一種便攜式無人車地面控制終端的制作方法

本發(fā)明涉及一種便攜式無人車地面控制終端，屬于無人系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域和無線遙控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，在武器裝備飛速發(fā)展與減少人員傷亡的要求日益突出的共同作用下，戰(zhàn)場無人化趨勢與發(fā)展走向愈加凸顯。作為戰(zhàn)爭空間的重要組成部分，無人偵察設(shè)備的發(fā)展與裝備是保障國家安全的必然選擇，而且有向集成化系統(tǒng)化以及多系統(tǒng)協(xié)同的方向發(fā)展。專門的用于無人車的控制的地面控制終端可作為無人車的指揮控制中心，專門用于對無人車的地面控制與管理。操作員通過地面控制終端系統(tǒng)提供的鍵盤、按鈕、旋鈕和操控手柄等外設(shè)來與地面控制終端軟件進行交互，無線數(shù)傳設(shè)備連接狀態(tài)監(jiān)控軟件和整車控制器，采集整車控制器發(fā)送的駕駛數(shù)據(jù)，并將遙控信號發(fā)送給控制器。可以對無人車進行實時遙控。行駛過程中地面控制終端采集駕駛信息檢測運行狀態(tài)，為遙控提供參考數(shù)據(jù)，任務(wù)結(jié)束后會保存采集的駕駛信息用于以后的仿真分析。

現(xiàn)有的地面控制終端系統(tǒng)存在一些不足，不能很好的適應(yīng)無人車的控制與監(jiān)測。其一，現(xiàn)有的一些地面控制終端采用的遙控系統(tǒng)為2.4ghzrc射頻收發(fā)系統(tǒng)再用ppm編碼，可傳輸有限通道數(shù)量的控制信號。這種系統(tǒng)對地傳輸距離近，可靠性差，傳述距離近，傳輸數(shù)據(jù)量極小，可擴展性差，只能點對點通信。亟需一種用工業(yè)級數(shù)傳電臺實現(xiàn)遠距離可靠數(shù)據(jù)組網(wǎng)通信的設(shè)備作為遙控指令的通訊設(shè)備。其二，現(xiàn)有地面控制終端很少內(nèi)部集成工控機設(shè)備，無法對數(shù)據(jù)進行處理、顯示與存儲，更無法方便的開發(fā)一些應(yīng)用層程序用于無人車控制。本發(fā)明的目的在于解決上述問題，滿足現(xiàn)有無人裝備的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種便攜式無人車地面控制終端系統(tǒng)，采集無人車第一視角圖像和駕駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，并遙控各個被控?zé)o人車，通訊可擴展性強，傳輸信息量大，傳輸距離遠，可組網(wǎng)多點通信。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種便攜式無人車地面控制終端，包括：上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)、無線數(shù)傳系統(tǒng)、無線圖傳系統(tǒng)、圖像處理與存儲系統(tǒng)、操控面板；

上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)接收無線數(shù)傳系統(tǒng)發(fā)送的無人車實時狀態(tài)參數(shù)并顯示；無人車實時狀態(tài)參數(shù)包括遙控指令狀態(tài)信息、無人車的車速、油門開度、轉(zhuǎn)向角、加速度、滑移率、動力電池的電量、電壓及電流；上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)接收操控面板的各個搖桿按鈕通道信號，對搖桿按鈕通道信號進行處理，打包成串口消息發(fā)送至無線數(shù)傳系統(tǒng)；串口消息中包括遙控指令，遙控指令包括：油門/剎車、轉(zhuǎn)向、急停、掛載、主動懸架控制、艙門舵機開關(guān)、轉(zhuǎn)向舵機使能、轉(zhuǎn)向模式切換旋鈕、行進模式切換旋鈕、獨立轉(zhuǎn)向；

無線數(shù)傳系統(tǒng)接收無人車發(fā)送的實時狀態(tài)參數(shù)，并發(fā)送無人車實時狀態(tài)參數(shù)至上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)；無線數(shù)傳系統(tǒng)接收上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)發(fā)送的串口消息，并將串口消息發(fā)送至無人車，根據(jù)串口消息中的遙控指令實現(xiàn)無人車的遙控；

控制面板利用單片機從外部獲取搖桿按鈕通道信號，并將搖桿按鈕通道信號發(fā)送至上位機檢測控制系統(tǒng)；接收上位機檢測控制系統(tǒng)發(fā)送的遙控指令狀態(tài)信息；

無線圖傳系統(tǒng)接收無人車發(fā)送的圖像信號，將圖像信號傳給圖像處理與存儲系統(tǒng)；圖像處理與存儲系統(tǒng)對接收的無線圖傳系統(tǒng)發(fā)送的圖像信號進行處理和存儲，并將處理后的圖像信息傳送至圖像顯示系統(tǒng)進行顯示。

所述無線數(shù)傳系統(tǒng)集成了基于網(wǎng)路通訊協(xié)議的電臺通信設(shè)備，電臺通信設(shè)備發(fā)射端和接收端與外部通訊均采用串口通訊，并與各個無人車間形成組網(wǎng)通訊。

所述無線圖傳系統(tǒng)包括雙通道模擬傳輸系統(tǒng)，傳輸兩路視頻信號，雙通道模擬傳輸系統(tǒng)的發(fā)射機與接收機具有多頻點跳頻功能，根據(jù)電磁環(huán)境調(diào)整頻點。

所述圖像處理與存儲系統(tǒng)包括兩路圖像視頻采集處理設(shè)備，處理兩路圖像實現(xiàn)實時分屏顯示、主副圖像切換、畫中畫、本地存儲。

所述轉(zhuǎn)向模式包括阿克曼轉(zhuǎn)向、雙橋轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向、解耦轉(zhuǎn)向。

還包括供電系統(tǒng)，為上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)、無線數(shù)傳系統(tǒng)、無線圖傳系統(tǒng)、圖像處理與存儲系統(tǒng)、操控面板供電。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用電臺通訊手段傳輸控制指令，內(nèi)部集成工業(yè)級數(shù)傳電臺實現(xiàn)遠距離可靠數(shù)據(jù)組網(wǎng)通信。相對于目前市場上的地面控制終端設(shè)備，通訊可擴展性強，傳輸信息量大，傳輸距離遠，可組網(wǎng)多點通信。

(2)本發(fā)明內(nèi)部集成工控機設(shè)備，可運行操作系統(tǒng)并且安裝和運行上位機，從而可方便的進行遙測數(shù)據(jù)處理、顯示和保存?？蛇\行主流圖形界面操作系統(tǒng)如windows、ubuntu等，上位機開發(fā)方便。

(3)本發(fā)明集成多路圖傳系統(tǒng)并將其通過視頻采集卡讀入和處理實現(xiàn)多畫面切換、分屏顯示以及畫中畫顯示，相對與單路圖傳的地面控制終端具有監(jiān)控能力強的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明地面控制終端子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明地面控制終端控制監(jiān)測信息流向；

圖3為本發(fā)明地面控制終端圖像傳輸信息流向。

具體實施方式

如圖1～圖3所示，一種便攜式無人車地面控制終端，包括：上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)、無線數(shù)傳系統(tǒng)、無線圖傳系統(tǒng)、圖像處理與存儲系統(tǒng)、操控面板。

上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)接收無人車通過無線數(shù)傳系統(tǒng)發(fā)送的實時狀態(tài)參數(shù)并顯示；上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)監(jiān)測外部的無人車的狀態(tài)參數(shù)包括遙控指令狀態(tài)信息(遙控指令通信是否正常)、無人車的車速、油門開度、轉(zhuǎn)向角、加速度、電量、滑移率、動力電池的電量、電壓及電流。

上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)通過接收到的操控面板的各個搖桿按鈕通道信號進行處理打包成串口消息，通過無線數(shù)傳系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給無人車控制器實現(xiàn)遙控。遙控指令包括：油門/剎車、轉(zhuǎn)向、急停(該按鈕拍下后自鎖，用于緊急情況下的安全措施)、掛載(即車輛啟動信號，按鈕自鎖，按下方可啟動車輛)、主動懸架控制(即車輛可調(diào)懸架控制)、艙門舵機開關(guān)、轉(zhuǎn)向舵機使能(按下觸發(fā)轉(zhuǎn)向機)、轉(zhuǎn)向模式切換旋鈕、行進模式切換旋鈕、獨立轉(zhuǎn)向控制。

上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)中運行的監(jiān)控軟件用例如labview上位機開發(fā)軟件編寫，功能為實時顯示無人車實時狀態(tài)參數(shù)并保存到本地文件，例如保存到excel表格中。

所述無線數(shù)傳系統(tǒng)用于無人車地面控制終端與無人車間傳輸通訊信號，并與上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收顯示與遙控指令的發(fā)送。

無線數(shù)傳系統(tǒng)集成了基于網(wǎng)路通訊協(xié)議的電臺通信設(shè)備，例如采用915mhz頻段無線數(shù)傳電臺端間傳輸方式為udp協(xié)議打包透明傳輸；與上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)的通訊包括：其一，發(fā)送上位機打包的遙控指令給無人車，實現(xiàn)操作員遠程遙控指令傳輸?shù)揭苿佣说墓δ?；其二，將無人車回傳的狀態(tài)參數(shù)接收給上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)，實現(xiàn)實時無人車遙控以及狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測的功能。無線數(shù)傳系統(tǒng)還可與各個無人車間形成組網(wǎng)通訊。如單節(jié)點發(fā)送，多節(jié)點接收，可以通過一臺地面控制終端控制多輛無人車，在通訊的每個數(shù)據(jù)幀中加入數(shù)據(jù)id位，各個無人車id不同，各個無人車通過id位辨別并讀出自己相關(guān)的指令數(shù)據(jù)。

例如，無人車與無線數(shù)傳系統(tǒng)通訊幀協(xié)議格式如下：

所述無線圖傳系統(tǒng)用于傳送圖像信號。無線圖傳系統(tǒng)由雙通道5.8ghz頻段模擬傳輸系統(tǒng)構(gòu)成，同時傳輸兩路視頻。無線圖傳系統(tǒng)的模擬圖傳發(fā)射機與接收機具有多路畫面跳頻功能，根據(jù)電磁環(huán)境調(diào)整頻點，最大程度減小干擾。無線圖傳系統(tǒng)能將兩路圖像傳給便攜式無人車地面控制終端的圖像處理與存儲系統(tǒng)進行處理和存儲。

所述圖像處理與存儲系統(tǒng)用于處理和存儲無線圖傳系統(tǒng)傳來的圖像信號。圖像處理與存儲系統(tǒng)的主要構(gòu)成為兩路圖像視頻采集處理設(shè)備，如視頻采集卡，用于處理兩路圖像實現(xiàn)實時分屏顯示、主副圖像切換、畫中畫、本地存儲功能。圖像處理與存儲系統(tǒng)將處理好的圖像傳給圖像顯示系統(tǒng)。

所述圖像顯示系統(tǒng)用于實時顯示無線圖傳系統(tǒng)傳來的圖像信號。圖像顯示系統(tǒng)為液晶顯示屏等顯示裝備，上箱體分布共兩個14寸1080p液晶屏幕顯示界面，其中上屏與地面控制終端工控機相連，顯示的是駕駛狀態(tài)監(jiān)控軟件，實時顯示無人車駕駛狀態(tài)并保存數(shù)據(jù)；下屏顯示接收到的圖像處理與存儲系統(tǒng)以hdmi接口輸出的1080p實時數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。

所述操控面板的主要功能包括：搖桿以及按鈕的狀態(tài)信息由單片機用模擬量和數(shù)字量io接口讀入，單片機根據(jù)搖桿以及按鈕的狀態(tài)信息生成遙控指令，之后單片機的rs485串口與上位機監(jiān)測控制系統(tǒng)的工控機電腦通訊傳輸遙控指令。

操控面板包括操作人員操作控制的按鈕及按鍵、用于采集搖桿按鈕信息的一塊單片機開發(fā)板以及連接工控機電腦的鼠標(biāo)和鍵盤，上述設(shè)備機械安裝于一塊鋁制面板上。操控面板作為人機交互平臺進行遙控?zé)o人車，使得無人車的運動狀態(tài)、運行模式和運行參數(shù)能夠按使用意圖進行調(diào)整。

終端操控面板裝備的人機交互接口包括：單點復(fù)位按鈕、自鎖按鈕、二段開關(guān)、三段開關(guān)、旋鈕、三通道搖桿手柄、鍵盤和觸摸板。一塊單片機被用于采集上述設(shè)備的搖桿以及按鈕信號并根據(jù)搖桿以及按鈕的狀態(tài)信息生成遙控指令。例如，操控面板的單片機程序控制車輛行使指令的具體實現(xiàn)如下：通過面板旋鈕模式開關(guān)的擋位判斷當(dāng)前行駛模式。無人車的控制分為4種行駛模式。模式1是前進模式，汽車向前行駛。由中位向前推即可增大油門開度，電機正轉(zhuǎn)，油門開度與電機轉(zhuǎn)矩的絕對值成正比。由中位向后推可觸發(fā)剎車，剎車力度與搖桿偏移量成正比。模式2為后退，由中位向前推即可增大油門開度，電機反轉(zhuǎn)，油門開度與電機轉(zhuǎn)矩的絕對值成正比。由中位向后推可出發(fā)剎車，剎車力度與搖桿偏移量成正比。模式3為原地轉(zhuǎn)向模式。汽車原地速差轉(zhuǎn)向，此時車輪轉(zhuǎn)角不變，調(diào)節(jié)搖桿左右可以實現(xiàn)向右或向左原地轉(zhuǎn)向，旋轉(zhuǎn)速度與搖桿偏移量成正比。模式4為調(diào)試模式，在該模式下四個車輪的轉(zhuǎn)向與汽車懸架的升降是完全相互獨立的，需要通過控制面板中的四個獨立轉(zhuǎn)向旋鈕和八個懸架按鈕分別單獨設(shè)置。

再如，操控面板的單片機程序控制車輛轉(zhuǎn)向模式指令的具體實現(xiàn)如下：通過轉(zhuǎn)向選擇開關(guān)擋位判斷轉(zhuǎn)向模式，分為三檔，一檔為阿克曼轉(zhuǎn)向，此時兩前輪轉(zhuǎn)角同向偏轉(zhuǎn)，角度與搖桿偏移量成正比，兩后輪不偏轉(zhuǎn)，二檔為解耦轉(zhuǎn)向，此時兩前輪轉(zhuǎn)角同向偏轉(zhuǎn)，兩后輪同向偏轉(zhuǎn)且與前輪方向相同，角度與搖桿偏移量成正比，三檔雙橋轉(zhuǎn)向，此時兩前輪轉(zhuǎn)角同向偏轉(zhuǎn)，兩后輪同向偏轉(zhuǎn)且與前輪方向相反，角度與搖桿偏移量成正比。

所述地面控制終端的供電系統(tǒng)為外置供電。在野外環(huán)境下使用時，可用24v鉛蓄電池組供電，在有市電電源時可由220v交流電源供電。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。