一种可视化的遥控器系统设计_祝丽华.pdf

摘要：设计了一套可视化遥控器系统，采用RK3568及与之相连的6英寸触摸屏为主要人机交互接口，并配合按键、摇杆以及主控制模块CH32F103芯片，通过图传模块实现被控设备的远程遥控。系统完成了硬件设计、制作和软件模块划分、功能设计实现，解决了一系列难题，成功实现遥控器可视化控制功能。该设计在某机器人项目中已成功实现，在遥控器试制完成后，对系统进行了详细测试，系统具有可视、稳定可靠、遥控距离远的优点。关键词：可视化；远程遥控；图传；单片机Abstract:This paper designs a set of visual remote control system,which uses RK3568 and the 6-inch touch screenconnected to it as the main human-computer interaction interface,and cooperates with the key and rocker as well as themain control module CH32F103 chip to realize the remote control of the controlled equipment through the image transmissionmodule.The system has completed the hardware design,production,software module division,function design and realization,solved a series of problems,and successfully realized the visual control function of the remote controller.The design has beensuccessfully implemented in a robot project.After the trial production of the remote controller is completed,the system hasbeen tested in detail.The system has the advantages of visibility,stability and reliability,and long remote control distance.Keywords:visualization,remote control,image transmission,MCU目前，遥控器在我们日常生活中应用非常广泛，绝大多数遥控器不具备可视化、屏幕触摸控制等功能1-2。同时，也有基于语音识别的遥控器控制系统3，但也存在很多的问题，如方言无法识别、特定词义无法理解等。当然，在一部分无人机控制上，部分遥控器具有可视功能，和地面设备不同，控制信号传输在空中不存在被遮挡的问题，应用场景相对简单。本系统设计遥控器，主要应用于某地面控制设备，尽管地面可视化遥控设备开发难度较大，如有Wi-Fi、红外等作为通信链路的遥控设备4-5，众多企业也在寻找突破口，但市面上尚未有好的产品落地。在当前遥控器生产验证还存在一个问题，那就是遥控器测试手段有限，遥控器功能验证一般都是等到遥控器完全组装完成后，人工对着被控设备逐一进行控制，根据被控设备的运动状态或状态反馈方能验证功能是否正常，这样检测遥控器功能是否正常的方式不仅效率低，耗费大量人力成本，而且容易出现误操作问题，不能满足大量产品可靠性测试。1实现原理该控制系统要满足以下几点要求：1）可视化：可实时显示被控设备周围的环境；2）实时性：视频传输、控制指令下发等，要求系统延迟小；3）交互性：实现对被控设备行进、转弯等基本运动控制；初始化系统时的一些参数设定；4）智能识别：可识别可视范围内目标类型，如人、小车等；5）远程控制：通信距离地面要求300 m；6）可靠性：控制系统工作可靠、可自测试、耐用，抗干扰能力强。基于以上6点要求，本文设计了一套遥控器系统，遥控器系统由机械部分、控制系统和人机交互界面组成。机械部分主要包括：摇杆、按键、遥控器面板、背板等；控制部分为遥控器核心部分，主要包括核心控制板、图传模块，实现遥控器的基本运动控制功能；而人机交互界面主要由RK3568和一块6英寸触摸屏组成，本界面实时可显示被控设备实时回传视频数据、被控设备状态信息等，并能实时监听被控设备周围环境声音，也可作为主控实时控制被控设备。2实现框架系统实现框架如图1所示，对外交互模块通过触摸屏或者按键接收用户的交互命令，通过耳机和液晶屏对外输出被控设备回传监控画面和声音信息；接收外界命令并下发控制子系统开始进行一系列机器人行为并反馈结果；用户根据需求设计App功能模块，实现视频数据的实时播放、离线播放、设备状态显示、升级以及控制指令下发等；微控制单元为主系统模块，主要实现按键、摇杆控制以及核心板控制指令解析转发操作；图传模块主要实现遥控器到被控设备的音、视频数据的通信功能；电源模块则是进行电源管理，保证设备正常运行。图1系统框架3硬件模块设计为了解决上述技术问题，本文设计一种可视化的遥控器系统，以RK3568作为核心，并基于6英寸触摸屏进行人机交互，结合微控制单元、图传模块、独立按键及左右各一的摇杆模块，封装成一个独立遥控器控制系统。系统硬件主要由RK3568核心控制板、6英寸显示触摸屏、微控制单元、图传模块、电源模块组成。微控制单元，考虑芯片的国产化，核心控制芯片选取了应用较为广泛的CH32F103C8T66，采用芯片TM1650进行按键检测处理，TM1650通过I2C接口与主控制芯片CH32F103相连。设备操作杆（摇杆）数据则直接连接到CH32F103芯片AD采集口，CH32F103将采集到的按键及摇杆数据经过协议转换，下发到被控设备，从而完成设备的部分控制操作功能。一种可视化的遥控器系统设计祝丽华徐沛（中电海康集团有限公司，浙江 杭州310059）一种可视化的遥控器系统设计50工业控制计算机2023年第36卷第2期如图2所示为TM1650芯片连接原理图，其中K_LINE_X与K_ROW_Y分别连接到遥控器控制面板开关的两个引脚，具体应用请查收相关芯片应用手册TM1650_V2.07。图2TM1650连接原理图图传模块包括2根天线，支持频率为2.4 G/5.8 G信号传输。电源模块包括2块电池同时供电，同时支持充电及电源管理功能。对外交互硬件接口主要包括：按键、摇杆、触摸屏、HDMI、TypeC、SD卡、音频接口。4软件模块设计4.1功能模块划分本设计采用的是模块化的思路来进行设计和编写程序，RK3568核心控制板为智能核心模块，主要包括语音编解码模块、视频编解码模块、数据管理模块、目标识别模块、自检模块、状态显示模块、升级模块；微控制单元为主系统模块，主要实现按键、摇杆控制模块及支持核心板控制、协议转换等功能；图传模块主要实现遥控器到被控设备的音、视频数据的传输、设备控制指令、状态回传等数据通信通信功能；电源模块则是进行电源管理，保证设备正常运行，其核心业务模块划分如表1所示：表1核心业务模块划分音频编、解码模块，实时采集通过耳机播放被控设备所处环境声音；视频编、解码模块，实时采集6英寸触摸显示屏播放被控设备所处环境视频数据，采用高性能H.265编码方式；数据管理模块，包括抓拍图片管理，音、视频数据采集存储管理、业务配置等；目标识别，即当发生告警事件时，如被监控画面有人出现时，记录并及时通知被检控方实际环境情况，可大大节省人力物力；自检模块，可实现对内部接口（如USB、UART、I2C等）和外部摇杆、按键、微控制单元等进行自检，除摇杆和按键自检判断需要人工配合进行操作，其余模块接口均可自动完成；状态显示模块，包括电量、图传连接状态、图传信号强度、Wi-Fi信号强度、被控设备运行工作状态等；升级模块，支持多种升级模式，包括RK3568通过TypeC接口的有线升级、同时也包括Wi-Fi远程升级、微控制单元通过RK3568芯片App应用程序进行自动升级等；微控制单元模块，与微控制单元相连的摇杆、按键模块是用户操作最多的模块，微控制单元模块利用特定芯片采集按键及摇杆位置信息并作数据提取分析；并利用采集到的各类信息进行转换处理，如转换成对应的运动控制命令信息；通过USB接口发送给RK3568交互板，并通过图传模块发送给被控设备。微控制单元也起到状态信息上传的作用，将被控设备状态信息上传到触摸显示屏进行实时状态显示；图传模块，拥有支持2.4 G/5.8 G双频天线接口，视频数据通过USB接口、控制信号数据（数传）通过UART接口相连，全双工模式；电源模块选用电池可进行充电，且电源模块具备电源管理功能，采用电源管理模块当用户长时不使用时，让部分电路进行休眠控制，减少不必要的能量浪费，延长遥控器使用时间，增加电池使用寿命。4.2整体功能流程图可视化遥控器设计，主要实现流程图如图3所示：图3可视化遥控器实现流程遥控器上电后，首先进行系统的初始化，当初始化完成，开始进行设备自检，查看遥控器功能是否正常，并输出自检结果。当系统各模块、接口连接正常时，系统进入等待数据传输模块，并查看图传是否已建立连接，图传模块连接正常，系统开始进行音频数据、视频数据以及被控设备数据的接收和控制指令的各类数据的下发，从而完成遥控器的控制及监测。4.3阶段设计遥控器设计主要分成3大阶段进行研发，分别实现遥控器基本功能、辅助功能、选配功能。第一阶段程序设计主要偏向基本功能实现，包括底层驱动设计、软硬件联调等，完成遥控器可视、可听、可控基本功能；第二阶段程序设计，主要实现被控设备辅助功能，主要包括遥控器本身状态信息显示、被控设备基本状态显示、更新，音视频数据的录制、回放，以及遥控器自检功能等；第三阶段程序设计实现了遥控器选配功能，主要开发功能有智能识别、升级功能以及满足用户某些特动需求等，该功能开发主要是为了方便遥控器维护，针对不同的客户，以应对不同的产品需求。图4功能开发阶段设计（下转第53页）51工业控制计算机2023年第36卷第2期（上接第51页）5结束语本系统以“实时”“可视”“可听”“远程”“自检”作为业务核心，具备实时可控、画面清晰、语音监听和数据存储等基础服务功能。该系统能够解决在某些特定场景下，当用户无法到达、或者不便到达时，遥控器仍然能够对被控制设备所处环境进行实时监控。本遥控采用了半自动化的检测方式，对于按键、摇杆只要人工进行按压或拨动即可显示该按键是否正常，无需通过被控设备进行反馈，减少了测试的中间环节。本遥控器应用较广泛，可应用于某些危险场景中，如抵近侦察、反恐等。参考文献1邹澳，杨小舟.基于用户体验的交互设计在无线遥控器设计中的发展趋势分析J.科技创新与应用，2021，11（21）：102-1042张飞，韩超艳.基于交互设计的家庭智能遥控器设计J.工业设计，2020（6）：116-1173刘军传，张玉茹，温凯.可识别非特定人语音指令的家电遥控器设计J.单片机与嵌入式系统应用，2013，13（5）：52-554袁宪锋，周风余，王然，等.基于ARM的嵌入式移动机器人遥控器设计J.北京联合大学学报（自然科学版），2012，26（3）：26-30，345韩宝玲，张述玉，罗庆生，等.STM32的小型仿人机器人控制系统设计J.单片机与嵌入式系统应用，2016，16（1）：60-636南京沁恒微电子股份有限公司.CH32F103快速应用手册V1.0Z.南京：南京沁恒微电子股份有限公司，20207深圳市天微电子股份有限公司.TM1650_V2.0Z.深圳：深圳市天微电子股份有限公司，20208李和平.一种基于STM32的嵌入式遥控器设计J.吉首大学学报（自然科学版），2012，33（4）：66-68，75收稿日期：2022-08-092）高水线（high_pps）：如果采样周期内分类报文的pps值大于高