CN204498270U - 一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统，包括车载部分、接收部分与PC机，所述车载部分包括一主控制器，所述主控制器的输出端分别连接数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输入端，所述主控制器的信号输出端通过一无线数据传输模块传输给接收部分，所述接收部分包括一无线数据传输模块和一控制器，所述无线数据传输模块与控制器间双向传输连接。本实用新型具有大数据量无线通讯、视频监控功能，并采用了图像传感技术、图像压缩技术、无线通信技术和电机驱动技术，可以在危险场景执行任务，帮助人类完成远程信息探测、执行操作等任务，智能化程度高。

Description

一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统

技术领域

本实用新型涉及一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统。

背景技术

现有的无人车技术很多采用声音监控或者传统的报警系统，所提取的现场信息量有限，不能满足很多场景的使用要求。传统的有线的定点监控方式方式也存在明显缺陷，有线的定点监控只能从某一个地点和角度监控，并且需要架设传输线缆。如果需要改变监控的地点和角度则需要重新架设线缆，操作相对复杂。而采用具有无线视频传输功能的电动小车可以随时更换监控角度和地点，并且无需架设线缆，安装和撤除设备都十分方便。

带有无线视频探测功能的智能小车在未来的军事或民用领域都有发展空间。早期的电动小车智能度不高，具体功能比较简单。一些带有无线设备的智能小车只是利用无线设备来传输相关的控制指令，所传输的数据量较小，因此，如何解决智能小车传输数据量较大的视频信息是需要解决的重点。早期的智能小车行走的路径都是实现规划好了的路径让小车按照规定的路径行走，智能性相对较低，因此，随着传感器技术的发展，智能小车自主感知周围环境，自主规划路径，是小车实现智能化的关键技术所在，相关的规划路径算法，也是需要解决的重点。早期的智能小车在运行的时候地灵活性和稳定性不时很好，因此设计出灵活稳定的驱动电路来控制小车的运行也是智能小车具体运行时的关键技术。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、智能化程度高的无线遥控数据传输视频探测车智能系统。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统，包括车载部分、接收部分与PC机，所述车载部分包括一主控制器，所述主控制器的输出端分别连接数据存储模块、程序存储模块、避障传感 器、图像采集模块和一电机驱动模块的输入端，所述数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输出端均连接主控制器的输入端，所述主控制器的输入输出端接有一JTAG接口，所述主控制器的信号输出端通过一无线数据传输模块传输给接收部分，所述车载部分通过车载电源供电；

所述接收部分包括一无线数据传输模块和一控制器，所述无线数据传输模块与控制器间双向传输连接，所述无线数据传输模块通过一接收电源供电，所述控制器的输入输出端通过一USB接口与PC机连接，所述USB接口与控制器均通过接收电源供电。

作为优选的技术方案，所述主控制器型号为TMS320DM355，所述主控制器由ARM926EJ-S内核、mpeg4-jpeg协处理器、集成视频处理子系统和外围设备组成。

作为优选的技术方案，所述图像采集模块采用OV9653低压供电CMOS彩色图像传感芯片，片内集成VGA摄像和图像处理功能，包括自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡控制、自动亮度控制和图像质量控制。

作为优选的技术方案，所述车载电源采用220VAC到12V DC的电源适配器供电，通过电压转换芯片产生电压，电压转换芯片的输入电压范围为4.5V到16V，最大输出电流为2A。

作为优选的技术方案，所述无线传输模块采用专用射频收发芯片nRF24L01，所述主控制器通过SPI接口来控制无线传输模块，所述控制器通过SP I接口控制无线数据传输模块。

作为优选的技术方案，所述主控制器通过GPI O接口来驱动电机驱动模块，电机驱动模块控制直流电机运转。

作为优选的技术方案，所述图像采集模块采用CMOS图像传感器采集图像数据，主控制器利用GPIO口模拟驱动CMOS传感器所需的时序信号，将CMOS输出的数字信号读入主控制器内的片内存储器内。

本实用新型的有益效果是：1、采用无线通讯技术，避免小车行驶受到限制；

2、采用专用射频收发技术，无线传输距离远、带宽高，适合大数据量图像 信息传输；

3、在用作实时视频探测或监控的智能小车中，采用半导体图像传感器来采集图像数据，具有以下优点：半导体图像传感器具有体积小、重量轻、析像度高、功耗低，并且可以低电压驱动等；

4、本专利设计主要采用硬件的MPEG4压缩编码方式：在空间上(帧内)，图像数据压缩采用JPEG压缩算法去掉冗余信息；在时间方向上(帧间)，视频数据压缩采用运动补偿算法去掉冗余信息。这样，大大优化了有效图像数据传输的效率，满足实际使用要求；

5、灵活的驱动方式选择达到最佳驱动效果：本专利智能小车系统采用电机驱动器L298N来作为电机驱动模块，该驱动器采用H桥式驱动电路来驱动电机，既可以驱动直流电机，也可以驱动步进电机；

6、低功耗设计，延长单次执行任务的续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为电源模块的封装图；

图3为无线传输模块的系统框图；

图4为电机驱动模块的系统框图；

图5为避障传感器的系统框图；

图6为CMOS图像传感器模块的原理图；

图7为栅格示意图；

图8为行走路线间的角度关系图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1和图5所示，本实用新型的一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统，包括车载部分、接收部分与PC机，所述车载部分包括一主控制器，所述主控制器的输出端分别连接数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输入端，所述数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输出端均连接主控制器的输入端，所述主控制器的输入输出端接有一JTAG接口，所述主控制器的信号输出端通过一无线数据传输模块传输给接收部分，所述车载部分通过车载电源供电；

所述接收部分包括一无线数据传输模块和一控制器，所述无线数据传输模块与控制器间双向传输连接，所述无线数据传输模块通过一接收电源供电，所述控制器的输入输出端通过一USB接口与PC机连接，所述USB接口与控制器均通过接收电源供电。

主控制器型号为TMS320DM355，所述主控制器由ARM926EJ-S内核、mpeg4-jpeg协处理器、集成视频处理子系统和外围设备组成。

图像采集模块采用OV9653低压供电CMOS彩色图像传感芯片，片内集成VGA摄像和图像处理功能，包括自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡控制、自动亮度控制和图像质量控制。

如图2所示，车载电源采用220VAC到12V DC的电源适配器供电，通过电压转换芯片产生电压，电压转换芯片的输入电压范围为4.5V到16V，最大输出电流为2A。

如图3所示，无线传输模块采用专用射频收发芯片nRF24L01，所述主控制 器通过SP I接口来控制无线传输模块，所述控制器通过SP I接口控制无线数据传输模块。

无线传输模块采用专用射频收发芯片nRF24L01。该芯片可以通过各种MCU、MPU或DSP进行控制，车载子系统的主控制器通过SP I接口来控制无线传输发送模块，接受子系统也是SP I接口来控制无线传输接受模块。

如图4所示，主控制器通过GP I O接口来驱动电机驱动模块，电机驱动模块控制直流电机运转。

如图6所示，图像采集模块采用CMOS图像传感器采集图像数据，主控制器利用GPIO口模拟驱动CMOS传感器所需的时序信号，将CMOS输出的数字信号读入主控制器内的片内存储器内。

CMOS图像传感器制造工艺的优点是内部集成A/D转换器，直接输出数字信号。控制器可以利用GPIO口模拟驱动CMOS传感器所需的时序信号，并将CMOS输出的数字信号读入内存中。经过压缩后的图像数据先经过到串行的转换后通过射频收发器调制并由天线发射出去。

该方案可以使用各类型的控制器。由于采集出来的是数字信号，便于编码压缩，有利于数据的低带宽传输，而且传输过程中噪声和干扰较小，接受端经过解码就能恢复到原来的图像。

路径规划智能算法：改进型蚁群路径算法

将蚁群路径算法所选择的路径直接应用于智能小车的路径规划时忽略了以下问题：

小车自身的体积

传统蚁群路径算法中的禁忌栅格就是有障碍物的栅格或是蚂蚁走过的栅格。但是由于智能小车存在自身体积，这样定义会出现问题；

如图7所示，假设蚂蚁在栅格R(x,y)选择的下一栅格是R(x+1,y-1)，在理论算法中只要R(x+1，y-1)是自由栅格，该栅格就可以被选择。但是如果考虑智能小车自身的体积，当栅格R(x，y-1)和R(x+1，y)为障碍物栅格时，小车是无法直接从R(x，y)行进至R(x+1，y+1)栅格，造成蚁群路径算法所选 择的路径不适合小车的实际运行。

改进后，蚂蚁当前栅格的周围8个栅格分成两类，一类是边栅格，图7中相对R(x，y)，R(x，y+1)、R(x，y-1)、R(x+1，y)、R(x-1，y)四个栅格为边栅格，这几个栅格是否为禁忌栅格按照理论算法定义不变。R(x+1，y+1)，R(x-1，y+1)、R(x+1，y-1)、R(x-1，y-1)四个栅格为栅格。在角栅格中只有相邻的两个栅格都是自由栅格的时候，该角栅格才能成为自由栅格。否则，该栅格为禁忌栅格。如R(x+1，y-1)相邻的两个边栅格为R(x，y-1)和R(x+1，y)，只有当这两个栅格都为自由栅格时，栅格R(x+1，y-1)才根据自身的条件来判断是否为自由栅格。

如图8所示，蚂蚁从F栅格行进到A栅格再转向I和C栅格时需要转135度的角度，转到H和D栅格时需要转90度的角度，转到G和F栅格时需要转45度。在实际的小车行进中，由于运动的惯性，转动135度角相对比较轻松，但是转动90度角比较困难，转动45度角度更难做到，或者耗费大量时间才能做到。因此在对小车路径规划时，不仅需要规划出一条较短的路径，同时规划出的路径应该尽量避免使智能小车转动太小的角度，一般选择135度可行，特殊情况才选择90度或更小的角度。实际应用中小车转动角度的困难度与小车的宽度成正比，即小车的宽度越宽，小车转动小角度越难，所耗费的时间越久。针对这一情况，就需要在路径规划时设置一条标准，立足小车的具体宽度，综合考虑小车所选择的路径的距离和小车路径选择则的平滑性，选择出一条最适应小车运行的最优路径。

基于以上分析，本专利给出智能小车最优路径评价标准的公式如下：L＝Lr+X(X1N1+X2N2+X3N3)

其中L为路径最终长度；Lr为所选路径实际计算出的长度；X为小车的宽度系数，再实际应用中可以20cm宽度小车为标准宽度，X为小车实际宽度和标准宽度的比值，N1为智能小车转135度的次数，N2为智能小车转90度角度的次数，N3为智能小车转45度角度的次数；X1、X2、X3为各种角度的增益系数，可以根据具体小车的运动速度和转弯的性能进行调节，一般X2〉X1，X3〉X2。

本实用新型的有益效果是：1、采用无线通讯技术，避免小车行驶受到限制；

2、采用专用射频收发技术，无线传输距离远、带宽高，适合大数据量图像信息传输；

3、在用作实时视频探测或监控的智能小车中，采用半导体图像传感器来采集图像数据，具有以下优点：半导体图像传感器具有体积小、重量轻、析像度高、功耗低，并且可以低电压驱动等；

4、本专利设计主要采用硬件的MPEG4压缩编码方式：在空间上(帧内)，图像数据压缩采用JPEG压缩算法去掉冗余信息；在时间方向上(帧间)，视频数据压缩采用运动补偿算法去掉冗余信息。这样，大大优化了有效图像数据传输的效率，满足实际使用要求；

5、灵活的驱动方式选择达到最佳驱动效果：本专利智能小车系统采用电机驱动器L298N来作为电机驱动模块，该驱动器采用H桥式驱动电路来驱动电机，既可以驱动直流电机，也可以驱动步进电机；

6、低功耗设计，延长单次执行任务的续航能力。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：包括车载部分、接收部分与PC机，所述车载部分包括一主控制器，所述主控制器的输出端分别连接数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输入端，所述数据存储模块、程序存储模块、避障传感器、图像采集模块和一电机驱动模块的输出端均连接主控制器的输入端，所述主控制器的输入输出端接有一JTAG接口，所述主控制器的信号输出端通过一无线数据传输模块传输给接收部分，所述车载部分通过车载电源供电；

所述接收部分包括一无线数据传输模块和一控制器，所述无线数据传输模块与控制器间双向传输连接，所述无线数据传输模块通过一接收电源供电，所述控制器的输入输出端通过一USB接口与PC机连接，所述USB接口与控制器均通过接收电源供电。

2.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述主控制器型号为TMS320DM355，所述主控制器由ARM926EJ-S内核、mpeg4-jpeg协处理器、集成视频处理子系统和外围设备组成。

3.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述图像采集模块采用OV9653低压供电CMOS彩色图像传感芯片，片内集成VGA摄像和图像处理功能，包括自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡控制、自动亮度控制和图像质量控制。

4.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述车载电源采用220VAC到12V DC的电源适配器供电，通过电压转换芯片产生电压，电压转换芯片的输入电压范围为4.5V到16V，最大输出电流为2A。

5.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述无线传输模块采用专用射频收发芯片nRF24L01，所述主控制器通过SPI接口来控制无线传输模块，所述控制器通过SPI接口控制无线数据传输模块。

6.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述主控制器通过GPIO接口来驱动电机驱动模块，电机驱动模块控制直流电机运转。

7.根据权利要求1所述的无线遥控数据传输视频探测车智能系统，其特征在于：所述图像采集模块采用CMOS图像传感器采集图像数据，主控制器利用GPIO口模拟驱动CMOS传感器所需的时序信号，将CMOS输出的数字信号读入主控制器内的片内存储器内。