智能手機遙控定位履帶車的設計

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，極大地提高了農業生產效率；在軍用方面，以履帶為底盤的各式戰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斗力，對我國國防事業有很大的幫助[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境，所以就需要一個攝像頭來了解車輛所處的環境，而且需要實時顯示攝像頭傳輸的畫面，通過開發的Android APP 實現小車的前、后、左、右運動，履帶車在APP發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是系統設計框圖，圖2小車實物。

圖1 系統設計框圖

圖2 履帶車實物圖

2.3 WiFi監控模塊

監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“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，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

履帶車采用Android APP 控制小車的運動。通過JDK，Android SDK，ADT 和開發工具Eclipse 構建APP 開發平臺，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開發組件界面

圖8 APP配置界面

圖7為履帶車APP開發所需要組件，開發APP所需要的電腦需要安裝64 位的操作系統，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的android APP實現小車的前、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端履帶車監控回傳畫面

圖12可知用戶可以通過手機端監控畫面實現遠程信息的監控及通過手機APP 界面上的控制按鍵實現履帶車運動狀態信息的改變，圖13可知論文履帶車可以實現多平臺對履帶車上配置的攝像頭圖像的回傳監控。

3 結語

論文設計了一款通過手機實現的遠程控制及對目標區域圖像的監控的抓取履帶車。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境下實現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，相關功能將在后續研究中進一步探索實現。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。