一种无人侦察车设计

来源:用户上传      作者: 刘乙霏　解娴　贺艳花　吴迪

　　摘 要 在无人车开发的基础上，设计一种无人侦察车。侦察车设计采用单片机为控制核心，采用全方位摄像头，通过WIFI网络，使用上位机控制平台完成信息的实时获取及侦察车全自主运行的功能。本设计响应速度快，结构简单，具有系统性，并可对其进行功能扩展，具有较强的实用性。
　　关键词 全方位摄像头；WIFI网络；侦察小车；STC89C52单片机
　　中图分类号TP393 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0223-02
　　随着如今对无人车需求的不断扩大，使得集通信、控制、信息、光电、电子等设备于一体的综合性、跨专业无人车的研发越来越迫切。本设计在小车上装有图像视觉单元，图像视觉单元由全方位摄像头、图像采集模块、图像处理模块组成，图像采集模块通过摄像头采集小车路况信息的图像，并传递给图像处理模块处理，处理采用精简快速的算法，之后通过无线模块WIFI网络发送给上位机控制平台，控制平台依据小车的路况信息发送指令控制小车运转。
　　1系统设计目标
　　本车获取图像采取边走边看的形式，即侦察车在运行过程中获取周边环境图像信息并通过WIFI网络发送给上位机控制端，通过上位机发出的指令响应动作。这种图象获取方式与传统方式——停看走，即侦察车获取原地信息发送至上位机控制端，控制端根据反馈图像对侦察车发送指令相比，后者不需要电机的持续启动和停止，延长电机寿命的同时更节能。本设计采取全方位摄像头，相比普通摄像头，图像捕捉信息更广泛，反馈信息更全面，定位更精确，保证侦察的及时有效性。
　　2无人侦察车总体设计
　　侦察车采用STC89C52单片机控制，完成信息数据与控制策略处理，通过WIFI网络接受来自上位机控制平台的信号，控制步进电机的启动、加速和停止，将路况信息同时反馈给上位机控制处理平台，使侦察车完成一系列行为。使用上位机软件控制平台对侦察车发布命令，通过全方位摄像头及时反馈的图像观察，同时用精简的算法对反馈回来的图像进行处理，实现对侦察车的行为实时监控，及时了解路况信息。
　　3系统各个模块主要功能
　　3.1 电机驱动模块
　　本模块为电机提供可靠的驱动程序，针对侦察车当前的行驶状态，由单片机STC89C52接收到控制信号后，输出相应的控制电平给电机驱动模块，进而控制侦察车运转，使侦察车按照指令完成一系列行为。
　　3.2 电源管理模块
　　本模块采用电压变换电路，通过调节电池电压，完成从电源电池到各模块所需电压的转换，使得各个模块正常工作时的可靠电压信号得到保证。
　　3.3 无线传输模块：
　　本模块主要有两个功能。一是上位机控制平台通过无线传输模块WIFI将指令传给侦察车，进而使侦察车自主完成一系列行为；二是侦察车通过无线传输模块WIFI将摄像头看到的图像及时传回至PC机，经图像简单处理后，实现对侦察车周围的实时监控。
　　3.4 图像处理模块
　　本模块使用matlab软件对反馈回来的图像复原、处理，最大化得到侦察信息。
　　3.5 上位机控制处理平台模块
　　本模块可以直接看到侦察车反馈回来处理后的图像，通过图像对侦察车命令一系列行为，对路况进行实时监控。
　　4无人侦察车硬件设计
　　4.1电机控制单元设计
　　综合考虑封装、性能、功耗、成本、抗干扰性等因素，选用STC89C52单片机，这是一款完全集成的系统级芯片，拥有容易上手、开发周期短、功耗低、体积小、运行速度快、价格低廉等优点。
　　4.2图像采集模块设计
　　360度全方位摄像头将采集到的侦察车周围的路况信息传递给图像处理模块，之后通过无线模块WIFI发送给上位机操作平台，操作平台依据小车的及时反馈的路况信息给侦察车发送指令，控制侦察车运转。
　　4.3图像处理模块设计
　　一般情况下系统获取的图像为RGB图像，而用matlab软件处理的图像多为灰度图像，因此先把RGB图像转化为灰度图像，在灰度图像矩阵中，一个像素点就是阵中的一个元素，不同的元素值代表不同灰度等级，最小数值0代表黑色，最大数值代表白色，数值越大，表明该位置像素点亮度越高。
　　其次进行图像滤波处理。处理的主要目标是消除图像中含有的大量点状或尖峰状噪声。采取的方法可用频域去噪和时域去噪。其中频域去噪的经典方法有同态滤波、经典数字滤波器法、小波分析法等；而时域去噪的经典方法有中值滤波法、加权平滑法、二值形态学法等。经过分析比较利弊后，本设计采用时域去噪中的中值滤波法，采用这种方法不仅具有抑制干扰脉冲和点状噪声的作用，而且对于图像边缘能够较好地保持，更有利于图像的复原。
　　4.4无线传输单元设计
　　无线传输单元控制视频采集单元与AP之间的通信过程，支持IEEE802.11b/g通信协议 ，支持IEEE802.1x认证标准。无线传输单元通过WIFI网络将采集到的图像发送至无线视频监控终端，即为安装了视频监控客户端软件的上位机控制平台，可以在本地或远程实现视频实时监控。
　　5无人侦察车软件设计
　　5.1上位机控制平台设计
　　通过编程所得软件平台，平台上有基本上、下、左、右基本按键，通过按键对小车发出控制命令，以电脑代替遥控器，同时对通过摄像头及时返回的图像获取以及处理，达到对小车及其周围进行监控的功能。
　　参考文献
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