張?zhí)K新 談佳豪 孫加存

摘 ?要：當(dāng)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(shè)計一款智能電動多功能服務(wù)小車。本文首先對推車的歷史、發(fā)展趨勢和特點進行了闡述，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行了硬件設(shè)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(qū)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(chǔ)上，對實物進行了運行調(diào)試，最終實現(xiàn)了小車的運動、圖像采集和GPS定位等功能。

關(guān)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(xiàn)短距離貨物運輸?shù)墓ぞ?，在我國有近兩千年的發(fā)展歷史，雖然物料搬運技術(shù)不斷發(fā)展，但推車仍作為不可缺少的搬運工具而沿用至今，在生產(chǎn)和生活中獲得廣泛應(yīng)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(wù)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(yīng)上推到西漢晚年。但是，這種被普遍使用的成熟的“鹿車”應(yīng)有一個長期的成型過程。

在近幾年隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)的推車也幾經(jīng)演變，制作材料也由木制為主，向塑料、鋁合金、鐵制等發(fā)展，用途也更加廣泛，目前推車就有用到廠區(qū)、辦公樓、圖書館、賓館、餐飲業(yè)、物流運輸?shù)任锪习徇\行業(yè)，也根據(jù)不同的需要開發(fā)了不同功能的推車，如用在室內(nèi)辦公場所的超靜音手推車、用在圖書館的網(wǎng)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(dāng)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(fā)了智能電動多功能小車，該小車以日常的小推車為基礎(chǔ)構(gòu)架，重新設(shè)計、構(gòu)造和開發(fā)，集合了助力、定位、控制和視覺等功能，構(gòu)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(chǎn)和生活中獲得廣泛應(yīng)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(yīng)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(xiàn)在市場上出現(xiàn)的推車除了在建筑、物流和農(nóng)業(yè)等場所使用外，生活中也應(yīng)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(shù)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(zhuǎn)向，卸貨十分便利;兩輪車在獨輪車基礎(chǔ)上，能夠使得車體更加平穩(wěn)地運行;三輪車和四輪車都有轉(zhuǎn)向輪，可以方便控制運動方向，而且車體運行更加平穩(wěn)。

2 ?智能電動小車硬件設(shè)計

2.1 ?電路結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的智能電動多功能服務(wù)小車電路控制系統(tǒng)由按鈕控制開關(guān)模塊、主控模塊、電機驅(qū)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(tǒng)，可以測量經(jīng)緯度和海拔的三維位置定位，選用配套的SMA GPS天線，實現(xiàn)定位功能;選用37mm、額定電壓12V和額定轉(zhuǎn)速200RPM的直流電機，配以直流電機驅(qū)動，按鈕控制開關(guān)包含了前進、后退、停止、加減速功能，能夠滿足系統(tǒng)的運動要求。

2.2 ?機械結(jié)構(gòu)

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(shè)計，設(shè)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(chǔ)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(wěn)支撐車體和方便轉(zhuǎn)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(shè)計

根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)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(shù)創(chuàng)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(qū)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(xiàn)了前進、后退、加減速、停止和轉(zhuǎn)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(xiàn)了基本運動功能。通過Keil編程軟件和串行口調(diào)試助手實現(xiàn)GPS定位和攝像頭的數(shù)據(jù)采集功能。

整個裝置完成后，其工作過程為：按下相應(yīng)的鍵位，設(shè)置不同的工作模式，控制器接收到按鍵信息后，根據(jù)相應(yīng)的工作模式給電機驅(qū)動模塊相應(yīng)的信號，驅(qū)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(shè)置的工作模式進行運動。同時，GPS定位模塊實現(xiàn)了小車的實時定位，用于實時監(jiān)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(wěn)定、安全的運行。

該裝置的特點為：內(nèi)置蓄電池，充電7-8小時，連續(xù)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(zhuǎn)，保障了轉(zhuǎn)向靈活，運行穩(wěn)定。使用機械結(jié)構(gòu)進行急停，保證上、下坡時不會發(fā)生意外;內(nèi)置調(diào)速結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)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(jié) ?論

本文首先簡要概述了推車的歷史背景及發(fā)展趨勢。為了老年人出行和生活方便，本文在現(xiàn)有推車的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一款智能電動多功能服務(wù)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(zhuǎn)速200RPM的直流電機和配套的驅(qū)動器組成的運動，OV5640型號的500W像素的攝像頭構(gòu)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(tǒng)。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(chǔ)上，對實物進行了運行調(diào)試，結(jié)果表明該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)運動、圖像采集和GPS定位功能。

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作者簡介：張?zhí)K新（1987.02-），男，漢族，江蘇蘇州人，講師，電子信息工程學(xué)院教師，碩士研究生，研究方向：電氣自動化技術(shù)。