Scientific Journal of Information Engineering August 2015, Volume 5, Issue 4, PP.132-138

Design and Implementation of an Intelligent Detecting Vehicle Based on LabVIEW Fan Wang, Min Li# College of Information & Communications Engineering, Dalian Nationalities University, Dalian Liaoning 116605, China #Email: limin@dlnu.edu.cn

Abstract

Given the current detecting vehicles on the market do not contain mechanical control sections, a proposal of the intelligent

detecting vehicle with a robotic arm is put forward after analyzing the current demands in the field of detection and a based

LabVIEW wireless video monitoring system for the intelligent detecting vehicle is designed. The system uses C language to

develop the classification motor drive, the data acquisition of video, temperature, humidity and the harmful gas content On the

LabVIEW software development platform. With WIFI, the Data transmission between SCM and PC is completed and the real-time

monitoring of PC for detecting vehicle is realized. Tests show that the system completes the required functions better and has the

features of friendly interface, easy to operate, long distance controllable and good real-time performance.

Keywords: LabVIEW; Intelligent Detecting Vehicle; Video Transmission; WIFI Transmission

基于 LabVIEW 的智能探测小车设计与实现 王帆，李敏

大连民族大学 信息与通信工程学院，辽宁 大连 116605

摘 要：鉴于目前市场上的探测车都不包含机械控制部分，在分析当前探测领域的需求后，提出了搭载机械臂的智能探测

车方案，设计了一个基于 LabVIEW 软件的智能探测小车无线视频监控系统。本系统以 LabVIEW 为软件开发平台，利用

C 语言开发了分类电机驱动，视频采集，温湿度及有害气体含量采集，通过 WIFI 实现单片机和 PC 机的数据传输，实现

了 PC 机对探测小车的实时监控。经测试，系统较好完成所需功能，且具有界面友好、操作方便、可控距离长及实时性

强等特点。

关键词：LabVIEW；智能探测车；视频传输；WIFI传输

引言

随着我国社会经济的全面发展，智能探测车在探测领域已经逐渐取代人工探测，为人们的生活提供了

极大的方便。由于对未知空间的探索和侦察会存在一定的危险性，如果通过人类亲身去探索，可能会造成

不必要的损失，甚至危及到生命的安全，因此可以通过无线探测车的远程操作，对路况进行实时探测和危

险评估，从而把成本和危险降至最低。与大型的机器人相比，小型的探测车成本更低，运动更加灵活，并

可以在狭小的环境中工作。目前已有的探测车主要用来完成探测路况、实时视频传输的功能。但由于探测

的环境复杂、突发状况频繁，传统的探测车在结构上受到一定的限制[1-3]。根据对当前探测领域的需求分析，

在传统探测车的基础上，提出了搭载机械臂的智能探测车方案，设计了一个基于 LabVIEW 软件的智能探测

小车无线视频监控系统。 该系统利用 SOLID-WORKS 软件对传统结构进行改进,采用履带式底盘结构并搭载一个多向云台机械手，

采用 3DR Radio telemetry 433MHZ 无线数传模块作为探测车的远程控制指令传输器件，对探测车的远程控

- 132 - http://www.sjie.org

制采用 Robot-Link V4.0 AR WIFI 模块作为 AV 视频无线传输的器件，进行远程视频的无线传输。运用

DHT11 模块进行温湿度数据采集，YL-15 模块进行有害气体含量检测。采用 LabVIEW 上位机软件调用

WIFI 摄像头接收视频、温湿度、有害气体含量信息，实现把采集到的信息在电脑上实时显示出来，同时将

控制数据发送到车上的 STM32 主控板，进而控制探测车的行驶与机械臂的动作，实现小车的前进、后退和

转向以及机械臂的转动、伸展和抓取，使系统具有更好的实用性和应用前景。

1 系统组成 系统以无线网络摄像头、STM32F103R8T6 单片机、驱动电路、温湿度采集模块、有害气体含量检测模

块、无线传输模块及上位机构成，其中虚线部分为下位机探测小车的硬件组成，如图 1 所示。 探测小车的车身整体结构采用角铝作为框架，外壳采用坚硬的不锈钢材料，利用 SOLID-WORKS 软件

设计小车和机械臂的结构图，导入雕刻机将各部分雕刻出，之后拼装修改。探测车内部固定结构利用 3D 打

印机[4]直接打出。底盘采用履带式结构，轮子直径 125mm，可以适应各种复杂的道路环境。舵机是一种位

置(角度)伺服的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。根据舵机具有随需要角度不断变

化的特性，选择它作为控制机械手的驱动器。探测小车实物如图 2 所示。

上上

位位

机机

无线路由无线路由

模块模块

无线数传无线数传

模块模块

无线摄像无线摄像

头头

电机驱动电机驱动

电路电路

无线数传无线数传

模块模块

STMSTM 3232控制器控制器

温湿度采温湿度采

集电路集电路

有害气体有害气体

采集电路采集电路

舵机驱动舵机驱动

电路电路

图 1 系统组成框图 图 2 探测车实物图

2 小车内部电路设计 2.1 驱动电路设计

该探测小车电路设计由 STM32 最小系统、电源电路、驱动电路与电机选取、无线路由器与摄像头、无

线数传等六部分设计组成。电路以 STM32F103RBT6 单片机为核心设计最小系统，采用两片 LM7805 芯片获

取 5V 电压为电机驱动和无线路由器供电，通过 AMS 公司生产的 AMSU17 线性稳压器，将电压从 5V 降为

3.3V 为 STM32 单片机和无线数传供电。在电压输出端加入一个 LED 作为电源指示灯[5]。驱动电路由智能功

率芯片 BTS7960 组成，该芯片是应用于电机驱动的电流半桥高集成芯片，工作电压 5.5v-27.5v，最大驱动电

流 43A，工作频率 25KHZ，在本电路设计中，直流电机工作电压 12V，电流 2A，工作频率 25KHZ，2 块

BTS7969 芯片组成一个全桥电路，控制电机的正反转，驱动电路如图 3 所示。 该系统的电机是在负载和转速非周期性变化工作中运行，探测小车设计负载为 5kg，最大行进速度 1m/s，

工作环境常温常压。选用 ASLONG JGB37-550 直流有刷电机，该电机额定电压为 12V，转矩为 12Kg•cm，

电流 2A。小车轮子直径 D=125mm，电机转速 n=250rpm/min，电机的减速比 i=1:56。通过下面公式计算，

小车的最大行进速度 max 1.53 /V m s= ，符合理论计算值大于工程阀值 20%的设计要求。

60MAXnV D

iπ= × ×

- 133 - http://www.sjie.org

图 3 驱动电路

2.2 通信方案设计

系统以 3DRobotics 的 3DR 电台做为控制信息传输途径，该电台是设置上位机和下位机之间遥测连接的

一个理想的方式，可作为一条虚拟的串口线与单片机直接连接使用。系统采用该公司的 3DR Radio telemetry 433MHZ 无线数传模块，该模块体积小，重量轻（不含天线仅 4 克），基于 HM-TRP 无线模块，并带有

Si1000 8051 微控制器和 Si4432 无线模块，价格低，范围大，使得系统的最远控制距离可达 800 米。 系统的视频信息传输平台是基于 WiFi 的无线传输，对于无线路由器的选择十分必要。运行于控制终端

的网络程序通过局域网与探测小车建立 UDP 连接，用户可以在上位机获取摄像头视频信息数据。系统采用

Robot-Link V4.0 AR WIFI 模块，具有 4M 的 Flash，32M 内存 DDR，采用 3Dbi 高增益天线，稳定传输距离

可达 100 米[6]，满足设计需求。

3 基于 LabVIEW的上位机系统设计 该系统上位机以 LabVIEW 为软件开发工具，前面板布局设计如图 4 所示。视频监控模块采集并显示无

线视频信息，实现实时监控功能；系统控制模块将按键信息编码，形成数据包放到发送区；串口通讯模块

接收温湿度及有害气体含量数据并将发送区的控制数据发送给下位机小车；温湿度及有害气体含量显示处

理模块以表盘的形式显示接收区的数据，同时以波形图形式显示数据的稳定性。

图 4 前面板布局设计框图

温湿度及有害气体含量显示

处理模块系统控制模块

视频监控模块

串口

通讯

模块

- 134 - http://www.sjie.org

3.1 串口通讯模块

探测小车和上位机的通讯通过串口实现，以 LabVIEW 的 VISA 控件实现串口功能。VISA 控件通过配置

串口、读取串口、写入串口及关闭串口功能实现上位机与下位机小车的通讯[7]。串口通讯模块程序框图如图

5 所示。

图 5 串口通讯模块 LabVIEW 程序框图

3.2 视频监控模块

通过 LabVIEW Vision 模块实现视频监控功能，其程序框图如图 6 所示。首先使用 IMAQ USB Enumerrate Cameras VI 选择视频设备，其次使用 IMAQ Create 为该设备分配内存空间，最后在 while 循环里

将 IMAQ Grab Acquire 抓取的图像传送到 Image Display控件显示[8]。

图 6 视频监控模块 LabVIEW 程序框图

3.3 系统控制模块

上位机对下位机探测小车的远程控制是通过键盘实现的，因此，需要把键盘的按键信息读取到上位机

的 LabVIEW 软件中。图 7 是键盘数据采集的 LabVIEW 程序框图，在该图中，从左至右有四个与键盘数据

- 135 - http://www.sjie.org

采集相关的 VI。最左边的“Query Input Devices”VI 产生“按键信息”的簇，并显示在前面板上；接着是

“Intialize Input Data”VI，此 VI 可以生成同时被按下按键组成的字符串数组；然后是“索引数组”VI，把数组

中的各元素提取出来；最后是“Close Input Devices”VI，当程序执行完，则关闭输入设备资源。由于“索引数

组”VI 输出的是个下拉列表的数组，而本系统在遥控小车时，在同一时刻只按下一个按键，所以只需要提取

出按键字符串数组的第 0 个元素，通过第 0 个元素的字符串信息让系统识别此时按下的按键，然后根据这个

按键的字符串，LabVIEW 程序决定发送什么数据到下位机，从而控制探测车做出相应的动作。上位机按键

控制部分利用条件结构在按下每一个按键时将相应数据发送至下位机。

图 7 键盘数据采集 LabVIEW 程序框图

3.4 温湿度及有害气体含量显示处理模块

串口接收到下位机小车发送的温湿度及有害气体含量数据，经过上位机对数据进行处理之后，通过

LabVIEW 仪表显示，并利用波形图进行各时段稳定性分析。温湿度及有害气体含量数据持续从下位机小车

向上位机发送，上位机接收数据后保存为一个完整的字符串。因此，需要对接收到的温湿度及有害气体含

量数据进行截取，然后识别标志位，进而分别提取出温湿度数值及有害气体含量数值。为此设计了一个移

位寄存器，完成不间断地将截取的起点定为刚接到的数据包起点，以达到实时显示数据信息的要求。温湿

度及有害气体含量显示处理 LabVIEW 程序框图如图 8 所示：

图 8 温湿度及有害气体含量数据显示处理 LabVIEW 程序框图

4 系统测试 该系统以 LabVIEW 2012 为上位机软件开发平台，在 windows 7 操作系统环境下进行测试。首先对软硬

件的各个模块进行单独测试，确保每个模块都能正常工作。在每个模块都测试成功之后，逐步把各个分模

块整合到一起，进行整机测试，逐步实现整机的各项功能及性能指标。 利用串口助手软件测试串口通讯模块，包括通讯是否连接、下位机发来的温湿度及有害气体含量数据

是否正确。测试时，将串口助手波特率设置为 115200、数据位设置为 8 位，利用无线数传模块接收下位机

发送的数据并显示。对比实际情况进行测试，经测试上、下位机连接正常，温湿度及有害气体含量均符合

实际检测值，串口助手软件测试情况如图 9 所示。 通讯测试正常后，进行系统的整体测试。打开上位机，完成摄像头选取和串口设置。点击运行，各上

位机模块工作正常，温湿度有害气体含量显示正常，通过波形图标分析数据稳定，小车能够按照控制键执

行相应的操作，机械臂实现了抓取功能，系统测试前面板如图 10 所示。

- 136 - http://www.sjie.org

图 9 串口助手软件测试情况

图 10 系统测试前面板

5 结语 测试结果显示，利用图形化编程语言 LabVIEW 可以方便的实现 PC 机与无线摄像头的视频传输、与单

片机的串口通信，并结合单片机外围电路对直流电机、步进电机和舵机进行控制。以 LabVIEW 为软件开发

平台、以单片机为驱动核心处理器、以无线 WiFi 为主要通讯手段，设计开发的具有搭载机械臂的智能探测

小车无线视频监控系统，实现了上位机对探测小车的行进和抓取进行实时控制，并能实时地将摄像头拍摄

到的图像和环境温湿度及有害气体含量数据传输至上位机存储和显示。该探测小车能替代人工在坑道探测、

救援、搜捕、排雷、辐射等有害和危险场合工作，具有广大的应用前景。

- 137 - http://www.sjie.org

REFERENCES [1] Zhu Zhou. Intelligent vehicle study based on STM32 [D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2011

[2] Zongxiang Dong, Hongrui Shi and Jie Yang. Design and Implementation of Embedded Smart Car Measurement and Control

System [J]. Computer Measurement and Control, 2010, 18(2): 357-359, 362

[3] 李俊强, 王景夏, 辛绍杰. 基于 LabVIEW 的探测小车无线视频监控系统的设计[J]. 电子世界, 2012, (24):134-135

[4] Bre Pettis, Anna Kaziumas France and Jay Shergill. Getting Started with MakerBot [M]. Beijing: Post & Telecom Press, 2013.

[5] 周立功. 项目驱动—单片机应用设计基础[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2011

[6] Dan Yan. Research on the Key Technologies of Rapid Inter-AP Handoff in Onboard WiFi Application [D]. Changsha: Central

South University, 2011

[7] 陈树学, 刘萱. LabVIEW 宝典[M]. 北京: 电子工业出版社, 2011

[8] Dingyuan Wang. Method of Driving Universal Cameras in LabVIEW [J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2011,

30(12): 56-59

【作者简介】

1 王帆（1993-），男，满族，大学本

科生，主要从事电子信息工程专业。

Email: 2285633228@qq.com

2 李敏（1962-），女，汉族，教授，学

校优秀教学带头人，主要从事智能信息

处理研究。Email: limin@ dlnu.edu.cn

- 138 - http://www.sjie.org