CN110865638A - 一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，包括远程控制信号发射模块、信号接收处理模块、车载控制终端、横向遥控控制模块、纵向遥控控制模块；车载控制终端包括IO信号读取模块、IO信号解析模块、状态机模块和CAN通信模块，IO信号读取模块实时读取车载控制终端IO引脚的高低电平变化，状态机模块内部搭建了无人驾驶工程作业设备的横、纵向运动的控制指令，IO信号解析模块解析得到的指令作为状态机模块的触发指令，当状态机内部的相应控制指令被触发后就会通过CAN通信模块向横向控制模块、纵向控制模块发送相应的指令。该系统采用遥控装置、MCU、继电器结合起来，通过IO信号来精确的控制无人驾驶工程作业设备横纵向运动状态的改变。
Description
技术领域
本发明属于遥控控制技术领域，具体涉及一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统。
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，无人驾驶碾压机应运而生。
无人驾驶碾压机在复杂工况(如悬崖峭壁边缘)下进行碾压工作时，当出现危险情况(如无人驾驶碾压机失控，)紧急制动后，需要将无人驾驶碾压机移动到安全地带，但人工驾驶移动危险性较高。如果没有遥控，很难实现将无人驾驶碾压机进行作业前的进场、退场；碾压机出现故障时，没有遥控，很难将无人驾驶碾压机退出作业区。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，包括远程控制信号发射模块、信号接收处理模块、车载控制终端、横向遥控控制模块、纵向遥控控制模块；
所述远程控制信号发射模块为一个拥有4个按键的信号发射器，4个按键发出的信号分别为无人驾驶工程作业设备前进指令、无人驾驶工程作业设备后退指令、无人驾驶工程作业设备左转指令、无人驾驶工程作业设备右转指令，通过按下或抬起按键来使远程控制信号发射模块发出355MHz或415MHz的无线电信号给信号接收处理模块；
所述信号接收处理模块包括信号接收天线、信号接收板、4个继电器，信号接收天线接收远程控制信号发射模块发来的信号指令并由信号接收板解析处理该信号指令，从而控制继电器的通断；
所述车载控制终端包括IO信号读取模块、IO信号滤波处理模块、IO信号解析模块、状态机模块和CAN通信模块，
IO信号读取模块实时读取车载控制终端IO引脚的高低电平变化，该高低电平变化是由于信号接收处理模块的4个继电器的通断变化而引起的；
IO信号滤波处理模块负责为对读取到的IO信号进行滤波处理，去除掉因误触信号发射模块按键而产生的错误IO信号以及粘滞产生的连续错误信号，IO信号解析模块负责对滤波处理后的IO信号进行解析，判断出是前进指令、驻车指令、后退指令、左转指令、右转指令，并将所代表对应指令的标志位发送给状态机模块；
状态机模块内部搭建了无人驾驶工程作业设备的横、纵向运动的控制指令，IO信号解析模块解析得到的指令作为状态机模块的触发指令，当状态机内部的相应控制指令被触发后就会通过CAN通信模块向横向控制模块、纵向控制模块发送相应的指令；
CAN通信模块用于将状态机模块发出的指令转换为CAN信号通过CAN引脚发送给横向控制模块、纵向控制模块。
在上述技术方案中，横向遥控控制模块：该模块包括转向电机控制器和转向电机，转向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的转向指令，对转向电机进行精确的控制，通过转向电机带动无人驾驶工程作业设备转向机构向左或向右转动相应的角度；
在上述技术方案中，纵向遥控控制模块：该模块包括纵向电机控制器和纵向电机，纵向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的纵向指令，对纵向电机进行精确的控制，通过纵向电机带动无人驾驶工程作业设备调速机构向前或向后以一定的速度运动。
在上述技术方案中，4个继电器与远程控制信号发射模块的4个按键一一对应，当信号接收处理模块接收到A键发出的信号后，控制继电器A导通，当信号接收处理模块接收到B键发出的信号后，控制继电器B导通，当信号接收处理模块接收到C键发出的信号后，控制继电器C导通，当信号接收处理模块接收到D键发出的信号后，控制继电器D导通。
在上述技术方案中，滤波处理的方法如下：当遥控器按键按下时，可在控制器端检测到高电平，若当前为第一次检测到高电平的情形，则高电平计数器开始递增；若连续多次检测到高电平状态，当高电平计数器增加至阈值，则认为当前按键的按下操作时有效的，低电平计数器清零；此后，程序将继续检测对应IO引脚的电平状态。
在上述技术方案中，若无人驾驶工程作业设备的初始状态为正在向前(向后)运动，则此时再次发出前进(后退)的指令，则无人驾驶工程作业设备将会出现暂时驻车动作。
在上述技术方案中，本系统还包括电源模块，电源模块为12V蓄电池。
在上述技术方案中，本系统还包括传感器模块，该模块主要有GPS、姿态传感器、铰接角传感器、毫米波雷达、超声波雷达、视觉摄像机等组成。该模块的功能：为无人驾驶工程作业设备进入无人驾驶工作模式提供精确的位置信息、运动路径信息、障碍物信息等来保证无人驾驶工程作业设备安全可靠的进行无人碾压工作。
本发明的优点和有益效果为：
1.该系统采用遥控装置、MCU、继电器结合起来，通过IO信号来精确的控制无人驾驶工程作业设备横纵向运动状态的改变。
2.该系统采用按键滤波的方法来剔除掉IO信号中的奇点以及误触发射器按键而产生的错误信号以及粘滞(送键不恢复)产生的连续错误信号，确保每次响应的动作都来人有目的确定的操作，提高控制的精准性和安全性。
3.该系统使驾驶员从工程作业设备内解放出来，通过使用该遥控控制装置及系统可以远程控制无人驾驶工程作业设备的运动状态，实现无人驾驶工程作业设备在碾压仓面上进行长时间的碾压工作，减少驾驶员的精神和体力上的消耗。
4.无人驾驶工程作业设备在复杂工况(如悬崖峭壁边缘)下进行碾压工作时，当出现危险情况紧急制动后，需要将无人驾驶工程作业设备移动到安全地带，但人工驾驶移动危险性较高。此时该系统通过远程控制无人驾驶工程作业设备的横纵向运动来调整其移动到安全区域，可行性极高，且安全性较高。
附图说明
图1是本发明实施例一的无人驾驶碾压机遥控控制系统的架构图。
图2是按键按下时滤波检测图。
图3是按键按下时电平计数变化图。
图4是系统的工作流程图。
图5是本发明实施例二的无人驾驶碾压机遥控控制系统的架构图。
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1，一种无人驾驶碾压机遥控控制系统，包括远程控制信号发射模块①、信号接收处理模块②、车载控制终端(RCU)③、横向遥控控制模块④、纵向遥控控制模块⑤。
所述远程控制信号发射模块为一个拥有4个按键(A/B/C/D)的信号发射器，其中A键发出的信号为无人驾驶碾压机前进指令，B键发出信号为无人驾驶碾压机后退指令，C键发出的信号为无人驾驶碾压机左转指令，D键发出的信号为无人驾驶碾压机右转指令。该模块的功能：通过按下或抬起按键来使远程控制信号发射模块发出355MHz或415MHz的无线电信号给信号接收处理模块。
所述信号接收处理模块包括信号接收天线、信号接收板、4个继电器(A/B/C/D)；该模块的功能：信号接收天线接收远程控制信号发射模块发来的信号指令并由信号接收板解析处理该信号指令，从而控制继电器(A/B/C/D)的通断。即，4个继电器(A/B/C/D)与信号发射模块的4个按键(A/B/C/D)一一对应，当信号接收处理模块接收到A键发出的信号后，控制继电器A导通，当信号接收处理模块接收到B键发出的信号后，控制继电器B导通，当信号接收处理模块接收到C键发出的信号后，控制继电器C导通，当信号接收处理模块接收到D键发出的信号后，控制继电器D导通。
所述车载控制终端型号为Infineon SAK-TC275TP-64或Infineon SAK-TC397XE-256)，车载控制终端主要包括IO信号读取模块、IO信号滤波处理模块、IO信号解析模块、状态机模块和CAN通信模块。
IO信号读取模块实时读取车载控制终端IO引脚(如图1的K41、K14、K18、K37)的高低电平变化，该高低电平变化是由于信号接收处理模块的4个继电器(A/B/C/D)的通断变化而引起的；
IO信号滤波处理模块负责为对读取到的IO信号进行滤波处理，去除掉因误触信号发射模块按键而产生的错误IO信号以及粘滞(送键不恢复)产生的连续错误信号，确保每次响应的动作都来人有目的确定的操作，提高控制的精准性和安全性，滤波处理的原理如下：结合图2和3，当按键按下时，可在车载控制终端检测到高电平1(0状态表示按下，1表示抬起)，若当前(上图中A点)为第一次检测到高电平的情形，则高电平计数器(BasCmp_IO_A(B/C/D)_0_num)开始递增；若连续多次检测到高电平状态，当在B点时高电平计数器增加至阈值(BasCmp_hold_value_0)，则认为当前按键的按下操作时有效的，低电平计数器(BasCmp_IO_A(B/C/D)_1_num)清零；此后，程序将继续检测对应IO引脚的电平状态,C点为按键抬起时的电平状态，这时低电平计数器(BasCmp_IO_A(B/C/D)_1_num)开始递增，其滤波方式与按键按下时相同。
IO信号解析模块负责对滤波处理后的IO信号进行解析，判断出是前进指令、驻车指令、后退指令、左转指令、右转指令，并将所代表对应指令的标志位发送给状态机模块。
状态机模块内部搭建了无人驾驶碾压机的横、纵向运动的控制指令，IO信号解析模块解析得到的指令作为状态机模块的触发指令，当状态机内部的相应控制指令被触发后就会通过CAN通信模块向横向控制模块、纵向控制模块发送相应的指令。
CAN通信模块用于将状态机模块发出的指令转换为CAN信号通过CAN引脚发送给横向控制模块、纵向控制模块。
横向遥控控制模块：该模块包括转向电机控制器和转向电机，转向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的转向指令，对转向电机进行精确的控制，通过转向电机带动无人驾驶碾压机转向机构向左或向右转动相应的角度。
纵向遥控控制模块：该模块包括纵向电机控制器和纵向电机，纵向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的纵向指令，对纵向电机进行精确的控制，通过转纵向电机带动无人驾驶碾压机调速机构向前或向后以一定的速度运动。进一步的说，若无人驾驶碾压机的初始状态为正在向前(向后)运动，则此时再次发出前进(后退)的指令，则无人驾驶碾压机将会出现暂时驻车动作。
系统的工作流程如图4所示：
纵向控制功能：按下远程控制信号发射模块上的A/B键发送信号，碾压机车室内的信号接收处理模块接收到信号后，使信号接收处理模块上继电器A/B的线圈得/失电，继电器A/B的通断状态改变，车载控制终端通过IO引脚读取到IO高低电平变化信号，然后滤波过滤掉误触信号发射模块按键而产生的错误IO信号以及粘滞(送键不恢复)产生的连续错误信号，然后解析滤波处理后的IO信号并发送状态机模块内相应状态的触发条件，车载控制终端内部的状态机接收到触发条件后，通过CAN通信模块给纵向电机控制器发送指令，然后纵向电机执行命令，带动速度手柄向前(后)转动，启动驻车状态的无人碾压机开始前进/后退。
横向控制功能：按下远程控制信号发射模块上的C/D键发送信号，碾压机车室内的信号接收处理模块接收到信号后，使信号接收处理模块上继电器C/D的线圈得/失电，继电器C/D的通断状态改变，车载控制终端通过IO引脚读取到IO高低电平变化信号，然后滤波过滤掉误触信号发射模块按键而产生的错误IO信号以及粘滞(送键不恢复)产生的连续错误信号，然后解析滤波处理后的IO信号并发送状态机模块内相应状态的触发条件，车载控制终端内部的状态机接收到触发条件后，通过CAN通信模块给横向电机控制器发送指令，然后横向电机执行命令，带动横向控制系统向左(右)转动，无人碾压机开始向左(右)转动一定的角度值，无人驾驶碾压机实现横向运动状态的。
实施例二
参见附图5，在实施例一的基础上，进一步的，本系统还包括电源模块⑥，电源模块为12V蓄电池。
进一步的，本系统还包括传感器模块⑦，该模块主要有GPS、姿态传感器、铰接角传感器、毫米波雷达、超声波雷达、视觉摄像机等组成。该模块的功能：为无人驾驶碾压机进入无人驾驶工作模式提供精确的位置信息、运动路径信息、障碍物信息等来保证无人驾驶碾压机安全可靠的进行无人碾压工作。
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 (8)
1.一种无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：包括远程控制信号发射模块、信号接收处理模块、车载控制终端、横向遥控控制模块、纵向遥控控制模块；
所述远程控制信号发射模块为一个拥有4个按键的信号发射器，4个按键发出的信号分别为无人驾驶工程作业设备前进指令、无人驾驶工程作业设备后退指令、无人驾驶工程作业设备左转指令、无人驾驶工程作业设备右转指令，通过按下或抬起按键来使远程控制信号发射模块发出无线电信号给信号接收处理模块；
所述信号接收处理模块包括信号接收天线、信号接收板、4个继电器，信号接收天线接收远程控制信号发射模块发来的信号指令并由信号接收板解析处理该信号指令，从而控制继电器的通断；
所述车载控制终端包括IO信号读取模块、IO信号滤波处理模块、IO信号解析模块、状态机模块和CAN通信模块，
IO信号读取模块实时读取车载控制终端IO引脚的高低电平变化，该高低电平变化是由于信号接收处理模块的4个继电器的通断变化而引起的；
IO信号滤波处理模块负责为对读取到的IO信号进行滤波处理，去除掉因误触信号发射模块按键而产生的错误IO信号以及粘滞产生的连续错误信号，IO信号解析模块负责对滤波处理后的IO信号进行解析，判断出是前进指令、驻车指令、后退指令、左转指令、右转指令，并将所代表对应指令的标志位发送给状态机模块；
状态机模块内部搭建了无人驾驶工程作业设备的横、纵向运动的控制指令，IO信号解析模块解析得到的指令作为状态机模块的触发指令，当状态机内部的相应控制指令被触发后就会通过CAN通信模块向横向控制模块、纵向控制模块发送相应的指令；
CAN通信模块用于将状态机模块发出的指令转换为CAN信号通过CAN引脚发送给横向控制模块、纵向控制模块。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：横向遥控控制模块包括转向电机控制器和转向电机，转向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的转向指令，对转向电机进行精确的控制，通过转向电机带动转向机构向左或向右转动相应的角度。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：纵向遥控控制模块包括纵向电机控制器和纵向电机，纵向电机控制器接收来自CAN通信模块传送过来的纵向指令，对纵向电机进行精确的控制，通过转纵向电机带动无人驾驶工程作业设备调速机构向前或向后以一定的速度运动。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：4个继电器与远程控制信号发射模块的4个按键一一对应，当信号接收处理模块接收到A键发出的信号后，控制继电器A导通，当信号接收处理模块接收到B键发出的信号后，控制继电器B导通，当信号接收处理模块接收到C键发出的信号后，控制继电器C导通，当信号接收处理模块接收到D键发出的信号后，控制继电器D导通。
5.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：滤波处理的方法如下：当遥控器按键按下时，可在控制器端检测到高电平，若当前为第一次检测到高电平的情形，则高电平计数器开始递增；若连续多次检测到高电平状态，当高电平计数器增加至阈值，则认为当前按键的按下操作时有效的，低电平计数器清零；此后，程序将继续检测对应IO引脚的电平状态。
6.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：若无人驾驶工程作业设备的初始状态为正在向前(向后)运动，则此时再次发出前进(后退)的指令，则无人驾驶工程作业设备将会出现暂时驻车动作。
7.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：本系统还包括电源模块，电源模块为12V蓄电池。
8.根据权利要求1所述的无人驾驶工程作业设备的遥控控制系统，其特征在于：本系统还包括传感器模块，该模块主要有GPS、姿态传感器、铰接角传感器、毫米波雷达、超声波雷达、视觉摄像机等组成。
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