佟昊 王钧华

摘要：本文提出通过STM32F103ZET6作为开发平台制作智能扫雪机，可实现手机APP远程操控，在机器释放的无线网络中工作，通过摄像头将来人图像传输到手机终端，对扫雪的情况实时反馈以专门的电动机为扫雪刷提供动力，达到最佳的扫雪效果，并采用履带式底盘，抓地力强不易打滑，提高扫雪效率。

关键词：扫雪机;STM32F103ZET6;智能

引言：在我国北方，冬季降雪期长且降雪量大，每次下雪后积雪给居民的生活带来很多棘手的问题。而现有的小型扫雪机多为手扶式，操作人员需要在雪地里进行除雪作业，工作环境恶劣。随着科学技术的发展，在4G时代和5G时代的到来，智能手机可以说已经成为了家庭的智能控制中心，已被广泛使用且在智能家居和移动机器人控制等领域，但现阶段对智能手机远程操控扫雪机的研究较少。因此可参考其他领域的智能手机控制技术研究小型扫雪机手机控制系统。结合智能手机控制技术提升小型扫雪机的自动化水平，使操作人员可在舒适的环境下例如待在温暖的室内用智能手机控制扫雪机作业，对于提高人们的生活质量具有积极的意义。

一、方案设计

在本次研究中，智能扫雪机主要由智能扫雪机的控制系统和机械结构主体两个部分组成，其中控制系统主要包括Android手机客户端、智能扫雪机的控制器、摄像头模块和Wi-Fi模块，该控制系统响应使用者从Android手机客户端发出的命令通过Wi-Fi无线网络对扫雪机进行控制，以完成操作者想要实现的各种除雪动作。

经过研究发现智能扫雪机手机控制系统的重要意义在于冬季方便操作者足不出户实现对其庭院进行除雪作业。因此该小型扫雪机控制系统的设计方案必须要实现对室外扫雪场景的图像进行无线传输的功能，以使操作者可在室内通过手机控制扫雪机在庭院里进行除雪作业，并可通过手机屏幕对工作状态进行实时监测，同时扫雪机上必须要有一个控制器将扫雪机手机控制系统所选用的摄像头不断地采集除雪作业现场的图像，将其压缩成视频流，然后经Wi-Fi模块处理，通过Wi-Fi网络发送到Android手机客户端，及时反映除雪作业现场状况。

二，智能扫雪机系统设计

扫雪机使用了伺服电机进行驱动，装配有摄像采集模块、L293D电机驱动模块、STM32F103ZET6控制模块。用户在远程操控扫雪机各种动作之前，需要将扫雪机通过无线局域网连接到互联网。用户可以通过Android  APP 或网页前端控制扫雪机前进后退以及左右转向移动或调整摄像头方向。摄像采集模块包含有无线局域网热点释放模块，可以连接到无线局域网热点为视频传输提供网络基础。摄像头通过串型通用总线接口的方式与摄像采集模块连接，我们采用免驱动的高清摄像头，分辨率可以达到480p，并能够自动对焦。STM32F103ZET6模块负责控制电机、信号的产生，并由L293D电机驱动模块直接驱动电机工作。伺服电机输入电压为6～12V，直流驱动。

系统分为三个部分：数据采集控制模块部分、电机驱动模块、图像回传无线局域网模块。数据采集控制模块部分由各种传感器和STM32F103ZET6核心板组成;电机驱动模块由L293D四倍高电流H桥电机驱动芯片及其控制板组成;图像回传WiFi模块由一个高清摄像头和一个无线局域网数传模块组成。

无线局域网数传模块是是扫雪机的重中之重。因此对它做了一定的要求。系统中的无线局域网模块与Android平台之间可以进行无线通信，摄像头将拍摄的视频通过USB接口实时传输给无线局域网模块，由于控制模块处理视频数据速度不够，因此系统中WIFI模块将视频数据直接传输给Android平台，在Android平台上实时显示摄像头拍摄的视频。Android平台发送的控制命令也是通过无线局域网信道传输给无线局域网模块，通过WIFI模块的串行接口传输给控制模块，控制模块对接收到的数据进行解码，根据解码信息控制扫雪机实现超声波测距避障、循迹、跟随和遥控运行等功能。

三、智能扫雪机的软件设计

扫雪机上的视频采集模块采用了定制的 Android APP，提供网络连接、指令转发和视频流采集、传输功能。当APP通过远程服务连接到扫雪机后，APP可以请求到当前扫雪机摄像头上的视频信息;同时，视频采集模块也将APP上传来的控制信号解析为指定格式和功能的协议数据，并通过串口发送到 STM32控制模块。

扫雪机上的STM32F103ZET6控制模块在接收到相关控制信号后，调整输出脉冲信号的占空比，由L293D驱动板转换输出电平后直接控制电机做出相应的动作，从而完成用户想要的功能。

对于只需要实现简单的扫雪机控制的话，我们只需要实现通过串口向 STM32控制模块发送控制信号即可，简单的控制信号协议如下：

所有的扫雪机控制命令都是以FFH开始和结束的，根据第一个字节的不同区分扫雪机运动指令、舵机转动指令和扫雪机工作模式切换指令。对于扫雪机运动指令，由第二个字节控制扫雪机停止、前进、后退和左右转等多种运动状态。

结束语：通过对扫雪机的测试，结果表明：Android平台与扫雪机之间WIFI传输正常，实时拍摄视频在手机上显示清晰、无延迟;水平舵机转动角度可达到-90°～+90°，垂直舵机转动角度可达到0～90°，以方便摄像头拍摄各个角度的视频，以及便于超声波模块测量不同方向的障碍物距离;能通过Android平台控制扫雪机实现遥控运行、跟随、循线、避障等工作模式，功能满足设计要求。

参考文献：

[1] 朱康熹.小型扫雪机手机控制系统的设计与研究[D].西南大学，2017.

[2] 李峰华.自动行走除雪機的研究[D].中国农业大学，2005.

（作者单位：哈尔滨石油学院）