基于互联网的可远程控制智能跟随载物车

（江门职业技术学院，广东 江门 529000）

0 引言

目前在超市、商场所见的购物车都是人力手推式的载物车，虽然该类小车可以帮助人们进行货物的运输，但并不能够解放人们的双手。迄今为止，关于智能小车的研究有很多，例如自动避障小车、自动循迹小车等的研发已经很成熟，并且经常被应用于高职教学当中，但针对无特定轨迹可循的智能跟随载物车的研究却少之又少。通过研究发现超声波技术和互联网技术二者相结合，不仅可以确定特定目标的距离和位置，还可以进行远程监控。

基于互联网的可远程控制智能跟随载物车能够很好的解决物件搬运问题，并且应用范围较广，在超市、宾馆、饭店、旅店、体育馆、医院等场所均可得到有效应用，机场运输系统的旅客行李提取运输车等也可以引入该技术。

1 系统整体设计框图

基于互联网的可远程控制智能跟随载物车主要由主控模块、电源模块、图像模块、超声波模块、速度控制模块、舵机控制模块、电机驱动模块、手机客户端、Wi-Fi 模块9 个模块组成。系统整体设计框图如图1 所示。将超声波发射探头作为声源，固定在特定的目标上，然后用2 个超声波接收探头代替人耳，2 个超声波接收探头之间有一定的间隔距离，分别安装在载物车上两侧，该系统采用STM32 控制器，利用双耳定位原理，可以准确计算出特定目标的方位和距离，使小车能够实现自动跟随。通过图像处理模块采集小车及小车周围环境的动态数据，采用ESP8266 Wi-Fi 通信模块作为网络通信的核心模块[1]，主要实现手机客户端App 和数据采集设备的信息交互，以及手机客户端App 对小车转向的实时远程控制，满足客户的实时需求。

2 硬件设计

2.1 控制芯片

主控芯片选择的是STM32F0 系列芯片[2]，该芯片采用的是ARM Cortex-M0 处理器内核，该内核具有超低功耗，此外，在技术和功能上也做了整合，并且还大大降低了成本。该芯片存储资源丰富，具有16K 的FLASH 和4KB 的SRAM。

2.2 图像模块

所用的图像传感器不仅体积小，而且额定工作电压低，具备单片VGA 和影像处理器的双重功能[3]。该模块VGA 图像可以高达到30 fps，用户在控制图像质量的同时，还可以控制数据格式以及传输方式。所有图像处理过程都可以通过SCCB 接口编程。

图1 系统整体设计框图

2.3 超声波模块

采用KS103 超声波模块[4]，测量精度平均为0.003 m，最高达0.001 m，而且相当灵敏。具有目前其他同类超声波模块产品不具有的性能优势和质量保障。具有测量距离、温度、光强三合一功能。采用数字输出方式，根据不同的测量指令可以直接输出毫米级的距离或微秒级的时间值。应用范围广泛，适用于各种测距避障、机器人领域、工业领域、测量身高以及日常安防领域等。

2.4 电机驱动模块

所采用的L298N 是ST 公司生产的一种大容量电机驱动芯片。它有3 个特点。1）不仅可以用来驱动直流电动机，而且可以驱动步进电动机。2）具有2 个使能控制端，用于控制器件工作。3）可以通过外接检测电阻，将电路中产生的变化量反馈给控制电路。该模块提供5 V 输出接口，可直接对5 V 单片机供电，采用的是双H 桥驱动芯片，驱动部分供电范围为5 V~35 V，不仅可以控制电动机的速度，还可以控制方向。

2.5 速度控制模块

采用YYTB-3 电机速度控制模块对小车行走速度进行控制，该模块供电范围为8 V~27 V，可用12 V 锂电池进行供电，提供9 个档的任意调速，等待延时时间范围为0 ~99 s，带单次启动，内置8 细分，定位精准。

2.6 舵机控制模块

利用PCA9685 16 路PWM 舵机驱动模块对小车的方向进行控制，该模块供电范围为5.0 V~7.2 V，具有32 位高性能处理器，处理数据速度快、精度高、性能稳定。同时支持USB 接口、TTL 串口、蓝牙等多种通信方式。该模块可输出16 kHz 的 PWM 波，在所有的PWM 输出线上接有一个220 Ω 电阻，该电阻具有保护功能并能驱动LED，在V+端口接有一个容量为1 000 μF 的大电容，用于决定外部输入电压的大小。

2.7 Wi-Fi模块

ATK-ESP8266 是正点原子团队推出的一款高性能的UART to Wi-Fi（串口-无线）模块，ATK-ESP8266 板载了正点原子团队自主开发的ATK-ESP-01 模块，该模块通过FCC、CE 认证，可直接出口欧美地区。该模块采用串口通信，能够实现串口与Wi-Fi 之间的转换，所以传统的串口设备只需做一些串口配置，即可通过Wi-Fi 传输数据。

3 程序流程设计

该系统主要有自动跟随功能和远程监控功能2 个功能模块，如图2 所示。其中自动跟随功能的实现过程为首先采用超声波传感器进行测距，判断小车与用户距离是否大于1 m，如果大于1 m则启动小车靠近顾客，实现跟随功能。如果小于1 m 小车暂时停止，等待用户再次行走。远程监控功能的实现过程为采用图形模块采集当前小车所处的环境信息，通过Wi-Fi 模块将采集到的信息传输到手机客户端，由手机App 监控小车当前所处的周围环境，远程控制小车的最优行走路径，实现对小车的远程控制，满足客户的实时需求。2 个功能相辅相成，缺一不可。

图2 自动跟随功能和远程监控功能流程图

4 基于互联网的可远程控制智能跟随载物车的市场价值分析

4.1 科学性

该款智能跟随小车具有反应灵敏、定位精准、实时跟踪的特点。该设计使用的核心技术成熟，价格低廉，便于推广。从它本身所具有的特性来看，不仅可以用于生活场合，还能用于很多的工作场合，例如机场的行李搬运车，各大商场的购物车，还有车间中设备维修人员用于搬运维修工具的小车等，它能很好地解放我们的双手。如果该产品批量生产的话，成本将大大降低，方便进行产品的推广。因为目前为止还没有出现同类产品，所以该产品具有广阔的市场应用前景，具有很好的经济效益和社会效益。

4.2 先进性

该设计的先进之处在于它能根据人们的要求定位使用者，然后自动靠近并跟随使用者或者暂时驻留某地。可以解放使用者的双手，让使用者的手中可以拿上其他重要的东西，或者可以干其他的事情，如果是在超市购物的话，就可以提高顾客的购物效率并带来新的体验，为顾客减轻负担，吸引顾客增加消费。

4.3 独特性

该设计不仅可以实现智能载物车的自动跟随，同时也能实现用户对小车的远程监控，这中间的关键技术包括手机客户端App 和图像模块。

5 结语

该设计的先进性之处在于它能自动定位顾客然后自动跟随顾客。从某种程度上提高了顾客的市场购物效率，给顾客带来了一种全新的体验，吸引顾客主动增加消费。

该设计本身的社会价值就在于可以给人们带来很多的便利。智能化的编程设计可以让使用这款产品的人们不用再担心自身的财物丢失等问题，达到手空物随的效果。另外，小车让使用者解放了自己的双手，让使用者手中可以拿上其他的贵重物品，或可以去干其他的事情，提高使用者在市场购物的购物效率，给使用者带来新的体验。该设计目前主要集中应用在大型超市的购物车、车间的维修工具搬运车等场合，随着该产品的日益完善，该设计将逐渐被应用于老人手推轮椅、婴儿手推车等产品中。未来将会逐步拓展该产品的功能，包括机场排队智能取票功能和行李智能托运功能。