基于智能可视化的小车定位寻迹系统

摘要：本系统由超声波接收系统、时差处理无线发射系统和被导引移动系统小车组成。移动系统周期性的发射一定频率的超声波。三个超声波接收系统装置进行接收移动系统发射出的超声波，通过声波到达接收头时差的不同，MCU进入中断时差处理，然后信息移交给PC进行时差数据程序运算处理，计算移动系统的坐标并在PC机上实现可视化显示，然后根据所要到达的目的地与当前坐标相比较，生成相应的移动指令传至测试平台中的MCU，通过无线发射模块将数据传给移动系统。移动系统中的无线接收模块将接收到的数据传给移动系统中的MCU。MCU将实时接收到的数据命令引导小车调节运动方式，使之到达指定导引位置在这过程中实现轨迹的可视化显示。

关键词：声波定位 信息传输 循迹 可视化

1.引言

近年来，随着电子技术及智能控制技术的快速发展，智能小车无论在工业生产还是在日常生活中都得到了广泛应用，其既有对环境状态快速反应和分析判断能力,又可长时间持续工作、精度高、抗恶劣环境的能力。在安全领域,智能小车的应用日益广泛，其中人们对无人驾驶的小车实现自动定位、导航的研究更是倍受关注。本设计是基于单片机的智能循迹小车，以超声波导航技术，无线电数据传输并结合上位机作业控制实现智能轨迹行驶的功能从而达到准确定位效果。本系统主要由PC机模块、测试平台模块和移动模块（小车）构成。

2.系统原理框图及功能原理

硬件组成框：主要有PC机模块、测试平台模块和移动模块（小车）模块。

2.1 PC机模块

PC机软件主要完成与作业场地匹配的可视化界面设计、控制指令的输出、小车运动目标的取定、优化运动策略，以及作业过程的动态模拟显示。该模块有与下位机通信、可视化界面的建立和数据的运算分析的功能，通过VB编程实现上述功能。

2.2 测试平台模块

该模块包括无线发送系统、与PC机通信系统和三个超声波接收系统，实现数据的采集、指令的传送和与PC机通信的功能，实现PC机上的操作传送到移动小车上和数据向PC机上传送。导航控制平台软件包括超声波检测、定位时差的记录和上位机数据的传输三部分。

2.3 移动模块（小车）

包括超声波发射系统和无线接收系统，主要实现接受指令、发出测试信号、实现轨迹的的调整，从而实现真实轨迹的行走达到设计目的。小车控制软件主要是发送超声波，接收导航控制器的无线指令，并按指令对声源、作业小车进行控制。

3. 系统工作原理

本系统主要利用超声波定位和移动物体（小车）无线行进中控制原理。

3.1 超声波定位原理

本系统开始采用双曲线定位算法。首先，建立定位坐标系。定位坐标系为图二所示的平面直角坐标系OXY，在坐标原点O、X轴和Y轴上分别设置声音接收装置，用ABC表示，三个装置的坐标分别为A（0，0）、B(a，0)、C（0，a），a=1m。主车位置坐标为S1（x1,y1），从车位置坐标为S2（x2,y2）。然后，通过下面两步完成定位（以主车S1为例说明）：第一步，测量出S1点距离ABC三点的距离差。S1点发射声音脉冲，ABC三点收到后分别送至导航控制器，导航控制器测出ABC三点收到声音脉冲的先后顺序及时间差，再转换为距离差。第二步，根据距离差确定S1点的坐标（x1,y1）。（x1,y1）可以由下面两组双曲线方程求解得到。

3.2 移动物体（小车）无线行进中控制原理

通过超声波定位原理PC把计算出的小车当前坐标与行进目的坐标相比较，生成控制小车行进的控制指令，并通过无线数传系统把控制指令送至移动小车上的MCU。MCU根据接收到的行进控制指令，实时引导小车调节运动方式，使之到达指定导引位置。如上图小车可以自己通过自我调整达到终点也可按照指定轨迹达到终点并在PC机上显示如图三所示。

4.结论

本系统通过超声波定位后对其轨迹进行记录并分析后显示和发送调整指令从而实现可视化与循迹的功能。通过大量实验我们实现了对小车的控制和可视化的编写由于定位与车速的局限没能实现整个系统但是本系统是可以实现的通过对其改进可以再工业生产还是在日常生活中那些可长时间持续工作、精度高、抗恶劣环境都得到了广泛应用的。

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