智能手机遥控定位履带车的设计

邢鸿成 温文祥 苑钧泉 杨 聪 黄恒一 付三丽

（三亚学院，海南 三亚 572022）

1 引言

随着科技水平的提高和人类需求的提升，履带车在我们的生活中的应用越来越广泛。在农用方面，履带式的种植机、施肥机、收割机等都已大量投入使用，极大地提高了农业生产效率；在军用方面，以履带为底盘的各式战车和坦克也均已在充分应用阶段，增加了复杂地形下部队的机动性和战斗力，对我国国防事业有很大的帮助[1]。我国国土辽阔、地形地貌复杂多样，丘陵、高原、盆地以及沼泽等复杂地貌在我国分布较广，相比于轮式的小车，履带车可以适应上述复杂多变的地形，解决轮式车不能在复杂地形中安全快速行驶的问题[3]。然而，大部分智能小车都是通过特定的遥控来控制，控制距离有限，而将现在广泛使用的WiFi 技术与履带车相结合，不仅可以增大控制距离，还可以利用WiFi远程传输摄像画面，降低生产成本，提高小车的便捷性[2]。

2 设计流程

2.1 智能小车设计思路

智能履带小车需要最基本的运动能力，即前进、后退、左转、右转，底盘采用履带设计，比起轮式小车可以适应更多的地形。因为是远程操控，无法得知车辆运行环境，所以就需要一个摄像头来了解车辆所处的环境，而且需要实时显示摄像头传输的画面，通过开发的Android APP 实现小车的前、后、左、右运动，履带车在APP发出控制指令后可以快速作出反应，同时摄像头拍摄的画面可以通过WiFi实时传输，并显示在APP的控制界面，有利于可视化操作[4]。

2.2 智能车的硬件设计

履带车主要硬件是以STM32芯片为基础的智能小车控制主板，这是整个智能小车的核心。其他硬件包括电源、定位处理器、摄像头、WiFi 数传模块、舵机和机械臂、电压显示器、直流减速电机。图1是系统设计框图，图2小车实物。

图1 系统设计框图

图2 履带车实物图

2.3 WiFi监控模块

监控模块选用工作电压5v工作电流1.0A的WiFi智能模块，从而搭载其模块来实现“我的视频”实时传送，WiFi 模块供电口为5V 电源，TTL 线2 根，GND 线1 条，USB 接口是连接摄像头的，在本论文设计中只需要连接电源，USB 接口连接摄像头再通过手机APP连接上设备的WiFi即可实时传输视频。

图3 wifi模块电源接口实物图

图4 wifi模块电源接口实物图

2.4 智能车定位模块

定位模块采用预先内置安卓操作系统的已安装有百度地图应用的微型嵌入式设备开启定位导航模式，并可以通过百度地图得知小车的位置和记录小车的运动轨迹，而且可以在PC端或手机登录百度地图账号查看小车的运动轨迹[5]。本模块的主要作用是了解智能履带小车的实时位置，方便查看小车的运动轨迹。图5为内置导航应用的微型定位处理器图，图6为用户在百度地图上展示的履带车测试的运行轨迹图。

图5 内置导航应用的微型定位处理器

图6 履带车测试轨迹图

2.5 智能车软件部分

智能车软件包含两个部分：一是履带车控制端APP的开发，主要采用JAVA语言；二是智能履带小车的主体芯片控制程序，采用Keil软件由C语言编写而成。

2.5.1 智能车APP开发

履带车采用Android APP 控制小车的运动。通过JDK，Android SDK，ADT 和开发工具Eclipse 构建APP 开发平台，采用Java 语言编写，编写完程序后，进入APP 布局界面进行各按钮的布局，最后将APP 打包，格式为.apk。将该APP 下载安装到Android 手机上即可使用[6]。图7 所示为论文履带车APP 开发组件，图8 为履带车APP 配置界面，对履带车主体上搭载的路由器的IP、端口等信息进行配置的界面，当履带车的相关网络通信信息配置完毕后，即可进入履带车的可视化运行控制界面。

图7 APP开发组件界面

图8 APP配置界面

图7为履带车APP开发所需要组件，开发APP所需要的电脑需要安装64 位的操作系统，图8 为履带车APP 配置界面，配置完履带车手机控制端相关信息，点击启动按键，即可进入APP对履带车的控制界面

2.5.2 程序流程

论文设计的智能履带通过开发的android APP实现小车的前、后、左、右运动和机械臂的张开、闭合，且操作灵敏度较高，履带车在APP 发出控制指令后可以快速做出反应，同时摄像头拍摄的画面可以通过WiFi 实时传输，并显示在APP的控制界面，有利于可视化操作。程序设计流程图、履带车主控芯片代码及APP 控制核心代码分别如图9、图10、图11所示。

图9 程序流程图

图10、图11所示为论文设计履带车主控芯片代码及手机控制端APP eclipse 开发平台履带车控制核心代码截图。用户端控制手机通过WIFI与履带车主控芯片上的WIFI接收器配对成功后，即可通过APP控制履带车运动状态的改变[8]。

图10 主控芯片代码

图11 APP控制核心代码

2.6 履带车测试

打开小车电源开关，等待程序初始化，打开手机连接WiFi，连接成功后打开已经安装好的APP进入设置栏进行配置，配置完成，点击保存之后就进入控制界面，如图12所示为控制界面，此界面显示了摄像头传输画面，此外界面上还有前进，后退，左转，右转按钮分别用于控制小车的前后左右运动。履带车主控芯片上的路由器支持与该路由器热点IP 在同一局域网中的终端设备的图像监控，图13显示处于电脑端的履带车图像回传画面[9,10]。

图12 履带车运行画面

图13 PC端履带车监控回传画面

图12可知用户可以通过手机端监控画面实现远程信息的监控及通过手机APP 界面上的控制按键实现履带车运动状态信息的改变，图13可知论文履带车可以实现多平台对履带车上配置的摄像头图像的回传监控。

3 结语

论文设计了一款通过手机实现的远程控制及对目标区域图像的监控的抓取履带车。用户操作智能手机应用程序通过WiFi远程控制小车并在不同道路环境下实现可视化物体的抓取与投放。论文设计的小车仍有很大的改进空间，如运用语音控制小车动作和摄像头旋转，如增加履带车更多的控制方式，增加履带车的控制距离等，相关功能将在后续研究中进一步探索实现。相信随着技术的成熟，可以解放双手使控制小车变得更加方便，智能履带车将会更多地应用于人们的生活中。