关于智能跟跑车系统的研究

江西师范大学物理与通信电子学院　张本俊　袁　泉　陈启炜

0　引言

随着嵌入式系统的发展，智能控制的应用领域越来越广泛，它不仅改善了人们的生活品质，同时改变了人们传统的探索发现未知的方式。而随着健康生活理念深入人心，大学校园里的健步走运动兴起，但由于同学的作息时间往往不同，与小伙伴约走变得难上加难。研究一款基于运动目标检测的智能跟跑车属于刚需，解决“约走难”问题，为健步走带来乐趣。

1　系统设计

智能跟跑车系统分为硬件层、操作系统层和软件层三个部分，操作系统完成加载操作后，将启动shell脚本进行硬件功能模块加载，并启动小车控制程序以及用于图像采集的视频解码程序。小车上电后，其通过树莓派摄像头不断将采集到的图像传送给OpenCV视频处理模块。OpenCV接收到图像数据后，通过人物特征值提取技完成用户的特征值提取。而小车控制主程序将利用系统调用进入内核通过硬件驱动完成对相关硬件的控制。另外，可利用手机做WIFI热点，使用Android手机APP利用socket完成与小车间的进程通信，最终实现智能小车的无线控制。右图1是智能跟跑车系统方案框图。

图1　智能跟跑车系统方案框图

2　硬件设计

智能跟跑车使用的硬件包括：树莓派i3b、STM32最小系统、小车底盘、减速直流电机、3.7V锂电池、树莓派CMOS摄像头、L298N电机驱动模块。跟跑车平台采取三轮式的构造，其中万向轮用来保持车身的平衡，另两个则由直流减速电机控制，用来驱动和换向。车身搭载STM32F103主控板和L298N电机驱动模块。其中电机驱动模块的输入电压在实测中为稳定电压，而电路的瞬时电流最大值是工作电流，其额定功率达10W，小车的正常速度1.5m/s。

而小车的前进方式主要是由两个直流减速电机输入的PWM信号决定，所需直流电机的电压信号分别是和。其中，主要用于控制车的速度，用于控制车的转向。当车做直线运动时等式，此时左右两侧的电机输出相同的PWM占空比；当车左右转向运动时，车左右两侧的电机通过输入不相同的PWM占空比，来调整目标和跟跑车之间的夹角，并使该夹角趋向于零度。

图2　运动控制策略流程图

3　软件设计

软件设计上，首先移植OpenCV适合的程序，并从编译环境、硬件驱动、供电设计、RAM、NANDFLASH等硬件方面进行配置，修改启动文件和Makefile文件。再配置环境变量，安装QTcreator，编写Qmake文件，生成对应开发板的QT服务器。针对Linux驱动分以下几个：小车最顶层用户程序、驱动是对小车的行走方面进行操作的驱动；驱动主要是用来采集摄像头的原始图像数据的驱动；未移植的视频服务器源码包和已经移植好的视频服务器源码包。最后利用Andriod Studio软件建立手机安卓端APP。

4　总结

伴随着人们的生活、生产对智能化的要求与日俱增，如今智能机器人发展迅速，各种机器人浮出水面，并且自动追踪技术广泛运用于生产生活的多种场合。本文就“约走难”问题，研究一款能够对特定运动目标实时跟踪的智能车。研究后期，增加跟跑车系统根据不同应用场合的跟跑要求来设置小车的追踪距离和追踪速度等参数的功能，最终实现对运动目标的精准追踪，帮助人们携载物品，解放双手。该跟跑车系统的自动化程度高，成本低，易集成制作，性能优，能够普遍运用到日常生活中。

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