抗干扰式无线遥控服务车的制作方法

本实用新型涉及智能小车技术领域，特别是涉及一种抗干扰式无线遥控服务车。

背景技术：

科技一直在进步，如何用机器来取代人力进行危险的工作，比如在采集危险环境中的图像信息一直是人类正在攻克的难题，智能小车在研究方面仍有着重要的意义，有着广泛的应用前景。

智能小车可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，远程传输图像等功能。

服务小车是智能小车的一种，现如今随着科学技术的不断发展与进步，服务小车逐步应用到人们的日常生活中，代替人完成特定的家务，帮助行动不便的老人或残疾人实现生活自理。为了提升服务小车的便捷性，在服务小车上，一般搭载无线控制单元进行远程操控。

目前，公开号为CN203645779U的中国专利公开了一种智能小车无线监控系统，它包括控制台和安装于智能小车的监控终端，控制台包括PC机、USB接口转换模块、主控制器以及分别与主控制器连接的串口模块、显示模块、按键模块、无线通信模块和无线视频接收模块，USB接口转换模块分别与PC机、无线视频接收模块相连。

监控终端包括摄像头模块、无线视频发射模块、智能小车控制器以及分别与智能小车控制器连接的温湿度采集模块、电机驱动模块、循迹模块、避障模块、无线通信模块，无线视频发射模块分别与摄像头模块、智能小车控制器相连；控制台与监控终端之间通过无线方式连接。

这种智能小车利用控制台无线控制智能小车，实现其智能循迹与避障、环境温湿度采集、无线视频传输等功能。然而，当智能小车在高电压、大电流等产生电磁波的复杂环境中行动时，仅通过单一的无线信号进行控制，容易受到电磁波干扰而产生失控等各种问题。因此单一的无线控制方式在智能小车运行时的可靠性上存在不足之处。

技术实现要素：

本实用新型针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种抗干扰式无线遥控服务车。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种抗干扰式无线遥控服务车。

技术效果：本实用新型搭载了多种无线控制方式，并将语音识别系统与车载系统相互独立，采用了红外或无线电通信来传输语音指令，在面对复杂环境时，可灵活选择通信方式，提高了无线语音控制的可靠性，扩大了语音控制的适用范围，提高了服务小车对环境的适应性。

本实用新型进一步限定的技术方案是：一种抗干扰式无线遥控服务车，包括车体、车轮和机械手模块，车体内搭载有单片机、用于发射经单片机处理的无线信号的无线遥控系统，以及用于接收无线信号并驱动车体和机械手活动的车载驱动系统；

其中，无线遥控系统包括单片机系统、语音识别模块、红外发射模块和无线电发射模块，用于采集并识别语音指令，并将处理后的无线信号通过红外发射模块或无线电发射模块向车载驱动系统发射；

车载驱动系统包括电机驱动模块、机械手驱动模块、红外接收模块和无线电接收模块，用于接收无线遥控系统发射的无线信号，并对应控制车轮和机械手模块完成相应指令；

车体内还设有两组相同的单片机系统和电源电路，用于处理无线信号、分别控制无线遥控系统和车载驱动系统，并且为它们供能。

进一步的，单片机系统的主控芯片为IAP15F2K61S2单片机，电源电路由L7805稳压芯片、AMS1117稳压芯片、0.1μF瓷片电容、0.33μF和470μF电解电容组成。

前所述的抗干扰式无线遥控服务车，语音识别模块为LD3320语音芯片，车体上设有用于采集声音信号的麦克风，用于结合ASR识别语音指令，在不同音色下各种语音指令的识别。

前所述的抗干扰式无线遥控服务车，红外发射模块为A73B红外发射模块，用于发射红外信号，红外接收模块为1838T红外接收头，用于采集并还原红外信号。

前所述的抗干扰式无线遥控服务车，无线电发射模块为nRF24L01无线收发芯片，用以实现对芯片的数据操作和工作模式设置，无线电接收模块为相同的nRF24L01无线收发芯片。

前所述的抗干扰式无线遥控服务车，电机驱动模块为L298N驱动芯片，机械手驱动模块为车载单片机内部搭载的PCA模块。

前所述的抗干扰式无线遥控服务车，机械手模块包括移动平台、机械臂和舵机，升降平台由固定支架、减速电机、联轴器、丝杠、螺母和导轨组成，固定支架下方通过导轨滑移连接移动平台，减速电机与固定支架固定连接，减速电机通过联轴器连接丝杠，并通过螺母与移动平台连接，移动平台上连接有机械臂和舵机。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型中, 无线遥控系统利用语音识别模块采集并识别语音指令，经单片机处理后通过红外或无线电发射模块发送出去；车载驱动系统利用红外或无线电接收模块接收无线信号，经单片机处理后送入电机驱动模块和机械手驱动模块，控制小车的车轮和机械手模块完成相应动作；

（2）本实用新型中,能选择红外或无线电两种方式对智能小车进行无线控制，在面对复杂环境时，可灵活选择通信方式，提高了无线语音控制的可靠性，扩大了语音控制的适用范围，提高了服务小车对环境的适应性；

（3）本实用新型中,语音识别系统与车载系统相互独立，采用红外或无线电通信来传输语音指令，在面对复杂环境时，可灵活选择通信方式，从而降低外部电磁波对智能小车控制系统的干扰，避免智能小车发生控制迟滞乃至失控的情况；

（4）本实用新型中, 车载驱动系统收到闭合和松开的语音指令后，通过单片机向舵机输入周期固定、占空比可控的电脉冲信号，控制舵机的输出轴转动相应角度，同时将动力传递给机械臂上的齿轮运动副，实现机械手的抓取和松开动作。车载驱动系统收到上升或下降的语音指令后，由电机驱动模块控制减速电机转动，并通过联轴器带动丝杠转动，利用丝杠丝母运动副，将丝杠的圆周运动转变为移动平台的直线运动，同时凭借其自锁性能，可有效防止机械手在抓取重物时因重力作用而下坠，从而实现机械手的稳定上升和下降。

附图说明

图1为实施例1的系统方案图；

图2为实施例1中无线遥控系统电路图；

图3为实施例1中车载驱动系统的电路图；

图4为实施例1中语音识别工作原理图；

图5为实施例1中数据链结构图；

图6为实施例1中红外信号调制图；

图7为实施例1中无线电信号发送原理图；

图8为实施例1中串联反馈式稳压电路图；

图9为实施例1中H桥驱动电路图及工作时序图；

图10为实施例1中PCA模块工作原理图；

图11为实施例1中红外信号接收过程图；

图12为实施例1中机械手模块的结构示意图；

其中：1、固定支架；2、减速电机；3、联轴器；4、丝杠；5、螺母；6、导轨；7、移动平台；8、机械臂；9、舵机。

具体实施方式

本实施例提供的一种抗干扰式无线遥控服务车，如图1所示，小车整体包括车体、车轮和机械手模块，车体内搭载有单片机、用于发射经单片机处理的无线信号的无线遥控系统，以及用于接收无线信号并驱动车体和机械手活动的车载驱动系统。

其中，无线遥控系统包括单片机系统、语音识别模块、红外发射模块和无线电发射模块，用于采集并识别语音指令，并将处理后的无线信号通过红外发射模块或无线电发射模块向车载驱动系统发射。

车载驱动系统包括电机驱动模块、机械手驱动模块、红外接收模块和无线电接收模块，用于接收无线遥控系统发射的无线信号，并对应控制车轮和机械手模块完成相应指令。车体内还设有两组相同的单片机系统和电源电路，用于处理无线信号、分别控制无线遥控系统和车载驱动系统，并且为它们供能。

无线遥控系统利用语音识别模块采集并识别语音指令，经单片机处理后通过红外或无线电发射模块发送出去；车载驱动系统利用红外或无线电接收模块接收无线信号，经单片机处理后送入电机驱动模块和机械手驱动模块，控制小车的车轮和机械手模块完成相应动作。

如图2所示，无线遥控系统和车载驱动系统的主控芯片均采用IAP15F2K61S2单片机，其优点在于内部集成PCA（可编程计数器阵列）模块，功耗低，简化电路。无线遥控系统硬件电路包含如下模组：单片机系统、语音识别模块、红外发射模块、无线电发射模块、电源电路。

如图3所示，车载驱动系统硬件电路包含如下模组：单片机系统、电机驱动模块、机械手（舵机）驱动模块、红外接收模块、无线电接收模块、机械手模块和电源电路。

如图4所示，语音识别模块采用LD3320语音芯片，利用麦克风采集声音信号，结合ASR（非特定人语音识别技术）识别语音指令，适用于不同音色下各种语音指令的识别。LD3320的语音识别过程主要包括语音芯片的初始化和语音指令的识别。

语音芯片的初始化是利用模块的板载单片机将所有需要识别的语音指令逐条以拼音串的形式输入到语音芯片中，生成对应的语音关键词，构建关键词列表；语音指令的识别是通过麦克风采集声音信号，并将其转化为电信号输入到语音芯片中进行预处理，输入的电信号首先经A/D转换为数字信号，再通过端点检测滤除信号中的静音和非说话声，得到有效信号的起止，最后对其进行数据分帧处理将有效信号拆分为相互关联的数据帧。

经上述处理后，对数据帧进行特征提取，利用MFCC（梅尔频率倒谱系数法）提取数据帧中的声学特征，得到语音关键词送入语音识别器中，按照Viterbi（维特比）算法与关键词列表中的所有语音关键词一一进行相似度匹配，匹配值最高的关键词将作为识别结果，并通过串口输出给主控单片机。

如图5所示，红外发射模块采用A73B红外发射模块，利用单片机将需要传输的数据进行编码和调制后，激励红外发光二极管发出一连串波长为950nm的近红外光，实现控制信息传输。

红外数据的常用编码有两种：NEC标准和PHILIPS标准，本系统采用的是NEC标准，该标准规定：一条完整数据链应包括1位引导码、8位地址码、8位地址码反码、8位数据码以及8位数据码反码，其中引导码是由9ms高电平和4.5ms低电平组成，此外为了区分数据链中的数据“0”和“1”，需要对数据链进行PPM调制（脉冲位置调制），其中数据“1”由0.56ms高电平和1.69ms低电平组成，数据“0”由0.56ms高电平和0.56ms低电平组成。

如图6所示，为了提高红外传输信号的抗干扰性，需要将PPM调制后的信号与38KHz载波信号进行二次调制。原始信号和38KHz载波信号经单片机调制处理后形成特定脉冲串，利用单片机IO口的强挽输出功能，直接激励红外发光二极管发出红外光，实现信号传输。

如图7所示，无线电发射模块采用nRF24L01无线收发芯片，该芯片工作于2.4GHz的ISM频段，内置Enhanced Shock Burst（增强型突发模式）控制器，可实现点对点或多点间的无线通信，遵循SPI通信协议，利用单片机的SPI接口可以实现对芯片的数据操作和工作模式设置。

发送数据时，首先利用单片机的SPI接口将nRF24L01设置为发送模式，接着把接收地址信息和所需发送的数据信息写入芯片中，芯片依据输入的数据信息自动生成前导字符和CRC校验码，并与输入的数据信息组合成一个数据包，数据包经芯片转化处理后，通过印制天线发射出去，而后芯片的工作模式自动切换为接收模式，等待无线电接收模块发送应答信号。如果接收到应答信号，则判定本次通信有效；反之则自动重发数据包，以确保数据传输的可靠。

如图8所示，无线遥控系统的电源电路由L7805稳压芯片、AMS1117稳压芯片、0.1μF瓷片电容、0.33μF和470μF电解电容组成，利用稳压芯片降压，可将7V～35V的输入电压先后转换为5V和3.3V的直流电压，并结合电容滤波，可输出无高频干扰和高稳定性的直流电流。

如图8所示，L7805的内部电路为串联反馈式稳压电路。该电路的主回路由工作于线性状态的调整管T与负载电阻RL相串联构成，当输入电压Ui增大时，输出电压Uo增大，随之通过取样电路（电阻R1和R2分压）得到的反馈电压UF也增大，反馈电压UF与基准电压UREF相比较，其差值经比较放大器处理后使调整管T的基极电压UB和集电极电流IC减少，从而使其c-e极间的电压UCE增大，根据基尔霍夫电压定律Uo将减小，进而实现电压稳定输出；当Ui减小时，过程相反。AMS1117的工作原理类同。

电机驱动模块选用L298N驱动芯片，该芯片适用于驱动两相和四相电机，其内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，支持TTL逻辑电平控制。车载驱动系统集成了两块L298N，分别用来驱动车轮电机和升降平台电机。

如图9所示，H桥驱动器的电路组成包括4个三极管、4个与门、2个非门、1个使能端ENA和2个控制端IN1、IN2。当使能端为低电平时，控制端的输入信号无效，4个与门均输出低电平，所有三极管均处于截止状态，电机停转；当使能端为高电平时，4个与门的输出电平受输入信号控制；当IN1为低电平，IN2为高电平时，三极管Q1和Q3饱和导通，Q2和Q4截止，电流从电机的a端流向b端，电机正转；反之电机反转；当IN1与IN2电平相同时，电机停转。

如图10所示，机械手驱动模块采用车载单片机内部搭载的PCA模块，通过设置相应寄存器、定时器和比较器的值，使单片机的CCP1端口输出周期和占空比都可控的8位PWM波。

PCA模块工作在8位脉宽调节模式时，选择定时器0（8位自动重装模式）作为PCA模块的时钟源，每当定时器0的计数值溢出时，计数器（16位循环计数模式）的低八位数值CL就加1，同时计数器中的值[0，CL]和捕获寄存器B中的值[EPCnL，CCAPnL]被输入到9位比较器中进行比较，当[0，CL]<[EPCnL，CCAPnL]时，9位比较器输出低电平，反之输出高电平。

此外，当CL的计数值由FFH变为00H溢出时，捕获寄存器A中的预设初值[EPCnH，CCAPnH]会自动装载到捕获寄存器B中，因此通过改变捕获寄存器A中的值，就可调整输出PWM波的占空比，从而实现对机械手舵机的控制。

如图11所示，红外接收模块采用1838T红外接收头，利用接收头内部的集成电路实现红外信号的采集和还原，且还原后的信号与原信号波形相反。

1838T红外接收头内部主要包括红外接收二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、解调器、积分器和比较器。首先红外接收二极管将接收到的红外信号转变为电信号，送到放大器和限幅器中处理，转换成幅值固定的电脉冲信号，而后利用带通滤波器将频率不在30KHz~60KHz范围内的信号滤除，滤除后的信号经解调器和积分器处理后输入到比较器中，最后以高低电平的形式输出给单片机，单片机根据信号中高电平的持续时间来区分数据“0”和数据“1”，实现红外信号的接收和解码。

无线电接收模块同样采用nRF24L01无线收发芯片，通过单片机的SPI端口，将芯片配置为接收模式，利用印制天线接收无线电信号并输送给芯片处理，由芯片内部硬件电路解析地址信息和数据信息，自动去除信号中的前导字符和CRC校验码，并判断数据的有效性，当接收到有效数据时，芯片自动切换为发送模式，并向无线电发射模块发送应答信号，以表明数据接收完成；反之则继续接收无线电信号。

如图12所示，机械手模块包括移动平台7、机械臂8和舵机9，还包括固定支架1、减速电机2、联轴器3、丝杠4、螺母5和导轨6，固定支架1下方通过导轨6滑移连接移动平台7，减速电机2与固定支架1固定连接，减速电机2通过联轴器3连接丝杠4，并通过螺母5与移动平台7连接，移动平台7上连接有机械臂8和舵机9。

车载驱动系统收到闭合和松开的语音指令后，通过单片机向舵机9输入周期固定、占空比可控的电脉冲信号，控制舵机9的输出轴转动相应角度，同时将动力传递给机械臂8上的齿轮运动副，实现机械手的抓取和松开动作。车载驱动系统收到上升或下降的语音指令后，由电机驱动模块控制减速电机2转动，并通过联轴器3带动丝杠4转动，利用丝杠4丝母运动副，将丝杠4的圆周运动转变为移动平台7的直线运动，同时凭借其自锁性能，可有效防止机械手在抓取重物时因重力作用而下坠，从而实现机械手的稳定上升和下降。

本实用新型能选择红外或无线电两种方式对智能小车进行无线控制，在面对复杂环境时，可灵活选择通信方式，提高了无线语音控制的可靠性，扩大了语音控制的适用范围，提高了服务小车对环境的适应性。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。