來新的體驗，為顧客減輕負擔，吸引顧客增加消費。

4.3 獨特性

該設計不僅可以實現智能載物車的自動跟隨，同時也能實現用戶對小車的遠程監控，這中間的關鍵技術包括手機客戶端App 和圖像模塊。

5 結語

該設計的先進性之處在于它能自動定位顧客然后自動跟隨顧客。從某種程度上提高了顧客的市場購物效率，給顧客帶來了一種全新的體驗，吸引顧客主動增加消費。

該設計本身的社會價值就在于可以給人們帶來很多的便利。智能化的編程設計可以讓使用這款產品的人們不用再擔心自身的財物丟失等問題，達到手空物隨的效果。另外，小車讓使用者解放了自己的雙手，讓使用者手中可以拿上其他的貴重物品，或可以去干其他的事情，提高使用者在市場購物的購物效率，給使用者帶來新的體驗。該設計目前主要集中應用在大型超市的購物車、車間的維修工具搬運車等場合，隨著該產品的日益完善，該設計將逐漸被應用于老人手推輪椅、嬰兒手推車等產品中。未來將會逐步拓展該產品的功能，包括機場排隊智能取票功能和行李智能托運功能。