CN110244632B - 一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统，包括遥控器、上位机、电台系统、以及位于无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端和车载控制终端；所述遥控器通过串口与上位机连接，遥控器开启后，按照一定的周期通过串口主动向上位机发送数据包，所述上位机通过数传电台系统与无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端无线连接；本遥控系统可以控制无人驾驶工程作业设备集群，即本遥控系统可以通过一个遥控器控制不同的车辆，只需要上位机下发数据包中对车辆编号选择就可以。

Description

一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统

技术领域

本发明属于遥控技术领域，具体涉及一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统。

背景技术

在水利水电筑坝过程中，环境非常恶劣，不仅尘土飞扬，而且需要用碾压机碾压不同大小的石块且需要开振动，非常颠簸，工期紧张，任务繁重，很多工人师傅因身体吃不消而得胃下垂等疾病，故在此背景下，为提高施工效率，降低人的工作强度，无人驾驶工程作业设备应运而生。

现有技术方案都是通过网络进行远距离遥控，这就导致在没有网络或网络不好的地区很难实现实时遥控车辆运行；如果没有遥控，很难实现将无人驾驶工程作业设备进行作业前的进场、退场；碾压机出现故障时，没有遥控，很难将无人驾驶工程作业设备退出作业区。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统。本系统能够实现遥控器对碾压机等无人驾驶工程作业设备的整个作业流程操控，可以实现在没有网络的地方对无人驾驶工程作业设备进行控制。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统，包括遥控器、上位机、电台系统、以及位于无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端和车载控制终端；

所述遥控器通过串口与上位机连接，遥控器开启后，按照一定的周期通过串口主动向上位机发送数据包，数据包由开始字符、设备类型码、设备地址码、功能码、数据长度、数据区、CRC校验及结束字符组成，上位机将接收到的数据包进行解析；

所述上位机通过数传电台系统与无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端无线连接，进行数据传输；数传电台系统包括与上位机有线连接的中心端电台以及设置在各个无人驾驶工程作业设备上与无人驾驶工程作业设备的车载数据转换终端有线连接的远端电台，中心端电台与远端电台之间进行无线通讯，从而实现上位机与各个无人驾驶工程作业设备之间的无线数据交互；

每个无人驾驶工程作业设备上各设置有一个车载数据转换终端和一个车载控制终端，车载数据转换终端和远端电台之间通过串口线连接，车载数据转换终端和车载控制终端之间通过CAN线连接；车载数据转换终端负责读取远端电台通过串口线传输的串口信号，并将串口信号转换为CAN信号发送给车载控制终端，以及将车载控制终端上传的CAN信号转换为串口信号发送给远端电台；车载控制终端，负责接收车载数据转换终端传输的CAN信号，将收到的CAN信号通过CAN线作用到无人驾驶工程作业设备的横纵向电机控制器，以及根据接收的CAN数据，对车载控制终端上的I/O引脚电平进行拉低拉高，并作用到相应执行机构的继电器上。

在上述技术方案中，上位机的波特率和遥控的波特率设置为相同。

在上述技术方案中，所述遥控器具有4个钮子开关，分别用于控制无人驾驶工程作业设备的上电、点火、灯光、震碾模式；1个按键开关，用于控制无人驾驶工程作业设备的喇叭；第一摇杆，用于控制方向盘的旋转角度；第二摇杆，用于控制车辆的前进和后退；1个旋转波段开关，用于控制无人驾驶工程作业设备车速。

在上述技术方案中，上位机解析数据区具体方法如下：

对于4个钮子开关，分别对应于数据区的第22个字节中的前四位，钮子开关打开，相应的数据位从0变成1；上位机第一步获取数据区的第22个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取前四位的数值；如果是0，则该位对应的钮子开关没开，如果是1，则该位对应的钮子开关已经打开；

对于控制喇叭的按键开关，对应于数据区的第23个字节中的第一位,当该按键开关被按压时，相应的数据位从0变成1；当该按键松开时，相应的数据一直保持0；上位机第一步获取数据区的第23个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取第一位的数值；如果是0，则按键开关没有被按压，如果是1，则按键开关被按压；

对于第一摇杆，当第一摇杆被摇动的时，有xy俩个方向的数值，其中x方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第7、8两个字节；上位机第一步获取数据区的第7个字节(低位字节)和第8个字节(高位字节)，将第8个字节的数乘以256加上第7个字节的数得到的就是x方向实际的数值；因为第一摇杆控制无人驾驶工程作业设备方向盘转角(左1000°右1000°)，所以上位机将所得到的数再乘以2就是需要对无人驾驶工程作业设备方向盘控制的转角度数(以负数代表向左旋转方向盘)；

对于第二摇杆，当第二摇杆被摇动的时，有xy俩个方向的数值，其中y方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第11、12俩个字节；上位机第一步获取数据区的第11个字节(低位字节)和第12个字节(高位字节)，将第12个字节的数乘以256加上第11个字节的数得到的就是y方向实际的数值；因为第二摇杆控制无人驾驶工程作业设备前进和后退，所以上位机只是判断数值的正负(正是向前、负是向后、0是没有任何操作)；

对于旋转波段开关(有8档，从1档开始)，对应于数据区的第19个字节的8位，当旋转波段开关顺时针旋转时，该字节的8个数据位依次变成1(因为起始为1档，所以第一个数据位起始为1)；上位机第一步获取数据区的第19个字节；第二步将该字节拆分为8位，分别获取八位的数值，旋转波段开关开到某一档时，相应的数据为变为1，其他数据为变为0(如旋转波段开关开到第4档，则第4位的数值变为1，其他位的数值变为0)；因为无人驾驶工程作业设备车辆速度有三种(低速、中速、高速)所以当旋转波段为1档时，车辆速度为低速；当旋转波段为8档时，车辆速度为高速；其余挡位都为中速。

在上述技术方案中，上位机与无人驾驶工程作业设备端通信具有一套数据传输协议，该协议包括包头、包尾、数据包类别识别、奇偶校验、数据区，上位机打包遥控指令的具体方法如下：

上位机将遥控器的钮子开关、按键开关、旋转波段开关的数据放到一个字节中，其中上位机解析完遥控器钮子开关的数据后，将其放入数据区第一个字节(0到7)的前四位(0，1，2，3)；解析完遥控器按键开关的数据后，将其放入数据区第一个字节的第五位(4)；解析完旋转波段开关的数据后，将其放入数据区的第一个字节的第六位、第七位、第八位(5，6，7)，分别对应低速、中速、高速，这样一个字节就可以将遥控器的按钮开关、按键开关、旋转波段开关的指令发给下位机；对于第一摇杆的指令，用第二(高字节)和第三个字节(低字节)下发；对于第二摇杆的指令，放到第四个字节的第一位和第二位(0，1)，当上位机解析到遥控器发送向前指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为1，当上位机解析到遥控器发送向后指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为0，当上位机解析到遥控器的前进后退都没有发送时，将第四个字节的第一位变为0、第二位都变为1；遥控指令计数对应数据区的第5个字节，上位机每发送一次数据包该字节就相应加1，达到255之后置0重新计数。

在上述技术方案中，本系统有数据反馈机制，确保无人驾驶工程作业设备端(下位机)收到了遥控指令；下位机按照一定的周期上传数据，上位机解析上传数据包中的返回遥控指令计数的数据，上位机解析到字节的数值后会显示到上位机，若该数值是增加的，则证明下位机接收到了上位机发送的数据。

本发明的优点和有益效果为：

1.本系统能够实现遥控器对无人驾驶工程作业设备的整个作业流程操控，可以对车辆进行打火、上电、灯光控制、喇叭、无人驾驶工程作业设备的碾压模式(震碾或则静碾)、对车速进行控制、对无人驾驶工程作业设备方向控制，可以精确到方向盘转角10°。

2.由于本遥控系统采用串口通讯，可以实现在没有网络的地方对无人驾驶工程作业设备车辆进行控制，而且串口传输只要有两个电台就可以进行通讯。

3.本遥控系统有接收反馈机制，可以检测到遥控下发的指令下位机是否可以收到。

4.本遥控系统可以控制无人驾驶工程作业设备集群，即本遥控系统可以通过一个遥控器控制不同的车辆，只需要上位机下发数据包中对车辆编号选择就可以。

附图说明

图1是本发明的远程遥控系统的架构图。

图2是车载数据转换终端和车载控制终端的通讯架构图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见附图1，一种用于控制无人驾驶工程作业设备(以碾压机为例)的远程遥控系统，包括遥控器、上位机、电台系统、以及位于碾压机上的车载数据转换终端和车载控制终端。

所述遥控器通过串口与上位机连接，上位机的波特率和遥控的波特率设置为相同，遥控器开启后，按照一定的周期通过串口主动向上位机发送31个字节的数据包(数据包由开始字符、设备类型码、设备地址码、功能码、数据长度、数据区、CRC校验及结束字符组成)，上位机将接收到的数据包进行解析，解析步骤如下：

首先检验包头包尾，用来保证收到一整包数据；

然后截取整包数据的数据区，解析数据包。

上位机解析数据区具体说明如下：

所述遥控器具有4个钮子开关，分别用于控制碾压机的上电、点火、灯光、震碾模式(震碾或则静碾)；1个按键开关，用于控制碾压机的喇叭；第一摇杆，用于控制方向盘的旋转角度；第二摇杆，用于控制车辆的前进和后退；1个旋转波段开关，用于控制碾压机车速。

对于4个钮子开关，分别对应于数据区的第22个字节(从0开始算第一个字节，以下确认第几个字节也是一样的计数方式)中的前四位，钮子开关打开，相应的数据位从0变成1；上位机第一步获取数据区的第22个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取前四位的数值；如果是0，则该位对应的钮子开关没开，如果是1，则该位对应的钮子开关已经打开。

对于控制喇叭的按键开关，对应于数据区的第23个字节中的第一位,当该按键开关被按压时，相应的数据位从0变成1；当该按键松开时，相应的数据一直保持0；上位机第一步获取数据区的第23个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取第一位的数值；如果是0，则按键开关没有被按压，如果是1，则按键开关被按压。

对于第一摇杆，当第一摇杆被摇动的时，有xy俩个方向的数值，其中x方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第7、8两个字节；上位机第一步获取数据区的第7个字节(低位字节)和第8个字节(高位字节)，将第8个字节的数乘以256加上第7个字节的数得到的就是x方向实际的数值；因为第一摇杆控制碾压机方向盘转角(左1000°右1000°)，所以上位机将所得到的数再乘以2就是需要对碾压机方向盘控制的转角度数(以负数代表向左旋转方向盘)。

对于第二摇杆，当第二摇杆被摇动的时，有xy俩个方向的数值，其中y方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第11、12俩个字节；上位机第一步获取数据区的第11个字节(低位字节)和第12个字节(高位字节)，将第12个字节的数乘以256加上第11个字节的数得到的就是y方向实际的数值；因为第二摇杆控制碾压机前进和后退，所以上位机只是判断数值的正负(正是向前、负是向后、0是没有任何操作)。

对于旋转波段开关(有8档，从1档开始)，对应于数据区的第19个字节的8位，当旋转波段开关顺时针旋转时，该字节的8个数据位依次变成1(因为起始为1档，所以第一个数据位起始为1)；上位机第一步获取数据区的第19个字节；第二步将该字节拆分为8位，分别获取八位的数值，旋转波段开关开到某一档时，相应的数据为变为1，其他数据为变为0(如旋转波段开关开到第4档，则第4位的数值变为1，其他位的数值变为0)；因为碾压机车辆速度有三种(低速、中速、高速)所以当旋转波段为1档时，车辆速度为低速；当旋转波段为8档时，车辆速度为高速；其余挡位都为中速。

所述上位机通过数传电台系统与碾压机的车载数据转换终端无线连接，进行数据传输，具体来讲，数传电台系统包括与上位机有线连接的中心端电台以及设置在各个碾压机上与碾压机的车载数据转换终端有线连接的远端电台，中心端电台与远端电台之间进行无线通讯，从而实现上位机与各个碾压机之间的无线数据交互。

每个碾压机上各设置有一个车载数据转换终端和一个车载控制终端，参见附图2，车载数据转换终端和远端电台之间通过串口线连接，车载数据转换终端和车载控制终端之间通过CAN线连接。车载数据转换终端负责读取远端电台通过串口线传输的串口信号，并将串口信号转换为CAN信号发送给车载控制终端，以及将车载控制终端上传的CAN信号转换为串口信号发送给远端电台。车载控制终端，负责接收车载数据转换终端传输的CAN信号，将收到的CAN信号通过CAN线作用到碾压机的横纵向电机控制器，以及根据接收的CAN数据，对车载控制终端上的I/O引脚电平进行拉低拉高，并作用到相应执行机构的继电器上(即上电、点火、灯光、震碾模式、喇叭分别对应有各自的继电器)。

上位机与碾压机端通信具有一套数据传输协议，该协议包括包头，包尾，数据包类别识别，奇偶校验，数据区。上位机打包遥控指令的具体说明如下：

本着提高传输效率的原则，上位机将遥控器的钮子开关、按键开关、旋转波段开关的数据放到一个字节中，其中上位机解析完遥控器钮子开关的数据后，将其放入数据区第一个字节(0到7)的前四位(0，1，2，3)；解析完遥控器按键开关的数据后，将其放入数据区第一个字节的第五位(4)；解析完旋转波段开关的数据后，将其放入数据区的第一个字节的第六位、第七位、第八位(5，6，7)，分别对应低速、中速、高速，这样一个字节就可以将遥控器的按钮开关、按键开关、旋转波段开关的指令发给下位机；对于第一摇杆的指令，用第二(高字节)和第三个字节(低字节)下发；对于第二摇杆的指令，放到第四个字节的第一位和第二位(0，1)，当上位机解析到遥控器发送向前指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为1，当上位机解析到遥控器发送向后指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为0，当上位机解析到遥控器的前进后退都没有发送时，将第四个字节的第一位变为0、第二位都变为1；遥控指令计数对应数据区的第5个字节，上位机每发送一次数据包该字节就相应加1，达到255之后置0重新计数；具体协议表如表1：

表1

开始字符

数据包类别

车辆编号

数据长度

数据区(N)

校验

结束字符

7E

CC

01

xx

xx

和

0x7F

1.开始字符：1字节，表示一个数据包的开始。固定为0x7E；

2.数据包类别：1字节，区分是哪一类数据包，CC表示遥控数据包；

3.设备地址：1字节，区分是那一台碾压机发上来的数据；01表示编号为01的碾压机；

4.数据长度：1字节，表示数据区的字节数，范围：0x00～0XFF；0-255

5.数据(N)：N字节，为有效数据，数据长度为0时没有数据区；

6.校验：和校验，数据区的字节数等于数据长度，则校验通过；

7.结束字符：1字节，表示一个数据包结束，固定为：0x7F。

关于遥控指令的数据区参见表2：

表2

实施例二

在实施例一的基础上，进一步的，本系统有数据反馈机制，确保碾压机端(下位机)收到了遥控指令。下位机按照一定的周期上传数据(本次使用的是200ms)，上位机解析上传数据包中的返回遥控指令计数的数据(该数据对应于上传数据包中数据区的第1个字节)；上位机解析到字节的数值后会显示到上位机，若该数值是增加的，则可以证明下位机接收到了上位机发送的数据。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统，其特征在于：包括遥控器、上位机、电台系统、以及位于无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端和车载控制终端；

所述遥控器通过串口与上位机连接，遥控器开启后，按照一定的周期通过串口主动向上位机发送数据包，数据包由开始字符、设备类型码、设备地址码、功能码、数据长度、数据区、CRC校验及结束字符组成，上位机将接收到的数据包进行解析；

所述上位机通过数传电台系统与无人驾驶工程作业设备上的车载数据转换终端无线连接，进行数据传输；数传电台系统包括与上位机有线连接的中心端电台以及设置在各个无人驾驶工程作业设备上与无人驾驶工程作业设备的车载数据转换终端有线连接的远端电台，中心端电台与远端电台之间进行无线通讯，从而实现上位机与各个无人驾驶工程作业设备之间的无线数据交互；

每个无人驾驶工程作业设备上各设置有一个车载数据转换终端和一个车载控制终端，车载数据转换终端和远端电台之间通过串口线连接，车载数据转换终端和车载控制终端之间通过CAN线连接；车载数据转换终端负责读取远端电台通过串口线传输的串口信号，并将串口信号转换为CAN信号发送给车载控制终端，以及将车载控制终端上传的CAN信号转换为串口信号发送给远端电台；车载控制终端，负责接收车载数据转换终端传输的CAN信号，将收到的CAN信号通过CAN线作用到无人驾驶工程作业设备的横纵向电机控制器，以及根据接收的CAN数据，对车载控制终端上的I/O引脚电平进行拉低拉高，并作用到相应执行机构的继电器上；

所述遥控器具有4个钮子开关，分别用于控制无人驾驶工程作业设备的上电、点火、灯光、震碾模式；1个按键开关，用于控制无人驾驶工程作业设备的喇叭；第一摇杆，用于控制方向盘的旋转角度；第二摇杆，用于控制车辆的前进和后退；1个旋转波段开关，用于控制无人驾驶工程作业设备车速；

上位机解析数据区的方法如下：

对于4个钮子开关，分别对应于数据区的第22个字节中的前四位，钮子开关打开，相应的数据位从0变成1；上位机第一步获取数据区的第22个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取前四位的数值；如果是0，则该位对应的钮子开关没开，如果是1，则该位对应的钮子开关已经打开；

对于控制喇叭的按键开关，对应于数据区的第23个字节中的第一位，当该按键开关被按压时，相应的数据位从0变成1；当该按键松开时，相应的数据一直保持0；上位机第一步获取数据区的第23个字节；第二步将该字节拆分为8位，获取第一位的数值；如果是0，则按键开关没有被按压，如果是1，则按键开关被按压；

对于第一摇杆，当第一摇杆被摇动时，有xy两个方向的数值，其中x方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第7、8两个字节；上位机第一步获取数据区的第7个字节和第8个字节，将第8个字节的数乘以256加上第7个字节的数得到的就是x方向实际的数值；因为第一摇杆控制无人驾驶工程作业设备方向盘转角为左1000°右1000°，所以上位机将所得到的数再乘以2就是需要对无人驾驶工程作业设备方向盘控制的转角度数；

对于第二摇杆，当第二摇杆被摇动时，有xy两个方向的数值，其中y方向的数值区间是-500到500，对应于数据区的第11、12两个字节；上位机第一步获取数据区的第11个字节和第12个字节，将第12个字节的数乘以256加上第11个字节的数得到的就是y方向实际的数值；因为第二摇杆控制无人驾驶工程作业设备前进和后退，所以上位机只是判断数值的正负，正是向前、负是向后、0是没有任何操作；

对于旋转波段开关，有8档，从1档开始，对应于数据区的第19个字节的8位，当旋转波段开关顺时针旋转时，该字节的8个数据位依次变成1；上位机第一步获取数据区的第19个字节；第二步将该字节拆分为8位，分别获取八位的数值，旋转波段开关开到某一档时，相应的数据位变为1，其他数据位变为0；因为无人驾驶工程作业设备车辆速度有三种：低速、中速、高速，所以当旋转波段为1档时，车辆速度为低速；当旋转波段为8档时，车辆速度为高速；其余档位都为中速；

上位机与无人驾驶工程作业设备端通信具有一套数据传输协议，该协议包括包头、包尾、数据包类别识别、奇偶校验、数据区，上位机打包遥控指令的具体方法如下：

上位机将遥控器的钮子开关、按键开关、旋转波段开关的数据放到一个字节中，其中上位机解析完遥控器钮子开关的数据后，将其放入数据区第一个字节的前四位；解析完遥控器按键开关的数据后，将其放入数据区第一个字节的第五位；解析完旋转波段开关的数据后，将其放入数据区的第一个字节的第六位、第七位、第八位，分别对应低速、中速、高速，这样一个字节就可以将遥控器的按钮开关、按键开关、旋转波段开关的指令发给下位机；对于第一摇杆的指令，用第二和第三个字节下发；对于第二摇杆的指令，放到第四个字节的第一位和第二位，当上位机解析到遥控器发送向前指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为1，当上位机解析到遥控器发送向后指令时，将第四个字节的第一位、第二位都变为0，当上位机解析到遥控器的前进后退都没有发送时，将第四个字节的第一位变为0、第二位变为1；遥控指令计数对应数据区的第5个字节，上位机每发送一次数据包该字节就相应加1，达到255之后置0重新计数。

2.根据权利要求1所述的用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统，其特征在于：上位机的波特率和遥控器的波特率设置为相同。

3.根据权利要求1所述的用于控制无人驾驶工程作业设备的远程遥控系统，其特征在于：本系统有数据反馈机制，确保无人驾驶工程作业设备端收到了遥控指令；无人驾驶工程作业设备端按照一定的周期上传数据，上位机解析上传数据包中的返回遥控指令计数的数据，上位机解析到字节的数值后会显示到上位机，若该数值是增加的，则证明无人驾驶工程作业设备端接收到了上位机发送的数据。

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