智能電動多功能服務小車的設計與實現

張蘇新 談佳豪 孫加存

摘 ?要：當今社會老齡化日趨嚴重，大量留守老人獨自在家，無法獨自搬運物體，給生活帶來不便，本文以此為背景，設計一款智能電動多功能服務小車。本文首先對推車的歷史、發展趨勢和特點進行了闡述，在此基礎上對系統進行了硬件設計，主控器選用含有ATMEGA2560-16AU控制器的MegaPi Pro控制板，運動控制部分選用37mm、12V/200RPM的直流電機和配套的驅動器，圖像采集模塊選用500W像素的OV5640型號的攝像頭，定位模塊選用WF-NEO-6M模塊和配套的SMA GPS天線。軟件上，通過mBlock圖形化編程軟件對小車運動控制進行編程，同時通過Keil軟件對攝像頭采集圖像和GPS定位模塊進行了程序的編寫。在硬件和軟件完成的基礎上，對實物進行了運行調試，最終實現了小車的運動、圖像采集和GPS定位等功能。

關鍵詞：智能電動小車;圖像采集;GPS定位

中圖分類號：TP23;TP368.2 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0137-03

Design and Implementation of Intelligent Electric Multi-function Service Car

ZHANG Suxin，TAN Jiahao，SUN Jiacun

（Suzhou Vocational University，Suzhou ?215104，China）

Abstract：Nowadays，with the aging of society becoming more and more serious，a large number of Left-behind elderly people are at home alone，unable to carry objects alone，which brings inconvenience to life. Based on this background，this paper designs an intelligent electric multi-functional service car. Firstly，the history，development trend and characteristics of the cart are described. On this basis，the hardware design of the system is carried out. MegaPi Pro control board with ATMEGA2560-16AU controller is selected as the main controller，37mm，12V/200RPM DC motor and matching driver are selected as the motion control part，500W pixel OV5640 camera is selected as the image acquisition module，and positioning module is selected as the positioning module. WF-NEO-6M module and matching SMA GPS antenna are used. In software，the car motion control is programmed by mBlock graphical programming software，and the camera image acquisition and GPS positioning module are programmed by Keil software. On the basis of the completion of hardware and software，the object is debugged and the functions of motion，image acquisition and GPS positioning of the car are finally realized.

Keywords：intelligent electric car;image acquisition;GPS positioning

0 ?引 ?言

推車的主要作用是以人力推、拉車輛，實現短距離貨物運輸的工具，在我國有近兩千年的發展歷史，雖然物料搬運技術不斷發展，但推車仍作為不可缺少的搬運工具而沿用至今，在生產和生活中獲得廣泛應用。其造價低廉、維護簡單、操作方便、自重輕，能在機動車輛不便使用的地方工作，在短距離搬運較輕的物品時十分方便。早在兩漢時期，我國的推車已形成了一種比較固定的樣式，以獨輪為主，在全國各地普遍流行，服務于生活、軍事各個方面，后面又因地制宜地制造出各種樣式，但總的來說還是以獨輪為主。如果單就出土圖像“鹿車”看，我們比較容易猜想時間應上推到西漢晚年。但是，這種被普遍使用的成熟的“鹿車”應有一個長期的成型過程。

在近幾年隨著科技的發展，國內的推車也幾經演變，制作材料也由木制為主，向塑料、鋁合金、鐵制等發展，用途也更加廣泛，目前推車就有用到廠區、辦公樓、圖書館、賓館、餐飲業、物流運輸等物料搬運行業，也根據不同的需要開發了不同功能的推車，如用在室內辦公場所的超靜音手推車、用在圖書館的網架式手推車，多功能工具用推車、可折疊行李小推車、樓梯攀爬專用推車等。

當今社會，老齡化日趨嚴重，大量留守老人獨自在家，若有東西需要搬運時，大部分老年人無法獨自完成，如果距離較遠，更是困難。本文針對老年人出行、搬運貨物不方便等問題開發了智能電動多功能小車，該小車以日常的小推車為基礎構架，重新設計、構造和開發，集合了助力、定位、控制和視覺等功能，構建了一個較為完整的老年人行動、生活輔助工具。

1 ?推車概述

推車在生產和生活中獲得廣泛應用是因為它造價低廉、維護簡單、操作方便、自重輕，能在機動車輛不便使用的地方工作，在短距離搬運較輕的物品時十分方便。推車在世界各地應用廣泛，例如歐美國家中推車在人們自家和公共花園使用較多，非洲和中東國家在礦山和建筑使用較多。我國現在市場上出現的推車除了在建筑、物流和農業等場所使用外，生活中也應用較多，例如父母推運嬰兒、超級市場上人們用于購物的推車等。這些推車沒有電動部分，因此只能靠人力進行推車，大量消耗勞動力，降低了工作效率。

推車按照輪子數量可以分為獨輪、兩輪、三輪和四輪。獨輪車由于只有一個輪子，可在狹窄的通道上行駛，原地也可以轉向，卸貨十分便利;兩輪車在獨輪車基礎上，能夠使得車體更加平穩地運行;三輪車和四輪車都有轉向輪，可以方便控制運動方向，而且車體運行更加平穩。

2 ?智能電動小車硬件設計

2.1 ?電路結構

本文設計的智能電動多功能服務小車電路控制系統由按鈕控制開關模塊、主控模塊、電機驅動模塊、電機模塊、GPS定位和攝像頭等組成，其電路硬件邏輯方框如圖1所示。

其中主控模塊采用MegaPi Pro主控板，該控制板的主控芯片為其核心部件，采用的是ATMEGA2560-16AU，包含3個串口，1個I2C口和SPI口，16個模擬量輸入，時鐘頻率16MHZ，MegaPi Pro擁有強大的編程能力，完全兼容Arduino編程，具有強大的擴展功能，該控制器符合本文的控制要求。選用OV5640型號的攝像頭，其分辨率為2592*1944，像素為500W，可以直接輸出jpeg格式的圖像;選用WF-NEO-6M型號的GPS定位系統，可以測量經緯度和海拔的三維位置定位，選用配套的SMA GPS天線，實現定位功能;選用37mm、額定電壓12V和額定轉速200RPM的直流電機，配以直流電機驅動，按鈕控制開關包含了前進、后退、停止、加減速功能，能夠滿足系統的運動要求。

2.2 ?機械結構

小車本體運用型材進行組裝搭建，先用Solidworks軟件對車體進行設計，設計的機械尺寸：車體的底盤長和寬分別是600mm和400mm，支架高為700mm，寬為400mm。在此基礎上，完成車體的建模，建立車體的三維模型圖，如圖2所示。對于小車輪子，底部裝有2個主動輪和4個從動輪，主動輪提供動力，控制小車的運動，從動輪由是萬向輪，除了平穩支撐車體和方便轉向外，還能在上下坡停車，最后組裝完成的實物如圖3所示。

3 ?智能電動小車軟件設計

根據控制要求，本系統運動控制部分運用mBlock軟件進行編程，該軟件是一款集游戲制作、藝術創作、機器人控制于一體的開源編程軟件，使用圖形化編程方式，添加了機器人模塊，使其可以驅動與Arduino電路板兼容的傳感器、機器人等硬件。通過對軟件編程實現了前進、后退、加減速、停止和轉彎等基本運動功能。通過mBlock軟件編程界面和編寫的程序，實現了基本運動功能。通過Keil編程軟件和串行口調試助手實現GPS定位和攝像頭的數據采集功能。

整個裝置完成后，其工作過程為：按下相應的鍵位，設置不同的工作模式，控制器接收到按鍵信息后，根據相應的工作模式給電機驅動模塊相應的信號，驅動模塊將信號放大，給直流電機電能信號，直流電機就能按照設置的工作模式進行運動。同時，GPS定位模塊實現了小車的實時定位，用于實時監測小車的運行位置，攝像頭記錄采集的視頻和圖像，存儲小車的行進畫面，保障了小車更加穩定、安全的運行。

該裝置的特點為：內置蓄電池，充電7-8小時，連續供電10小時，保障用戶一天的工作和生活的需求;采用手動控制一線牽動，操作簡單，便于老年人群體接受;采用萬向輪，360度旋轉，保障了轉向靈活，運行穩定。使用機械結構進行急停，保證上、下坡時不會發生意外;內置調速結構，實現急減速功能，為用戶提供更多種速度選擇;安裝有GPS定位系統，實現監測小車實時位置，同時攝像頭可以記錄小車行進圖像，保障老年人用車安全。

4 ?結 ?論

本文首先簡要概述了推車的歷史背景及發展趨勢。為了老年人出行和生活方便，本文在現有推車的基礎上，設計了一款智能電動多功能服務小車。硬件上，以ATMEG A2560-16AU為控制核心，配以37mm、額定電壓12V和額定轉速200RPM的直流電機和配套的驅動器組成的運動，OV5640型號的500W像素的攝像頭構成的圖像采集部分和WF-NEO-6M模塊和配套的SMA GPS天線組成的定位系統。軟件上，通過mBlock和Keil編程軟件對小車運動控制、攝像頭采集圖像和GPS定位模塊進行了程序的編寫。在硬件和軟件完成的基礎上，對實物進行了運行調試，結果表明該裝置能夠實現運動、圖像采集和GPS定位功能。

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作者簡介：張蘇新（1987.02-），男，漢族，江蘇蘇州人，講師，電子信息工程學院教師，碩士研究生，研究方向：電氣自動化技術。