CN107230334A - 一种便携式无人车地面控制终端 - Google Patents
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Abstract
一种便携式无人车地面控制终端，包括：上位机监测控制系统等；上位机监测控制系统接收无线数传系统发送的无人车实时状态参数并显示，对摇杆按钮通道信号进行处理，打包成串口消息发送至无线数传系统；无线数传系统接收无人车发送的实时状态参数，并发送无人车实时状态参数至上位机监测控制系统；无线数传系统将串口消息发送至无人车，根据串口消息中的遥控指令实现无人车的遥控；控制面板利用单片机从外部获取摇杆按钮通道信号，并将摇杆按钮通道信号发送至上位机检测控制系统，接收上位机检测控制系统发送的遥控指令状态信息。本发明通讯可扩展性强，传输信息量大，传输距离远，可组网多点通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式无人车地面控制终端，属于无人系统技术领域和无线遥控技术领域。
背景技术
现今，在武器装备飞速发展与减少人员伤亡的要求日益突出的共同作用下，战场无人化趋势与发展走向愈加凸显。作为战争空间的重要组成部分，无人侦察设备的发展与装备是保障国家安全的必然选择，而且有向集成化系统化以及多系统协同的方向发展。专门的用于无人车的控制的地面控制终端可作为无人车的指挥控制中心，专门用于对无人车的地面控制与管理。操作员通过地面控制终端系统提供的键盘、按钮、旋钮和操控手柄等外设来与地面控制终端软件进行交互，无线数传设备连接状态监控软件和整车控制器，采集整车控制器发送的驾驶数据，并将遥控信号发送给控制器。可以对无人车进行实时遥控。行驶过程中地面控制终端采集驾驶信息检测运行状态，为遥控提供参考数据，任务结束后会保存采集的驾驶信息用于以后的仿真分析。
现有的地面控制终端系统存在一些不足，不能很好的适应无人车的控制与监测。其一，现有的一些地面控制终端采用的遥控系统为2.4GHzRC射频收发系统再用ppm编码，可传输有限通道数量的控制信号。这种系统对地传输距离近，可靠性差，传述距离近，传输数据量极小，可扩展性差，只能点对点通信。亟需一种用工业级数传电台实现远距离可靠数据组网通信的设备作为遥控指令的通讯设备。其二，现有地面控制终端很少内部集成工控机设备，无法对数据进行处理、显示与存储，更无法方便的开发一些应用层程序用于无人车控制。本发明的目的在于解决上述问题，满足现有无人装备的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种便携式无人车地面控制终端系统，采集无人车第一视角图像和驾驶状态数据，并遥控各个被控无人车，通讯可扩展性强，传输信息量大，传输距离远，可组网多点通信。
本发明的技术解决方案是：一种便携式无人车地面控制终端，包括：上位机监测控制系统、图像显示系统、无线数传系统、无线图传系统、图像处理与存储系统、操控面板；
上位机监测控制系统接收无线数传系统发送的无人车实时状态参数并显示；无人车实时状态参数包括遥控指令状态信息、无人车的车速、油门开度、转向角、加速度、滑移率、动力电池的电量、电压及电流；上位机监测控制系统接收操控面板的各个摇杆按钮通道信号，对摇杆按钮通道信号进行处理，打包成串口消息发送至无线数传系统；串口消息中包括遥控指令，遥控指令包括：油门/刹车、转向、急停、挂载、主动悬架控制、舱门舵机开关、转向舵机使能、转向模式切换旋钮、行进模式切换旋钮、独立转向；
无线数传系统接收无人车发送的实时状态参数，并发送无人车实时状态参数至上位机监测控制系统；无线数传系统接收上位机监测控制系统发送的串口消息，并将串口消息发送至无人车，根据串口消息中的遥控指令实现无人车的遥控；
控制面板利用单片机从外部获取摇杆按钮通道信号，并将摇杆按钮通道信号发送至上位机检测控制系统；接收上位机检测控制系统发送的遥控指令状态信息；
无线图传系统接收无人车发送的图像信号，将图像信号传给图像处理与存储系统；图像处理与存储系统对接收的无线图传系统发送的图像信号进行处理和存储，并将处理后的图像信息传送至图像显示系统进行显示。
所述无线数传系统集成了基于网路通讯协议的电台通信设备，电台通信设备发射端和接收端与外部通讯均采用串口通讯，并与各个无人车间形成组网通讯。
所述无线图传系统包括双通道模拟传输系统，传输两路视频信号，双通道模拟传输系统的发射机与接收机具有多频点跳频功能，根据电磁环境调整频点。
所述图像处理与存储系统包括两路图像视频采集处理设备，处理两路图像实现实时分屏显示、主副图像切换、画中画、本地存储。
所述转向模式包括阿克曼转向、双桥转向、原地转向、解耦转向。
还包括供电系统，为上位机监测控制系统、图像显示系统、无线数传系统、无线图传系统、图像处理与存储系统、操控面板供电。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用电台通讯手段传输控制指令，内部集成工业级数传电台实现远距离可靠数据组网通信。相对于目前市场上的地面控制终端设备，通讯可扩展性强，传输信息量大，传输距离远，可组网多点通信。
(2)本发明内部集成工控机设备，可运行操作系统并且安装和运行上位机，从而可方便的进行遥测数据处理、显示和保存。可运行主流图形界面操作系统如Windows、Ubuntu等，上位机开发方便。
(3)本发明集成多路图传系统并将其通过视频采集卡读入和处理实现多画面切换、分屏显示以及画中画显示，相对与单路图传的地面控制终端具有监控能力强的特点。
附图说明
图1为本发明地面控制终端子系统结构示意图；
图2为本发明地面控制终端控制监测信息流向；
图3为本发明地面控制终端图像传输信息流向。
具体实施方式
如图1～图3所示，一种便携式无人车地面控制终端，包括：上位机监测控制系统、图像显示系统、无线数传系统、无线图传系统、图像处理与存储系统、操控面板。
上位机监测控制系统接收无人车通过无线数传系统发送的实时状态参数并显示；上位机监测控制系统监测外部的无人车的状态参数包括遥控指令状态信息(遥控指令通信是否正常)、无人车的车速、油门开度、转向角、加速度、电量、滑移率、动力电池的电量、电压及电流。
上位机监测控制系统通过接收到的操控面板的各个摇杆按钮通道信号进行处理打包成串口消息，通过无线数传系统转发给无人车控制器实现遥控。遥控指令包括：油门/刹车、转向、急停(该按钮拍下后自锁，用于紧急情况下的安全措施)、挂载(即车辆启动信号，按钮自锁，按下方可启动车辆)、主动悬架控制(即车辆可调悬架控制)、舱门舵机开关、转向舵机使能(按下触发转向机)、转向模式切换旋钮、行进模式切换旋钮、独立转向控制。
上位机监测控制系统中运行的监控软件用例如Labview上位机开发软件编写，功能为实时显示无人车实时状态参数并保存到本地文件，例如保存到Excel表格中。
所述无线数传系统用于无人车地面控制终端与无人车间传输通讯信号，并与上位机监测控制系统连接实现数据的接收显示与遥控指令的发送。
无线数传系统集成了基于网路通讯协议的电台通信设备，例如采用915MHz频段无线数传电台端间传输方式为UDP协议打包透明传输；与上位机监测控制系统的通讯包括：其一，发送上位机打包的遥控指令给无人车，实现操作员远程遥控指令传输到移动端的功能；其二，将无人车回传的状态参数接收给上位机监测控制系统，实现实时无人车遥控以及状态参数监测的功能。无线数传系统还可与各个无人车间形成组网通讯。如单节点发送，多节点接收，可以通过一台地面控制终端控制多辆无人车，在通讯的每个数据帧中加入数据ID位，各个无人车ID不同，各个无人车通过ID位辨别并读出自己相关的指令数据。
例如，无人车与无线数传系统通讯帧协议格式如下：
所述无线图传系统用于传送图像信号。无线图传系统由双通道5.8GHz频段模拟传输系统构成，同时传输两路视频。无线图传系统的模拟图传发射机与接收机具有多路画面跳频功能，根据电磁环境调整频点，最大程度减小干扰。无线图传系统能将两路图像传给便携式无人车地面控制终端的图像处理与存储系统进行处理和存储。
所述图像处理与存储系统用于处理和存储无线图传系统传来的图像信号。图像处理与存储系统的主要构成为两路图像视频采集处理设备，如视频采集卡，用于处理两路图像实现实时分屏显示、主副图像切换、画中画、本地存储功能。图像处理与存储系统将处理好的图像传给图像显示系统。
所述图像显示系统用于实时显示无线图传系统传来的图像信号。图像显示系统为液晶显示屏等显示装备，上箱体分布共两个14寸1080p液晶屏幕显示界面，其中上屏与地面控制终端工控机相连，显示的是驾驶状态监控软件，实时显示无人车驾驶状态并保存数据；下屏显示接收到的图像处理与存储系统以HDMI接口输出的1080p实时数字图像数据。
所述操控面板的主要功能包括：摇杆以及按钮的状态信息由单片机用模拟量和数字量IO接口读入，单片机根据摇杆以及按钮的状态信息生成遥控指令，之后单片机的RS485串口与上位机监测控制系统的工控机电脑通讯传输遥控指令。
操控面板包括操作人员操作控制的按钮及按键、用于采集摇杆按钮信息的一块单片机开发板以及连接工控机电脑的鼠标和键盘，上述设备机械安装于一块铝制面板上。操控面板作为人机交互平台进行遥控无人车，使得无人车的运动状态、运行模式和运行参数能够按使用意图进行调整。
终端操控面板装备的人机交互接口包括：单点复位按钮、自锁按钮、二段开关、三段开关、旋钮、三通道摇杆手柄、键盘和触摸板。一块单片机被用于采集上述设备的摇杆以及按钮信号并根据摇杆以及按钮的状态信息生成遥控指令。例如，操控面板的单片机程序控制车辆行使指令的具体实现如下：通过面板旋钮模式开关的挡位判断当前行驶模式。无人车的控制分为4种行驶模式。模式1是前进模式，汽车向前行驶。由中位向前推即可增大油门开度，电机正转，油门开度与电机转矩的绝对值成正比。由中位向后推可触发刹车，刹车力度与摇杆偏移量成正比。模式2为后退，由中位向前推即可增大油门开度，电机反转，油门开度与电机转矩的绝对值成正比。由中位向后推可出发刹车，刹车力度与摇杆偏移量成正比。模式3为原地转向模式。汽车原地速差转向，此时车轮转角不变，调节摇杆左右可以实现向右或向左原地转向，旋转速度与摇杆偏移量成正比。模式4为调试模式，在该模式下四个车轮的转向与汽车悬架的升降是完全相互独立的，需要通过控制面板中的四个独立转向旋钮和八个悬架按钮分别单独设置。
再如，操控面板的单片机程序控制车辆转向模式指令的具体实现如下：通过转向选择开关挡位判断转向模式，分为三档，一档为阿克曼转向，此时两前轮转角同向偏转，角度与摇杆偏移量成正比，两后轮不偏转，二档为解耦转向，此时两前轮转角同向偏转，两后轮同向偏转且与前轮方向相同，角度与摇杆偏移量成正比，三档双桥转向，此时两前轮转角同向偏转，两后轮同向偏转且与前轮方向相反，角度与摇杆偏移量成正比。
所述地面控制终端的供电系统为外置供电。在野外环境下使用时，可用24v铅蓄电池组供电，在有市电电源时可由220v交流电源供电。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，包括：上位机监测控制系统、图像显示系统、无线数传系统、无线图传系统、图像处理与存储系统、操控面板；
上位机监测控制系统接收无线数传系统发送的无人车实时状态参数并显示；无人车实时状态参数包括遥控指令状态信息、无人车的车速、油门开度、转向角、加速度、滑移率、动力电池的电量、电压及电流；上位机监测控制系统接收操控面板的各个摇杆按钮通道信号，对摇杆按钮通道信号进行处理，打包成串口消息发送至无线数传系统；串口消息中包括遥控指令，遥控指令包括：油门/刹车、转向、急停、挂载、主动悬架控制、舱门舵机开关、转向舵机使能、转向模式切换旋钮、行进模式切换旋钮、独立转向；
无线数传系统接收无人车发送的实时状态参数，并发送无人车实时状态参数至上位机监测控制系统；无线数传系统接收上位机监测控制系统发送的串口消息，并将串口消息发送至无人车，根据串口消息中的遥控指令实现无人车的遥控；
控制面板利用单片机从外部获取摇杆按钮通道信号，并将摇杆按钮通道信号发送至上位机检测控制系统；接收上位机检测控制系统发送的遥控指令状态信息；
无线图传系统接收无人车发送的图像信号，将图像信号传给图像处理与存储系统；图像处理与存储系统对接收的无线图传系统发送的图像信号进行处理和存储，并将处理后的图像信息传送至图像显示系统进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，所述无线数传系统集成了基于网路通讯协议的电台通信设备，电台通信设备发射端和接收端与外部通讯均采用串口通讯，并与各个无人车间形成组网通讯。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，所述无线图传系统包括双通道模拟传输系统，传输两路视频信号，双通道模拟传输系统的发射机与接收机具有多频点跳频功能，根据电磁环境调整频点。
4.根据权利要求3所述的一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，所述图像处理与存储系统包括两路图像视频采集处理设备，处理两路图像实现实时分屏显示、主副图像切换、画中画、本地存储。
5.根据权利要求1或2所述的一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，所述转向模式包括阿克曼转向、双桥转向、原地转向、解耦转向。
6.根据权利要求1或2所述的一种便携式无人车地面控制终端，其特征在于，还包括供电系统，为上位机监测控制系统、图像显示系统、无线数传系统、无线图传系统、图像处理与存储系统、操控面板供电。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Hu Jibin Inventor after: Tian Daiying Inventor after: Ni Jun Inventor after: Zhao Yue Inventor after: Fu Miaomiao Inventor after: Tian Hanqing Inventor after: Yu Yingying Inventor after: Ma Ning Inventor after: Pan Bo Inventor after: Li Yunxiao Inventor before: Hu Jibin Inventor before: Ni Jun Inventor before: Zhao Yue Inventor before: Fu Miaomiao Inventor before: Tian Hanqing Inventor before: Ma Ning Inventor before: Pan Bo Inventor before: Li Yunxiao Inventor before: Tian Daiying |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171003 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |