仿水雷智能車的上位機設計

韓特 初俊博 劉崢 王勇申 郝正

摘 要：本文針對目前水雷特點及表象特征，設計出一種具有水雷功能的智能車，代替傳統意義上的水雷完成相應任務。該仿水雷智能車可以獨立完成搜索、識別、確認、跟蹤、打擊等主要傳統水雷的任務。同時通過藍牙串口通信，完成上位機（PC端）與下位機（智能車）之間的信息交流，對仿水雷智能車當前狀況及目標探測情況進行實時監測，適當作出人工干預。

關鍵詞：智能車；C51單片機；上位機C#

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

一、前言

現代智能機器人基本能按人的指令完成各種比較復雜的工作，如深海探測、作戰、偵察、搜集情報、搶險、服務等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務。而水雷作為一種不引人注意，但又非常有效的水下防御武器，在現代戰爭中發揮著不可磨滅的作用。

在普通實驗和訓練模擬過程中，普通水雷不易控制且毀傷性較大，造價昂貴。因此設計一種具有水雷功能的智能機器人，來代替傳統水雷完成所既定的任務是非常必要的。它不僅能自主完成工作而且能與人共同協作完成任務或在人的指導下完成任務，而且還具有移動功能、操作功能、感知功能等一般水雷所不具備的功能。它是一種能夠實現人機交互軍用智能機器人，其特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰等任務，能夠自動跟蹤地形和選擇道路，具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。

二、上位機的功能設計

常見的循跡智能小車只能在簡單的“十”或“丁”字路口尋到出口或者在路徑中開始循跡和跟蹤。而我們在小車上加裝紅外、碰撞、循跡傳感器以及CMOS攝像頭等多種傳感器，在單片機的管理和相關程序的控制下，能完成自動循跡及在復雜地形的迷宮中尋找目標，跟蹤目標及打擊目標的功能。

此上位機設計有雷達搜索顯示區域、視頻跟蹤顯示區域、目標指示信息顯示區域、操作區域等四大區域，可以完成對敵方目標的搜索、識別、確認、跟蹤、打擊等功能（如圖1所示）。利用C#編程，完成仿水雷智能車上位機的設計。通過藍牙串口連接，實現上位機（PC）與下位機（智能車）之間的通信，實時監測智能車運動情況及對智能車情況做出判斷以便及時做出處理。

三、上位機的區域設計

上位機的區域包括搜索顯示區域、視頻顯示區域、目標指示信息顯示區域、操作區域等四大區域，如圖2所示。

1 搜索顯示區域

該區域主要利用仿水雷智能車上的各種傳感器，實時監視小車周圍環境情況。根據智能車上的傳感器排布規律，計算出傳感器掃描一周所用的時間，以此作為上位機搜索顯示區域中雷達掃描線的掃描頻率。雷達掃描線在仿水雷智能車周圍360°范圍內進行掃描，即可得到智能車附近的情況。在得到該智能車附近環境情況的同時，將得到的目標信息同步顯示到該區域中，當掃描線與目標中心點重合時，即搜索到目標，此時立即對目標進行敵我識別，當判斷是敵方目標時，立即發出信號傳遞給智能車，驅動智能車轉向使攝像頭正對目標，并對敵方目標跟蹤，同時將信息傳遞到信號顯示區域。

2 視頻顯示區域

視頻顯示區域主要是用來接收智能車上攝像頭傳輸的數據，實時動態顯示目標及其周圍環境狀況，以便智能車進行跟蹤和攻擊目標。對接收到的攝像頭視頻信號。

由于仿水雷智能車的攝像頭始終正對車體視線前方，所以顯示的視頻信息是當前智能車正方向的圖像。因此，當搜索到敵方目標時，驅動智能車自動轉向，使攝像頭正對目標方向，完成跟蹤任務。

3 目標信息顯示區域

當攝像頭指向目標時，通過傳感器獲得目標信息，包括目標的距離，方位等。然后對目標進行編號，在指示信息區域以列表的方式顯示目標的批號、距離、方位、速度等運動要素，以便對智能車進行人工操作以及監測運動變化情況。此區域最多可以顯示3個目標的運動信息。

4 操作區域

主要是對仿水雷智能車進行操作的主要功能有：

①自動/人工識別目標

當傳感器探測到目標時，會向后臺上位機發出信號，可以自動或者人工對目標進行識別確認。若選擇自動時，自動進行敵我識別；若選擇人工，則人為判斷是否進行跟蹤目標，完成打擊任務。

②完成智能車的方向操作

人為的對仿水雷智能車進行前、后、左、右控制，操作智能車的運動狀態。

③長動/點動操作

通過選擇此模式，可以控制智能車連續行進或者點動行進。若操作方式為長動時，在對智能車進行操作時，點擊后智能車會保持運動狀態；若操作方式為點動時，在對智能車進行操作時，而是一點一動狀態，每次行進5cm。只有連續點擊控制按鈕才可實現對智能車的連續行進。

④速度顯示及控制

對智能車的速度進行實時顯示及控制。通過滑軌，可以完成自動或人為的調節仿水雷智能車的速度。

⑤藍牙串口通訊功能

通過藍牙連接，實現上位機對下位機的控制以及完成通信功能。

結語

整個上位機的設計以單片機為核心，本上位機能實現如下功能：

（1）上位機接收仿水雷智能車傳輸的視頻信號，并將所獲得的目標實時動態的顯示到指定區域。

（2）綜合利用多種傳感器，硬件與軟件結合，實現了軟件對硬件的綜合利用。

（3）下位機與上位機的綜合連接，提高了各部分的工作效率。

參考文獻

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