5G遠程遙控多功能購物智能車設計

高海軍　王東成　鐘奇　梁瑞

摘要：隨著疫情的間歇性爆發，防控疫情不能放松，一旦疫情蔓延，人們將受到食品、衣物、住所和交通的限制。為了解決人們在家中與世隔絕的基本生活需求，避免交叉感染，設計一款5G遠程遙控多功能購物智能車。智能車主要包括控制中樞、語音傳送模塊、無線遙控模塊、電機驅動模塊、視頻傳送模塊、防碰撞轉向模塊和自行車身等部分。實現了在測試后的遙控操作、視頻數據傳輸、采購食品等功能，滿足設計要求。

關鍵詞：智能車;遠程遙控;5G

1.引言

由于疫情的出現，人們獲得食物，衣服和住所的機會受到限制。如何解決人們在家中隔離生活的基本問題，避免交叉感染已成為防疫工作的關鍵。為了給人們的生活提供方便，本項目設計了5G遠程遙控多功能購物智能車。智能車具有動力系統（發動機、齒輪），還有一個懸掛系統，高性能輪胎使其具有一定的載貨能力。通過智能語音實時呼叫，360°視頻實時傳輸遙控車輛采購商品，解決生活中的基本問題。這不僅能大大減少不必要的密切接觸，還能大大提高分配的效率，有效地預防和控制病毒的傳播及其蔓延。

2.主要內容

5G遠程遙控多功能購物智能車主要功能具備遙控、語音數據傳輸遙控、躲避障礙、視頻遠程自動遙控等多種實用功能。由兩臺直流發電機驅動，采用傳感器搜集各種信息，送入主控控制單元中。采用數據處理控制系統進行一些相應的數據運算處理操作。設計驅動控制電路模塊進行自動避障。可實現遠程操縱。

3.總體框圖

系統以單片機為主要的控制中心，還包括避障模塊、遠程監測模塊、跟蹤模塊和語音通訊模塊。系統總體設計框圖如圖1所示。

4.單片機核心控制模塊

4.1控制器模塊

本系統是以STC89C51單片機為CPU，是應用最廣泛的8位單片機，當然也是初學者們最容易上手學習的單片機，最早由Intel推出，由于其典型的結構和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統，堪稱為一代“經典”。

51單片機在特性上也有優勢。它的處理對象不是字或字節而是位。不但能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。同時在片內RAM區間還特別開辟了一個雙重功能的地址區間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。

本系統通過一些外圍電路和軟件編程實現避障和遠程遙控的功能。整個設計過程中最大的特點是利用簡單的原理圖將避障，遠程遙控這兩個模塊有效的結合起來，利用經典的H橋路作為小車前進、后退、左右轉編程的理論基礎，提高了效率，降低了編程的復雜度，本系統具有很強的研究的意義。

4.2電機模塊

流采用JGA25-370直流電機。直流電機運轉平穩，精度也有一定的保證。直流電機控制的精確度雖然沒有步進電機那么高，但完全可以滿足設計要求。通過單片機的PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉速度，實現速度的控制。

4.3穩壓器模塊

L7805是最常用的穩壓芯片，本設計中采用12v電池供電，電容C2、C3對輸入到L7805前的直流電進行濾波，之后輸入到L7805，經其穩壓后輸出5V直流電，給單片機供電。

4.4電源模塊

智能車的供電設施是一塊充電電池它有低成本，循環壽命長、無污染、安全性能好、溫度使用范圍廣等特點。最高輸出電壓12V，有很強的續航能力。電機啟動時產生的電壓波動會嚴重影響單片機的正常工作，為了使系統更加穩定，系統采用兩個電源供電。

第一個電源通過三端穩壓器7805穩壓后給單片機和其它電路供電，另外一個電源經7809穩壓后給電機驅動芯片JGA25-370供電，考慮到模塊間的相互干擾問題，兩個電源之間還添加了隔離措施，這樣有效的解決了驅動電路會對單片機最小系統產生干擾的問題，提高了系統的穩定性。電路中的C16濾波電容，可以改善輸出的電壓紋波。C18是當負載電流突變時，為改善電源的動態特性而設的。取值約為100～470uF。C16、C18均為電解電容。在結構上，它們是由兩個電容極板中間加絕緣介質卷繞而成的。因此對電源中的高頻分量、電解電容均含有電感，而集成穩壓器內部帶有負反饋在高頻下，通過C16、C18的耦合可能會使穩壓器的輸出端產生有害振蕩。C17、C19正是為抑制這種振蕩或消除電網串入的高頻干擾而設置的，通常C17、C19取值為0. 1～0.33uF。D1為電源指示燈。由于直流電機在工作時會產生電磁干擾和噪聲，本電路還添加了由C14、C15、L1組成濾波網絡，目的是濾除電機啟動時所產生的尖峰脈沖。

5.電機驅動模塊

MOS直流電機驅動模塊，使用門電路與MOS管組合方式實現電機正反轉、制動及調速控制，有類似L298靈活的控制信號邏輯，是使用門電路實現。使用P、N互補MOS管實現H橋。共有有兩路輸出通道。

6. 避障模塊

選擇漫射和反射型號的光電開關。光電開關是集光電發射機與光電接收器于半身一體的光電檢查控制開關。主要技術工作作用原理是根據控制發射機的光傳感器直接發出的發射光束向光電障礙物內部進行光電反射，由控制接收機信號來自動判斷車內是否的確存在光電障礙物。當沒有光線反彈時，輸出信號頻率通常是低的;所以當光線沒有任何光線反彈，則信號輸出高。單片機系統可以根據車頭部的電壓TT1和高電平信號來對車頭部進行合適的移動控制，避免了車在道路上移動撞擊其他障礙物，因為從汽車接收器主機車頭部信號輸出來的TT1為高電壓水平，有利于對單片機的相關信號數據進行實時處理。

7. 遙控系統

遙控系統主要由三部分組成： 計算機系統部分、無線通信傳輸部分、智能車輛部分。無線收發模塊采用 hx2262 hx2272無線信號編解碼芯片，芯片組采用CMOSI數據和 PIN 地址被編碼為串行代碼，用于 RF或 IR模式應用程序。hx2262 具有一個多達12位的三態字符串地址引腳，提供531441個字符串地址編號，因此極大地降低了任何錯誤的代碼和字符串地址編號。同時 hx2272 對應于各個不同的應用程序也可以進行不同的選擇：各種數據輸入引腳組，鎖存器輸出，瞬時數據輸出。設計采用4路輸入輸出，輸出閉鎖方式。

8.語音控制模塊

本模塊為附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大電路放大信號，使信號經過電容和整流的二極管得到一個電峰值為1V的脈沖信號，并經過74HC04取反后供單片機控制，實現語音控制功能。中間電路為典型的三極管共e極放大電路，其放大倍數可以根據阻值調節來確定。但由于9013管的自身特性，使的其最大的放大電壓為1伏，經過電容的整流濾波形成直流電壓輸入二極管。當話筒沒有接受到一定強度的聲波時，由于二極管的管壓降，使電壓不能經過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數字“1”但當話筒接收到的聲波信號經放大后超過二極管的管壓降，非門的輸入端上有一個正電壓而使輸出端為低電平“0”實現跳變觸發的產生，進而讓單機的中斷口進行判斷，作出響應實現語音控制。

9.結論

5G遠程遙控多功能購物智能車通過單片機控制模塊、電機模塊、電機驅動模塊、電源模塊、避障模塊、遠程遙控以及語音控制模塊已經使小車具有基本的模型，加上小車遇到障礙物后退程序、左右轉向子程序，改變左右PWM占空比，控制電機速度，實現了遠程遙控、避障功能以及語音控制。

參考文獻：

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作者簡介：高海軍（1997-），男，本科生，自動化專業。

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃項目“5G遙控多功能購物智能車”（202110066026）