5G远程遥控智能车的路径规划设计

高海军 王东成 钟奇 梁瑞

摘要：为了方便人们远程购物，设计5G远程遥控智能车，着重于其路径规划设计。自动识别设置路线，然后根据路线走向，实现快速稳定的寻线行驶。智能车以AT89C51 单片机作为系统控制处理器;采用红外传感器获取路线的信息，再进行对车的速度和方向的控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编写以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的测试融合，最终实现预期功能。

关键词：智能车;远程遥控;路径规划

1.引言

为了方便人们远程购物，设计5G远程遥控智能车。利用红外发射管和接收管模块对路面轨迹进行检测，将接收到的轨迹信息传送到单片机中，然后调用PWM调用函数，改变左右PWM占空比，控制电机速度，然后去控制方向，最终实现智能小车按照路面上的预定轨迹进行行驶。

2.主要内容

路径规划设计主要包括初始化阶段和按预定轨迹自动行走两个阶段。智能车能够根据路径设计自动识别设置路线，然后根据路线走向，实现自动稳定的行驶。智能车以AT89C51 单片机作为系统控制中心，采用红外传感器获取赛道的信息，通过调用PWM调用函数，改变左右PWM占空比，控制电机速度，来对小车的方向进行控制。此外，经过对整个控制软件进行设计和程序的编写以及程序的调试，完成软件和硬件的测试，最终实现车的自动寻迹行驶功能。安装WIFI视频传输模块，采用Openwrt视频摄像头WiFi模组套件，在WiFi板上运行mjpg-streamer程序可以把USB摄像头的视频进行编码，然后通过WiFi返回给上位机，可以清晰看到智能车行走路径。系统总体设计框图如图1所示。

3.遥控模块设计

遥控模块采用HS10-PWM遥控接收器。

（1）遥控器工作电压：DC 2.8V-3.3V（安装使用2节 1.5V 5号电池）

（2）接收主板工作输入电压范围：DC 6.0V-12V （请使用动力型锂电池，根据马达的电压和功率选择适配的电源设备）

（3）接收主板工作输出电压电流：5路输出/每单路输出电压和电源输入电压相同，其中2个摇杆为电位器油门比例调速控制原理，控制接收板对应的4路输出的电压由低拉高来改变电机的转速;每单路输出最大峰值电流7A，最大持续负载电流4A;

（4）遥控频率：2.4GHZ

（5）实测遥控距离：30-50米（接收板裸露，天线坚起离地高度10厘米，宽敞地面实测遥控距离，加装信号增强器后遥控距离最远可以达到500米）;

装上电池打开开关，遥控器的红色指示灯开始闪烁，表示信号等待连接中;把接收板的电源线连接好并通电，打开开关，接收板的电源指示灯亮，遥控器红灯急闪2下后熄灭，表示对频连接成功，然后就可以开始使用了，按下遥控器的操作杆和按钮，就能控制接收主板相对应电路输出电压。

4.WIFI视频传输模块设计

4.1WIFI视频传输模块采用了Openwrt视频摄像头WiFi模组套件。

OpenWRT是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件和扩展性。OpenWRT不同于其他许多用于路由器的发行版，它是一个从零开始编写的、功能齐全的、容易修改的路由器操作系统，可以加快开发速度，这给开发者带来了极大便利。OpenWrt对ARM、X86、MIPS或PowerPC等处理器，都有很好的支持作用。同时附带3000多种软件包，囊括从工具链（toolchain），到内核（Linux kernel），到软件包（packages），再到根文件系统（rootfs）整个体系，用户可以根据自身需要，很方便的自定义其功能来制作固件，可以移植各类功能到OpenWrt下也很方便。简而言之，就是从思科的路由源码改造过来的，一个适用于某些特定芯片的路由器的小型Linux系统。有了这个系统，路由器就不再具有单一上网功能那么简单，还可以在上面安装各种驱动以及程序。把路由器作为平台，用户可以自由地加载USB摄像头、网卡、声卡等设备。

WiFi板上运行着一款叫做mjpg-streamer的视频解析软件程序，是一个优秀的开源project，它可以通过HTTP的方式访问linux上面的兼容摄像头，它可对USB摄像头的视频进行编码，然后通过WiFi传输到上位机，这样就可以看到来自智能小车的视频图像。同时一般路由器都预留有TTL串口，它可以实现调试或者刷机功能。当把这个TTL串口引出来，然后通过安装在路由器里面的Ser2net转发软件，就能把来自WiFi信号的指令传到串口，进行输出。接上5V电源，及TTL（单片机串口电平信号TX、RX、GND）信号线就可使用，编写单片机控制程序，下载到单片机芯片上，经安卓手机WIFI就可以控制小车运动，外加高清摄像头，便可以实时在手机上看到视频。

4.2 传输模块参数

摄像头和WIFI数传模塊都采用DC5V电压供电，摄像头输出格式为mjpeg，输出帧速为30FPS，可以手动调焦，30W高清像素。WIFI数传模块采用TTL串口进行通信，含有64M超大内存处理芯片内置天线，安装不会阻挡，信号稳定且功耗低。

5.避障模块设计

采用红外线避障方法，利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到障碍物时反射回来。利用一个管发射另一个管接收，接收管根据外界红外线的接收强弱来判断距离障碍物的远近。为减小外界可见光对红外线接收的影响和干扰，使用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制，有利于单片机对信号进行处理。红外线接收管对反射回来的信号进行解调，输出TTL电平。发射距离远近由RW进行调节，本设计调节为10cm左右。利用单片机特有的中断系统，当智能小车遇到障碍物时，控制电机转速使小车转弯，改变方向。由于只采用了一组红外线收发对管，在避障转弯方向上，程序采用遇到障碍物向左转。调试时主要调制发射频率为接收头能接收的频率，可以用单片机程序解决。发射信号强弱可改变可调精密电阻值进行调节。智能车如果多加另外一组红外收发对管，即可实现判断左转还是右转功能。

6.路径规划设计

初始化阶段：人工根据目标轨迹穿过遥控车一次，控制器根据信号强度计算车到各基站的距离，并计算车的坐标位置。控制器还记忆车在初始化阶段的坐标位置，并将其存储为预设轨道自动行走阶段：处于自动行走阶段的车按照预定的行走路径行走，控制器判断车的行走路径是否偏离预设轨迹，如果偏离预设轨迹，则对车的行走路径偏离进行处理，在行走过程中，控制器判断车是否遇到障碍物。如果遇到障碍物，通过调用PWM调用函数，改变左右PWM占空比控，制汽车绕过障碍物。通过多个基站，在车上放置一个接收机，计算出到各基站的距离，得到车的当前位置。这样，车轨道可以根据使用需要任意确定，通过在初始阶段驾驶车轨道一次，车可以通过自学习使轨道行走，精度可以达到5cm 左右，当位置达到时，再通过红外线精确定位，可改变预定路线，遇到障碍物时将绕过。

7.结论

设计5G远程遥控智能车，着重于其路径规划设计。主要实现三个功能。其一，通过单片机控制，采用红外线避障方法，利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到障碍物时反射回来。利用一个管发射另一个管接收，接收管根据外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，实现了避障功能。其二，在WiFi板上运行mjpg-streamer程序可以把USB摄像头的视频进行编码，然后通过WiFi返回给上位机，我们就可以看到来自智能车的视频图像，实现了视频传输功能。其三，通过调用PWM调用函数，改变左右PWM占空比，控制电机速度，加上路径记忆设计，便可精准按预定路线行驶。系统运行正常，下一步将在无线通信距离及效率方面做进一步改進。

参考文献

[1]基于PWM调速的智能小车控制系统实现[J]王海波，冯蓉珍，司俊，黄金彪.科技广场 .2011 （11）

[2]基于Android平台的WIFI遥控智能小车的设计[J].张萍，陈国壮，候云雷，李东.计算机测量与控制.2018（06）

[3]基于机器视觉的智能小车自动循迹及避障系统[J].岳俊峰，李秀梅.杭州师范大学学报（自然科学版）.2020（02）

[4]多传感器融合的视觉导航智能车避障仿真研究[J].王檀彬，陈无畏，李进，焦俊.系统仿真学报.2009（04）

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目“5G遥控多功能购物智能车”（202110066026）。

作者简介：高海军（1997-），男，本科生，自动化专业。

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目“5G遥控多功能购物智能车”（202110066026）。