仿水雷智能车的上位机设计

韩特 初俊博 刘峥 王勇申 郝正

摘 要：本文针对目前水雷特点及表象特征，设计出一种具有水雷功能的智能車，代替传统意义上的水雷完成相应任务。该仿水雷智能车可以独立完成搜索、识别、确认、跟踪、打击等主要传统水雷的任务。同时通过蓝牙串口通信，完成上位机（PC端）与下位机（智能车）之间的信息交流，对仿水雷智能车当前状况及目标探测情况进行实时监测，适当作出人工干预。

关键词：智能车；C51单片机；上位机C#

中图分类号：TP391 文献标识码：A

一、前言

现代智能机器人基本能按人的指令完成各种比较复杂的工作，如深海探测、作战、侦察、搜集情报、抢险、服务等工作，模拟完成人类不能或不愿完成的任务。而水雷作为一种不引人注意，但又非常有效的水下防御武器，在现代战争中发挥着不可磨灭的作用。

在普通实验和训练模拟过程中，普通水雷不易控制且毁伤性较大，造价昂贵。因此设计一种具有水雷功能的智能机器人，来代替传统水雷完成所既定的任务是非常必要的。它不仅能自主完成工作而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务，而且还具有移动功能、操作功能、感知功能等一般水雷所不具备的功能。它是一种能够实现人机交互军用智能机器人，其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战等任务，能够自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。

二、上位机的功能设计

常见的循迹智能小车只能在简单的“十”或“丁”字路口寻到出口或者在路径中开始循迹和跟踪。而我们在小车上加装红外、碰撞、循迹传感器以及CMOS摄像头等多种传感器，在单片机的管理和相关程序的控制下，能完成自动循迹及在复杂地形的迷宫中寻找目标，跟踪目标及打击目标的功能。

此上位机设计有雷达搜索显示区域、视频跟踪显示区域、目标指示信息显示区域、操作区域等四大区域，可以完成对敌方目标的搜索、识别、确认、跟踪、打击等功能（如图1所示）。利用C#编程，完成仿水雷智能车上位机的设计。通过蓝牙串口连接，实现上位机（PC）与下位机（智能车）之间的通信，实时监测智能车运动情况及对智能车情况做出判断以便及时做出处理。

三、上位机的区域设计

上位机的区域包括搜索显示区域、视频显示区域、目标指示信息显示区域、操作区域等四大区域，如图2所示。

1 搜索显示区域

该区域主要利用仿水雷智能车上的各种传感器，实时监视小车周围环境情况。根据智能车上的传感器排布规律，计算出传感器扫描一周所用的时间，以此作为上位机搜索显示区域中雷达扫描线的扫描频率。雷达扫描线在仿水雷智能车周围360°范围内进行扫描，即可得到智能车附近的情况。在得到该智能车附近环境情况的同时，将得到的目标信息同步显示到该区域中，当扫描线与目标中心点重合时，即搜索到目标，此时立即对目标进行敌我识别，当判断是敌方目标时，立即发出信号传递给智能车，驱动智能车转向使摄像头正对目标，并对敌方目标跟踪，同时将信息传递到信号显示区域。

2 视频显示区域

视频显示区域主要是用来接收智能车上摄像头传输的数据，实时动态显示目标及其周围环境状况，以便智能车进行跟踪和攻击目标。对接收到的摄像头视频信号。

由于仿水雷智能车的摄像头始终正对车体视线前方，所以显示的视频信息是当前智能车正方向的图像。因此，当搜索到敌方目标时，驱动智能车自动转向，使摄像头正对目标方向，完成跟踪任务。

3 目标信息显示区域

当摄像头指向目标时，通过传感器获得目标信息，包括目标的距离，方位等。然后对目标进行编号，在指示信息区域以列表的方式显示目标的批号、距离、方位、速度等运动要素，以便对智能车进行人工操作以及监测运动变化情况。此区域最多可以显示3个目标的运动信息。

4 操作区域

主要是对仿水雷智能车进行操作的主要功能有：

①自动/人工识别目标

当传感器探测到目标时，会向后台上位机发出信号，可以自动或者人工对目标进行识别确认。若选择自动时，自动进行敌我识别；若选择人工，则人为判断是否进行跟踪目标，完成打击任务。

②完成智能车的方向操作

人为的对仿水雷智能车进行前、后、左、右控制，操作智能车的运动状态。

③长动/点动操作

通过选择此模式，可以控制智能车连续行进或者点动行进。若操作方式为长动时，在对智能车进行操作时，点击后智能车会保持运动状态；若操作方式为点动时，在对智能车进行操作时，而是一点一动状态，每次行进5cm。只有连续点击控制按钮才可实现对智能车的连续行进。

④速度显示及控制

对智能车的速度进行实时显示及控制。通过滑轨，可以完成自动或人为的调节仿水雷智能车的速度。

⑤蓝牙串口通讯功能

通过蓝牙连接，实现上位机对下位机的控制以及完成通信功能。

结语

整个上位机的设计以单片机为核心，本上位机能实现如下功能：

（1）上位机接收仿水雷智能车传输的视频信号，并将所获得的目标实时动态的显示到指定区域。

（2）综合利用多种传感器，硬件与软件结合，实现了软件对硬件的综合利用。

（3）下位机与上位机的综合连接，提高了各部分的工作效率。

参考文献

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