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摘要：設(shè)計(jì)了一套可視化遙控器系統(tǒng)，采用RK3568及與之相連的6英寸觸摸屏為主要人機(jī)交互接口，并配合按鍵、搖桿以及主控制模塊CH32F103芯片，通過圖傳模塊實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控。系統(tǒng)完成了硬件設(shè)計(jì)、制作和軟件模塊劃分、功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，解決了一系列難題，成功實(shí)現(xiàn)遙控器可視化控制功能。該設(shè)計(jì)在某機(jī)器人項(xiàng)目中已成功實(shí)現(xiàn)，在遙控器試制完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)測試，系統(tǒng)具有可視、穩(wěn)定可靠、遙控距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：可視化；遠(yuǎn)程遙控；圖傳；單片機(jī)

目前，遙控器在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用非常廣泛，絕大多數(shù)遙控器不具備可視化、屏幕觸摸控制等功能［1-2］。同時(shí)，也有基于語音識(shí)別的遙控器控制系統(tǒng)［3］，但也存在很多的問題，如方言無法識(shí)別、特定詞義無法理解等。當(dāng)然，在一部分無人機(jī)控制上，部分遙控器具有可視功能，和地面設(shè)備不同，控制信號(hào)傳輸在空中不存在被遮擋的問題，應(yīng)用場景相對(duì)簡單。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遙控器，主要應(yīng)用于某地面控制設(shè)備，盡管地面可視化遙控設(shè)備開發(fā)難度較大，如有Wi-Fi、紅外等作為通信鏈路的遙控設(shè)備［4-5］，眾多企業(yè)也在尋找突破口，但市面上尚未有好的產(chǎn)品落地。在當(dāng)前遙控器生產(chǎn)驗(yàn)證還存在一個(gè)問題，那就是遙控器測試手段有限，遙控器功能驗(yàn)證一般都是等到遙控器完全組裝完成后，人工對(duì)著被控設(shè)備逐一進(jìn)行控制，根據(jù)被控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或狀態(tài)反饋方能驗(yàn)證功能是否正常，這樣檢測遙控器功能是否正常的方式不僅效率低，耗費(fèi)大量人力成本，而且容易出現(xiàn)誤操作問題，不能滿足大量產(chǎn)品可靠性測試。

1實(shí)現(xiàn)原理

該控制系統(tǒng)要滿足以下幾點(diǎn)要求：1）可視化：可實(shí)時(shí)顯示被控設(shè)備周圍的環(huán)境；2）實(shí)時(shí)性：視頻傳輸、控制指令下發(fā)等，要求系統(tǒng)延遲小；3）交互性：實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備行進(jìn)、轉(zhuǎn)彎等基本運(yùn)動(dòng)控制；初始化系統(tǒng)時(shí)的一些參數(shù)設(shè)定；4）智能識(shí)別：可識(shí)別可視范圍內(nèi)目標(biāo)類型，如人、小車等；5）遠(yuǎn)程控制：通信距離地面要求300m；6）可靠性：控制系統(tǒng)工作可靠、可自測試、耐用，抗干擾能力強(qiáng)。基于以上6點(diǎn)要求，本文設(shè)計(jì)了一套遙控器系統(tǒng)，遙控器系統(tǒng)由機(jī)械部分、控制系統(tǒng)和人機(jī)交互界面組成。機(jī)械部分主要包括：搖桿、按鍵、遙控器面板、背板等；控制部分為遙控器核心部分，主要包括核心控制板、圖傳模塊，實(shí)現(xiàn)遙控器的基本運(yùn)動(dòng)控制功能；而人機(jī)交互界面主要由RK3568和一塊6英寸觸摸屏組成，本界面實(shí)時(shí)可顯示被控設(shè)備實(shí)時(shí)回傳視頻數(shù)據(jù)、被控設(shè)備狀態(tài)信息等，并能實(shí)時(shí)監(jiān)聽被控設(shè)備周圍環(huán)境聲音，也可作為主控實(shí)時(shí)控制被控設(shè)備。

2實(shí)現(xiàn)框架

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架如圖1所示，對(duì)外交互模塊通過觸摸屏或者按鍵接收用戶的交互命令，通過耳機(jī)和液晶屏對(duì)外輸出被控設(shè)備回傳監(jiān)控畫面和聲音信息；接收外界命令并下發(fā)控制子系統(tǒng)開始進(jìn)行一系列機(jī)器人行為并反饋結(jié)果；用戶根據(jù)需求設(shè)計(jì)App功能模塊，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)播放、離線播放、設(shè)備狀態(tài)顯示、升級(jí)以及控制指令下發(fā)等；微控制單元為主系統(tǒng)模塊，主要實(shí)現(xiàn)按鍵、搖桿控制以及核心板控制指令解析轉(zhuǎn)發(fā)操作；圖傳模塊主要實(shí)現(xiàn)遙控器到被控設(shè)備的音、視頻數(shù)據(jù)的通信功能；電源模塊則是進(jìn)行電源管理，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

3硬件模塊設(shè)計(jì)

為了解決上述技術(shù)問題，本文設(shè)計(jì)一種可視化的遙控器系統(tǒng)，以RK3568作為核心，并基于6英寸觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互，結(jié)合微控制單元、圖傳模塊、獨(dú)立按鍵及左右各一的搖桿模塊，封裝成一個(gè)獨(dú)立遙控器控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件主要由RK3568核心控制板、6英寸顯示觸摸屏、微控制單元、圖傳模塊、電源模塊組成。微控制單元，考慮芯片的國產(chǎn)化，核心控制芯片選取了應(yīng)用較為廣泛的CH32F103C8T6［6］，采用芯片TM1650進(jìn)行按鍵檢測處理，TM1650通過I2C接口與主控制芯片CH32F103相連。設(shè)備操作桿（搖桿）數(shù)據(jù)則直接連接到CH32F103芯片AD采集口，CH32F103將采集到的按鍵及搖桿數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換，下發(fā)到被控設(shè)備，從而完成設(shè)備的部分控制操作功能。如圖2所示為TM1650芯片連接原理圖，其中K_LINE_X與K_ROW_Y分別連接到遙控器控制面板開關(guān)的兩個(gè)引腳，具體應(yīng)用請(qǐng)查收相關(guān)芯片應(yīng)用手冊(cè)———《TM1650_V2.0》［7］。圖傳模塊包括2根天線，支持頻率為2.4G/5.8G信號(hào)傳輸電源模塊包括2塊電池同時(shí)供電，同時(shí)支持充電及電源管理功能。對(duì)外交互硬件接口主要包括：按鍵、搖桿、觸摸屏、HDMTypeC、SD卡、音頻接口。

4軟件模塊設(shè)計(jì)

4.1功能模塊劃分

本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序RK3568核心控制板為智能核心模塊，主要包括語音編解碼模塊、視頻編解碼模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、目標(biāo)識(shí)別模塊、自檢模塊狀態(tài)顯示模塊、升級(jí)模塊；微控制單元為主系統(tǒng)模塊，主要實(shí)現(xiàn)按鍵、搖桿控制模塊及支持核心板控制、協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能；圖傳模塊主要實(shí)現(xiàn)遙控器到被控設(shè)備的音、視頻數(shù)據(jù)的傳輸、設(shè)備控制指令、狀態(tài)回傳等數(shù)據(jù)通信通信功能；電源模塊則是進(jìn)行電源管理，保證設(shè)備正常運(yùn)行，其核心業(yè)務(wù)模塊劃分如表1所示：音頻編、解碼模塊，實(shí)時(shí)采集通過耳機(jī)播放被控設(shè)備所處環(huán)境聲音；視頻編、解碼模塊，實(shí)時(shí)采集6英寸觸摸顯示屏播放被控設(shè)備所處環(huán)境視頻數(shù)據(jù)，采用高性能H.265編碼方式；數(shù)據(jù)管理模塊，包括抓拍圖片管理，音、視頻數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)管理、業(yè)務(wù)配置等；目標(biāo)識(shí)別，即當(dāng)發(fā)生告警事件時(shí)，如被監(jiān)控畫面有人出現(xiàn)時(shí)，記錄并及時(shí)通知被檢控方實(shí)際環(huán)境情況，可大大節(jié)省人力物力；自檢模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部接口（如USB、UART、I2C等）和外部搖桿、按鍵、微控制單元等進(jìn)行自檢，除搖桿和按鍵自檢判斷需要人工配合進(jìn)行操作，其余模塊接口均可自動(dòng)完成；狀態(tài)顯示模塊，包括電量、圖傳連接狀態(tài)、圖傳信號(hào)強(qiáng)度、Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度、被控設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)等；升級(jí)模塊，支持多種升級(jí)模式，包括RK3568通過TypeC接口的有線升級(jí)、同時(shí)也包括Wi-Fi遠(yuǎn)程升級(jí)、微控制單元通過RK3568芯片App應(yīng)用程序進(jìn)行自動(dòng)升級(jí)等；微控制單元模塊，與微控制單元相連的搖桿、按鍵模塊是用戶操作最多的模塊，微控制單元模塊利用特定芯片采集按鍵及搖桿位置信息并作數(shù)據(jù)提取分析；并利用采集到的各類信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，如轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制命令信息；通過USB接口發(fā)送給RK3568交互板，并通過圖傳模塊發(fā)送給被控設(shè)備。微控制單元也起到狀態(tài)信息上傳的作用，將被控設(shè)備狀態(tài)信息上傳到觸摸顯示屏進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示；圖傳模塊，擁有支持2.4G/5.8G雙頻天線接口，視頻數(shù)據(jù)通過USB接口、控制信號(hào)數(shù)據(jù)（數(shù)傳）通過UART接口相連，全雙工模式；電源模塊選用電池可進(jìn)行充電，且電源模塊具備電源管理功能，采用電源管理模塊當(dāng)用戶長時(shí)不使用時(shí)，讓部分電路進(jìn)行休眠控制，減少不必要的能量浪費(fèi)，延長遙控器使用時(shí)間，增加電池使用壽命。

4.2整體功能流程圖

可視化遙控器設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)流程圖如圖3所示：遙控器上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，當(dāng)初始化完成，開始進(jìn)行設(shè)備自檢，查看遙控器功能是否正常，并輸出自檢結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)各模塊、接口連接正常時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入等待數(shù)據(jù)傳輸模塊，并查看圖傳是否已建立連接，圖傳模塊連接正常，系統(tǒng)開始進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)以及被控設(shè)備數(shù)據(jù)的接收和控制指令的各類數(shù)據(jù)的下發(fā)，從而完成遙控器的控制及監(jiān)測。

4.3階段設(shè)計(jì)

遙控器設(shè)計(jì)主要分成3大階段進(jìn)行研發(fā)，分別實(shí)現(xiàn)遙控器基本功能、輔助功能、選配功能。第一階段程序設(shè)計(jì)主要偏向基本功能實(shí)現(xiàn)，包括底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、軟硬件聯(lián)調(diào)等，完成遙控器可視、可聽、可控基本功能；第二階段程序設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備輔助功能，主要包括遙控器本身狀態(tài)信息顯示、被控設(shè)備基本狀態(tài)顯示、更新，音視頻數(shù)據(jù)的錄制、回放，以及遙控器自檢功能等；第三階段程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遙控器選配功能，主要開發(fā)功能有智能識(shí)別、升級(jí)功能以及滿足用戶某些特動(dòng)需求等，該功能開發(fā)主要是為了方便遙控器維護(hù)，針對(duì)不同的客戶，以應(yīng)對(duì)不同的產(chǎn)品需求。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)以“實(shí)時(shí)”“可視”“可聽”“遠(yuǎn)程”“自檢”作為業(yè)務(wù)核心，具備實(shí)時(shí)可控、畫面清晰、語音監(jiān)聽和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等基礎(chǔ)服務(wù)功能。該系統(tǒng)能夠解決在某些特定場景下，當(dāng)用戶無法到達(dá)、或者不便到達(dá)時(shí)，遙控器仍然能夠?qū)Ρ豢刂圃O(shè)備所處環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本遙控采用了半自動(dòng)化的檢測方式，對(duì)于按鍵、搖桿只要人工進(jìn)行按壓或撥動(dòng)即可顯示該按鍵是否正常，無需通過被控設(shè)備進(jìn)行反饋，減少了測試的中間環(huán)節(jié)。本遙控器應(yīng)用較廣泛，可應(yīng)用于某些危險(xiǎn)場景中，如抵近偵察、反恐等。

參考文獻(xiàn)

［1］鄒澳，楊小舟.基于用戶體驗(yàn)的交互設(shè)計(jì)在無線遙控器設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021，11（21）：102-104

［2］張飛，韓超艷.基于交互設(shè)計(jì)的家庭智能遙控器設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)設(shè)計(jì)，2020（6）：116-117

［3］劉軍傳，張玉茹，溫凱.可識(shí)別非特定人語音指令的家電遙控器設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，13（5）：52-55

［4］袁憲鋒，周風(fēng)余，王然，等.基于ARM的嵌入式移動(dòng)機(jī)器人遙控器設(shè)計(jì)［J］.北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，26（3）：26-30，34

［5］韓寶玲，張述玉，羅慶生，等.STM32的小型仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016，16（1）：60-63

［6］南京沁恒微電子股份有限公司.CH32F103快速應(yīng)用手冊(cè)V1.0［Z］.南京：南京沁恒微電子股份有限公司，2020

［7］深圳市天微電子股份有限公司.TM1650_V2.0［Z］.深圳：深圳市天微電子股份有限公司，2020

［8］李和平.一種基于STM32的嵌入式遙控器設(shè)計(jì)［J］.吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，33（4）：66-68，75

作者：祝麗華 徐沛 單位：中電海康集團(tuán)有限公司