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摘要：設計了一套可視化遙控器系統，采用RK3568及與之相連的6英寸觸摸屏為主要人機交互接口，并配合按鍵、搖桿以及主控制模塊CH32F103芯片，通過圖傳模塊實現被控設備的遠程遙控。系統完成了硬件設計、制作和軟件模塊劃分、功能設計實現，解決了一系列難題，成功實現遙控器可視化控制功能。該設計在某機器人項目中已成功實現，在遙控器試制完成后，對系統進行了詳細測試，系統具有可視、穩定可靠、遙控距離遠的優點。
關鍵詞：可視化；遠程遙控；圖傳；單片機
目前，遙控器在我們日常生活中應用非常廣泛，絕大多數遙控器不具備可視化、屏幕觸摸控制等功能［1-2］。同時，也有基于語音識別的遙控器控制系統［3］，但也存在很多的問題，如方言無法識別、特定詞義無法理解等。當然，在一部分無人機控制上，部分遙控器具有可視功能，和地面設備不同，控制信號傳輸在空中不存在被遮擋的問題，應用場景相對簡單。本系統設計遙控器，主要應用于某地面控制設備，盡管地面可視化遙控設備開發難度較大，如有Wi-Fi、紅外等作為通信鏈路的遙控設備［4-5］，眾多企業也在尋找突破口，但市面上尚未有好的產品落地。在當前遙控器生產驗證還存在一個問題，那就是遙控器測試手段有限，遙控器功能驗證一般都是等到遙控器完全組裝完成后，人工對著被控設備逐一進行控制，根據被控設備的運動狀態或狀態反饋方能驗證功能是否正常，這樣檢測遙控器功能是否正常的方式不僅效率低，耗費大量人力成本，而且容易出現誤操作問題，不能滿足大量產品可靠性測試。
1實現原理
該控制系統要滿足以下幾點要求：1）可視化：可實時顯示被控設備周圍的環境；2）實時性：視頻傳輸、控制指令下發等，要求系統延遲小；3）交互性：實現對被控設備行進、轉彎等基本運動控制；初始化系統時的一些參數設定；4）智能識別：可識別可視范圍內目標類型，如人、小車等；5）遠程控制：通信距離地面要求300m；6）可靠性：控制系統工作可靠、可自測試、耐用，抗干擾能力強?；谝陨?點要求，本文設計了一套遙控器系統，遙控器系統由機械部分、控制系統和人機交互界面組成。機械部分主要包括：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，實現遙控器的基本運動控制功能；而人機交互界面主要由RK3568和一塊6英寸觸摸屏組成，本界面實時可顯示被控設備實時回傳視頻數據、被控設備狀態信息等，并能實時監聽被控設備周圍環境聲音，也可作為主控實時控制被控設備。
2實現框架
系統實現框架如圖1所示，對外交互模塊通過觸摸屏或者按鍵接收用戶的交互命令，通過耳機和液晶屏對外輸出被控設備回傳監控畫面和聲音信息；接收外界命令并下發控制子系統開始進行一系列機器人行為并反饋結果；用戶根據需求設計App功能模塊，實現視頻數據的實時播放、離線播放、設備狀態顯示、升級以及控制指令下發等；微控制單元為主系統模塊，主要實現按鍵、搖桿控制以及核心板控制指令解析轉發操作；圖傳模塊主要實現遙控器到被控設備的音、視頻數據的通信功能；電源模塊則是進行電源管理，保證設備正常運行。
3硬件模塊設計
為了解決上述技術問題，本文設計一種可視化的遙控器系統，以RK3568作為核心，并基于6英寸觸摸屏進行人機交互，結合微控制單元、圖傳模塊、獨立按鍵及左右各一的搖桿模塊，封裝成一個獨立遙控器控制系統。系統硬件主要由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，考慮芯片的國產化，核心控制芯片選取了應用較為廣泛的CH32F103C8T6［6］，采用芯片TM1650進行按鍵檢測處理，TM1650通過I2C接口與主控制芯片CH32F103相連。設備操作桿（搖桿）數據則直接連接到CH32F103芯片AD采集口，CH32F103將采集到的按鍵及搖桿數據經過協議轉換，下發到被控設備，從而完成設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的兩個引腳，具體應用請查收相關芯片應用手冊———《TM1650_V2.0》［7］。圖傳模塊包括2根天線，支持頻率為2.4G/5.8G信號傳輸電源模塊包括2塊電池同時供電，同時支持充電及電源管理功能。對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軟件模塊設計
4.1功能模塊劃分
本設計采用的是模塊化的思路來進行設計和編寫程序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、數據管理模塊、目標識別模塊、自檢模塊狀態顯示模塊、升級模塊；微控制單元為主系統模塊，主要實現按鍵、搖桿控制模塊及支持核心板控制、協議轉換等功能；圖傳模塊主要實現遙控器到被控設備的音、視頻數據的傳輸、設備控制指令、狀態回傳等數據通信通信功能；電源模塊則是進行電源管理，保證設備正常運行，其核心業務模塊劃分如表1所示：音頻編、解碼模塊，實時采集通過耳機播放被控設備所處環境聲音；視頻編、解碼模塊，實時采集6英寸觸摸顯示屏播放被控設備所處環境視頻數據，采用高性能H.265編碼方式；數據管理模塊，包括抓拍圖片管理，音、視頻數據采集存儲管理、業務配置等；目標識別，即當發生告警事件時，如被監控畫面有人出現時，記錄并及時通知被檢控方實際環境情況，可大大節省人力物力；自檢模塊，可實現對內部接口（如USB、UART、I2C等）和外部搖桿、按鍵、微控制單元等進行自檢，除搖桿和按鍵自檢判斷需要人工配合進行操作，其余模塊接口均可自動完成；狀態顯示模塊，包括電量、圖傳連接狀態、圖傳信號強度、Wi-Fi信號強度、被控設備運行工作狀態等；升級模塊，支持多種升級模式，包括RK3568通過TypeC接口的有線升級、同時也包括Wi-Fi遠程升級、微控制單元通過RK3568芯片App應用程序進行自動升級等；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據提取分析；并利用采集到的各類信息進行轉換處理，如轉換成對應的運動控制命令信息；通過USB接口發送給RK3568交互板，并通過圖傳模塊發送給被控設備。微控制單元也起到狀態信息上傳的作用，將被控設備狀態信息上傳到觸摸顯示屏進行實時狀態顯示；圖傳模塊，擁有支持2.4G/5.8G雙頻天線接口，視頻數據通過USB接口、控制信號數據（數傳）通過UART接口相連，全雙工模式；電源模塊選用電池可進行充電，且電源模塊具備電源管理功能，采用電源管理模塊當用戶長時不使用時，讓部分電路進行休眠控制，減少不必要的能量浪費，延長遙控器使用時間，增加電池使用壽命。
4.2整體功能流程圖
可視化遙控器設計，主要實現流程圖如圖3所示：遙控器上電后，首先進行系統的初始化，當初始化完成，開始進行設備自檢，查看遙控器功能是否正常，并輸出自檢結果。當系統各模塊、接口連接正常時，系統進入等待數據傳輸模塊，并查看圖傳是否已建立連接，圖傳模塊連接正常，系統開始進行音頻數據、視頻數據以及被控設備數據的接收和控制指令的各類數據的下發，從而完成遙控器的控制及監測。
4.3階段設計
遙控器設計主要分成3大階段進行研發，分別實現遙控器基本功能、輔助功能、選配功能。第一階段程序設計主要偏向基本功能實現，包括底層驅動設計、軟硬件聯調等，完成遙控器可視、可聽、可控基本功能；第二階段程序設計，主要實現被控設備輔助功能，主要包括遙控器本身狀態信息顯示、被控設備基本狀態顯示、更新，音視頻數據的錄制、回放，以及遙控器自檢功能等；第三階段程序設計實現了遙控器選配功能，主要開發功能有智能識別、升級功能以及滿足用戶某些特動需求等，該功能開發主要是為了方便遙控器維護，針對不同的客戶，以應對不同的產品需求。
5結束語
本系統以“實時”“可視”“可聽”“遠程”“自檢”作為業務核心，具備實時可控、畫面清晰、語音監聽和數據存儲等基礎服務功能。該系統能夠解決在某些特定場景下，當用戶無法到達、或者不便到達時，遙控器仍然能夠對被控制設備所處環境進行實時監控。本遙控采用了半自動化的檢測方式，對于按鍵、搖桿只要人工進行按壓或撥動即可顯示該按鍵是否正常，無需通過被控設備進行反饋，減少了測試的中間環節。本遙控器應用較廣泛，可應用于某些危險場景中，如抵近偵察、反恐等。
參考文獻
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［8］李和平.一種基于STM32的嵌入式遙控器設計［J］.吉首大學學報（自然科學版），2012，33（4）：66-68，75
作者：祝麗華 徐沛 單位：中電海康集團有限公司