CN108023862A - 一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***及控制方法 - Google Patents

一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，包括主机(1)、Kinect设备(2)和无人车集群。无人车集群包括多个无人车，无人车包括车体、设置在车体上的Zigbee通讯模块5、核心控制器(32)和驱动电机(33)。核心控制器(32)分别与Zigbee通讯模块5和驱动电机(33)连接，主机(1)带有Zigbee通讯模块5和USB接口。Kinect设备(2)通过USB接口与主机(1)连接，各Zigbee通讯模块5自组网，实时、动态地添加无人车。Kinect设备(2)用于接收动作信号并发送给主机(1)，主机(1)用于识别指令并将指令通过Zigbee网络发送给核心控制器(32)，核心控制器(32)用于控制驱动电机(33)。与现有技术相比，本发明具有安全性好、灵活性强等优点。

Description

一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***及控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信设备***，尤其是涉及一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***及控制方法。
背景技术
随着计算机和微电子技术的快速发展，智能化技术应用范围也得到了极大的扩展。以迅猛发展的汽车电子技术为背景，智能小车***涵盖了电子，计算机，机械，传感技术等多个学科，需要综合运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等学科，是实现对环境感知、规划决策和自动行驶的高新技术。
无人车作为智能小车的研究难点和热点，适合于高危环境下的工作，包括高温、极寒、核工业操作、排爆、粉尘等环境。在军用方面，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。在民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。另一方面，工业现场存在着很多的安全弊端，在高危作业下，环境恶劣甚至存在易燃易爆情况的话，将极度危害人身安全，操作者若是远距离控制无人车进行作业，将极大保护操作者安全。此外，常见的无人车多是采用近距离控制且只能单人单控一台无人车，导致人员和硬件资源的冗余和浪费。因此，采用远程控制、无线通信、协同操控无人车的方式是上述问题的最佳解决方案。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可控性强的基于Zigbee远程控制的无人车集群***及控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，包括主机、Kinect设备和无人车集群，所述的无人车集群包括多个无人车，所述的无人车包括车体、设置在车体上的Zigbee通讯模块5、核心控制器和驱动电机，所述的核心控制器分别与Zigbee通讯模块5和驱动电机连接，所述的主机带有Zigbee通讯模块5，所述的Kinect设备与主机连接，
所述的Zigbee通讯模块5自组网，实时、动态地添加无人车，所述的Kinect设备接收动作信号并发送给主机，主机识别指令并将指令通过Zigbee网络发送给核心控制器，核心控制器控制驱动电机。
所述的无人车上设有与核心控制器连接的避障模块。
所述的避障模块为超声波避障模块。
所述的无人车上设有摄像头和无线路由器，所述的无线路由器分别与摄像头和核心控制器连接，用于将摄像头拍摄的视频数据发送给主机。
所述的核心控制器为预先烧入程序的Arduino单片机，Arduino单片机的不同引脚对应4位由0和1组成的不同电频信号，用于控制驱动电机的转动。
一种使用所述的基于Zigbee远程控制的无人车集群***进行无人车控制的方法，该方法包括：主机通过Zigbee网络对无人车进行远程控制，远程控制包括语音控制、手势控制和键鼠控制，所述的语音控制中，主机通过麦克风接收语音信号并将其转化为指令，发送给核心控制器，所述的手势控制中，Kinect设备接收动作信号并转化为指令，由主机发送给核心控制器，所述的键鼠控制中，主机通过键盘或鼠标获取控制指令，并发送给核心控制器。
该方法还包括：无人车以自主模式行驶，即所述的核心控制器中存储的路径程序控制驱动电机以规定路径行驶，通过避障模块规避障碍。
所述的远程控制过程包括以下步骤：
S1，无人车上的设备电源开启；
S2，无人车上的Zigbee通讯模块5发出组网请求并与Zigbee网络进行密码配对，若配对成功，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3，驱动电机怠速运转并返回步骤S2；
S4，若无人车上的核心控制器没有接收到主机发送的控制信号，则进入步骤S5；若接收到主机发送的控制信号，则根据控制信号包含的模式种类及指令信息进行行驶，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4，若组网不正常，则返回步骤S3，其中，模式种类包括远程控制模式和自主模式，指令信息中包含与无人车对应的标志位；
S5，核心控制器进入待机模式，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4；否则返回步骤S3。
对于设有摄像头的无人车，在远程控制中，摄像头向主机发送视频数据，过程包括：摄像头电源开启后，实时捕捉当前环境视频并传送至无线路由器，主机通过连接对应WIFI访问无线路由器的相应端口，获取实时视频数据，用于指导操作者进一步控制无人车进行作业。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)Zigbee通讯模块5自组网，实时、动态地添加无人车，指令通过Zigbee网络发送给核心控制器，核心控制器用于控制驱动电机，从而使操作者与工作环境隔离，保证操作者安全，Zigbee通信方式稳定，能够保证指令有效而迅速的传递。
(2)无人车上设有与核心控制器连接的避障模块，可以使无人车在自主模式下行驶，保证安全性。
(3)摄像头拍摄的视频数据发送给主机，使操作者了解远程环境信息，指导操作者进一步控制无人车进行作业，提高了无人车行驶的安全性。
(4)相对其他开发板，Arduino及周边产品相对质廉价优，成本低。其烧录代码不需要烧录器，用USB线就可以完成下载。
(5)可控性强，本发明使用的无人车具有多种控制方式：语音识别控制、手势识别控制、主机鼠标/键盘控制等。如果一种控制方式出现故障，操作者仍可选择其他控制方式进行操控。
(6)无人车加入集群需要进行配对即密码验证，保证无人车集群的通信安全。
(7)核心控制器没有接收到控制信号时，运行在待机模式，功耗低。
(8)实用性高。多个操作者在同一控制端可同时控制不同无人车进行作业，通过指令中的标志位来进行无人车的区分，使得作业过程更加高效实用。
附图说明
图1为本实施例无人车集群***的结构示意图；
图2为本实施例远程控制过程的流程示意图；
图3为本实施例无人车摄像头向主机发送数据的流程示意图；
图4为本实施例单个无人车的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，包括主机1、Kinect设备2和无人车集群，无人车集群包括多个无人车3，无人车3包括车体、设置在车体上的Zigbee通讯模块5、核心控制器32和驱动电机33，核心控制器32分别与Zigbee通讯模块5和驱动电机33连接，主机1带有Zigbee通讯模块5和USB接口，Kinect设备2通过USB接口与主机1连接，各Zigbee通讯模块5自组网，实时、动态地添加无人车3，Kinect设备2用于接收动作信号并发送给主机1，主机1用于识别指令并将指令通过Zigbee网络发送给核心控制器32，核心控制器32为预先烧入程序的Arduino单片机，Arduino单片机的不同引脚对应4位由0和1组成的不同电频信号，用于控制驱动电机33。
无人车3上还设有摄像头35、无线路由器36、与核心控制器32连接的避障模块34，避障模块34为超声波避障模块，无线路由器36分别与摄像头35和核心控制器32连接，用于将摄像头35拍摄的视频数据发送给主机1。
本实施例中，无人车为履带车，车上各设备由车板作为支撑。
一种使用上述无人车集群***进行无人车3控制的方法，该方法中，主机1通过Zigbee网络对无人车3进行远程控制，远程控制包括语音控制、手势控制和键鼠控制，语音控制中，主机1通过麦克风接收语音信号并将其转化为指令，发送给核心控制器32，手势控制中，Kinect设备2接收动作信号并转化为指令，由主机1发送给核心控制器32，键鼠控制中，主机1通过键盘或鼠标获取控制指令，并发送给核心控制器32。
核心控制器32中存储的路径程序控制驱动电机33以规定路径行驶，通过避障模块规避障碍。
如图2所示，远程控制过程包括以下步骤：
S1，无人车3上的设备电源开启；
S2，无人车3上的Zigbee通讯模块5发出组网请求并与Zigbee网络进行密码配对，若配对成功，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3，驱动电机33怠速运转并返回步骤S2；
S4，若无人车3上的核心控制器32没有接收到主机1发送的控制信号，则进入步骤S5；若接收到主机1发送的控制信号，则根据控制信号包含的模式种类及指令信息进行行驶，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4，若组网不正常，则返回步骤S3，其中，模式种类包括远程控制模式和自主模式，指令信息中包含与无人车3对应的标志位；
S5，核心控制器32进入待机模式，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4；否则返回步骤S3。
主机1连接的Zigbee通讯模块5搜索周边所有Zigbee终端并自动组网与其进行密码配对，若密码配对成功则将此无人车加入无人车集群。操作者发送动作指令给Kinect设备2，主机1进行分析处理后通过Zigbee通讯模块5将指令在自组网网段中广播。所有在网段中的无人车通过Zigbee通讯模块5对指令进行识别后，将指令传送至Arduino单片机进行处理后控制电机驱动输出相应电频控制无人车。
如图3所示，无人车3上的摄像头35向主机1发送视频数据的过程包括：摄像头35电源开启后，实时捕捉当前环境视频并传送至无线路由器36，主机1通过连接对应WIFI访问无线路由器36的相应端口，获取实时视频数据，用于指导操作者进一步控制无人车3进行作业。
如图4所示，摄像头35连接无线路由器36并由电源4供电，形成视频回传模块；Zigbee通讯模块57连接核心控制器32，核心控制器32连接驱动电机33与避障模块34，驱动电机33由电源4供电，驱动电机33控制履带型车轮10进行作业，形成无人车与控制端通信模块；而这些元器件均由车板8作为支撑。

Claims (9)

1.一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，其特征在于，包括主机(1)、Kinect设备(2)和无人车集群，所述的无人车集群包括多个无人车，所述的无人车包括车体、设置在车体上的Zigbee通讯模块、核心控制器(32)和驱动电机(33)，所述的核心控制器(32)分别与Zigbee通讯模块和驱动电机(33)连接，所述的主机(1)带有Zigbee通讯模块和USB接口，所述的Kinect设备(2)与主机(1)连接，
所述的Zigbee通讯模块自组网，实时、动态地添加无人车，所述的Kinect设备(2)接收动作信号并发送给主机(1)，主机(1)识别指令并将指令通过Zigbee网络发送给核心控制器(32)，核心控制器(32)控制驱动电机(33)。
2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，其特征在于，所述的无人车上设有与核心控制器(32)连接的避障模块(34)。
3.根据权利要求2所述的一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，其特征在于，所述的避障模块(34)为超声波避障模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，其特征在于，所述的无人车上设有摄像头(35)和无线路由器(36)，所述的无线路由器(36)分别与摄像头(35)和核心控制器(32)连接，用于将摄像头(35)拍摄的视频数据发送给主机(1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee远程控制的无人车集群***，其特征在于，所述的核心控制器(32)为预先烧入程序的Arduino单片机，Arduino单片机的不同引脚对应4位由0和1组成的不同电频信号，用于控制驱动电机(33)的转动。
6.一种使用权利要求1～5任一所述的基于Zigbee远程控制的无人车集群***进行无人车控制的方法，其特征在于，该方法包括：主机(1)通过Zigbee网络对无人车进行远程控制，远程控制包括语音控制、手势控制和键鼠控制，所述的语音控制中，主机(1)通过麦克风接收语音信号并将其转化为指令，发送给核心控制器(32)，所述的手势控制中，Kinect设备(2)接收动作信号并转化为指令，由主机(1)发送给核心控制器(32)，所述的键鼠控制中，主机(1)通过键盘或鼠标获取控制指令，并发送给核心控制器(32)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：无人车以自主模式行驶，即所述的核心控制器(32)中存储的路径程序控制驱动电机(33)以规定路径行驶，通过避障模块规避障碍。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的远程控制过程包括以下步骤：
S1，无人车上的设备电源开启；
S2，无人车上的Zigbee通讯模块发出组网请求并与Zigbee网络进行密码配对，若配对成功，则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3，驱动电机(33)怠速运转并返回步骤S2；
S4，若无人车上的核心控制器(32)没有接收到主机(1)发送的控制信号，则进入步骤S5；若接收到主机(1)发送的控制信号，则根据控制信号包含的模式种类及指令信息进行行驶，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4，若组网不正常，则返回步骤S3，其中，模式种类包括远程控制模式和自主模式，指令信息中包含与无人车对应的标志位；
S5，核心控制器(32)进入待机模式，并以设定的周期对Zigbee网络进行检测，若组网状态正常，则返回步骤S4；否则返回步骤S3。
9.一种使用权利要求4所述的基于Zigbee远程控制的无人车集群***进行无人车控制的方法，其特征在于，该方法包括：主机(1)通过Zigbee网络对无人车进行远程控制，远程控制包括语音控制、手势控制和键鼠控制，所述的语音控制中，主机(1)通过麦克风接收语音信号并将其转化为指令，发送给核心控制器(32)，所述的手势控制中，Kinect设备(2)接收动作信号并转化为指令，由主机(1)发送给核心控制器(32)，所述的键鼠控制中，主机(1)通过键盘或鼠标获取控制指令，并发送给核心控制器(32)，在远程控制中，无人车上的摄像头(35)电源开启后，实时捕捉当前环境视频并传送至无线路由器(36)，主机(1)通过连接对应WIFI访问无线路由器(36)的相应端口，获取实时视频数据，用于指导操作者进一步控制无人车进行作业。
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