基于ARM嵌入式的智能小車的控制系統(tǒng)設(shè)計研究

潘曉貝

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，河南 三門峽 472000）

智能小車屬于當前社會的新產(chǎn)物，智能化是其最大的特點，尤其是不需要通過人為管理就可以完成相關(guān)的任務(wù)。此外，智能小車可以借助計算機等完成最佳線路的選擇，因此可以有效提高效率，并且可以保證準確性。智能小車可以借助電子、信息、傳感等多種知識于一體，因此對這一技術(shù)的研究能夠促進社會的發(fā)展。

1 嵌入式系統(tǒng)和智能小車概述

（1）嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的使用，對于智能小車的發(fā)展來說具有重要意義。嵌入式系統(tǒng)主要指的是非桌面計算系統(tǒng)，比如一些計算機能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入，在嵌入之后可以發(fā)揮其專用的功能。嵌入式系統(tǒng)的中心是應(yīng)用，而且其中的軟件和硬件都比較靈活，便于進行裁剪，而且具有足夠的可靠性，滿足功耗、體積等綜合性的要求。這種系統(tǒng)還是一個完全嵌入受控制器件內(nèi)部，所以是為了特定的目的而設(shè)計的專用系統(tǒng)。比如一些帶有數(shù)字的設(shè)備，汽車、微波爐等都會使用這種嵌入式系統(tǒng)，這種嵌入式系統(tǒng)的使用可以有效保證效率，大部分的這種系統(tǒng)都是利用單個程序完成整個控制邏輯。嵌入式系統(tǒng)的主要特點是專一性、周期長、知識集成等，因此受到了很多人的歡迎，被應(yīng)用于各種產(chǎn)品中。

（2）ARM硬件開發(fā)平臺。由于嵌入式系統(tǒng)中的處理器屬于嵌入式系統(tǒng)的核心，因此可以有效的輔助系統(tǒng)運行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，處理器也在廣泛的使用，而且也有了明顯的變化，目前較多使用的是32位以及64位嵌入式CPU。嵌入式系統(tǒng)包含很多的相關(guān)處理器，比如DSP、FPGA等多個品種，而且這里的每個處理器品種都有巨大的價值，尤其是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能在逐漸的增強，速度有了明顯的提升，其性能價格比也有所增高。文章列舉了兩種ARM的特點：①ARM7系列。ARM7系列微處理器的作用很明顯，這種處理器屬于一種低功耗的32位定位點RISC處理器，這一處理器中對功耗的要求較高的消費類應(yīng)用具有明顯的實用性。ARN7使用的范圍交廣，而且經(jīng)常應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備中；于ARM9系列。除了上述處理器之外，ARM9系列微處理器的主要優(yōu)勢在于可以為用戶提供更高的性能和較低的功耗，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過不斷的創(chuàng)新設(shè)計，ARM9系列微處理器使用了更多的晶體管，提高了處理能力。除此以外，還有很多的處理器系列，每一種處理器都有獨特的性能，而且在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。

（3）ARM操作系統(tǒng)。ARM屬于嵌入式產(chǎn)品的核心，因此人們經(jīng)常會將其和嵌入式操作系統(tǒng)進行練習。嵌入式操作系統(tǒng)使用的范圍較廣，而且是軟硬件資源的控制中心，在組織資源的過程中發(fā)揮了巨大的總作用。使用嵌入式操作系統(tǒng)，可以為用戶提供更加有利的環(huán)境。在協(xié)調(diào)和觸發(fā)活動的過程中，可以裝卸某些模塊完成相應(yīng)的任務(wù)，因此使用的頻率相對較高。

（4）基于ARM的智能小車的實現(xiàn)?；贏RM的智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計需要根據(jù)相關(guān)要求進行，如圖1所示，是智能小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖，其中包含了4個層次：①策略應(yīng)用層，主要是為了研究操作系統(tǒng)以及驅(qū)動程序的相關(guān)設(shè)計；于小車控制器層，主要是為了控制整個控制系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)；③傳感器執(zhí)行層，這一層可以設(shè)定為小車的器官，保證小車的穩(wěn)定形勢，通過傳感器采集信息，并且利用執(zhí)行器完成任務(wù)；④小車機械層，主要是作為被控制對象的部件，因此具有基礎(chǔ)性的作用。

圖1 智能小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖

2 智能小車控制系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

2.1 智能小車控制系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計

在智能小車的硬件總體設(shè)計過程中，需要考慮到硬件設(shè)計是其中的關(guān)鍵部分，因此要引起足夠的重視。在其硬件設(shè)計的過程中，需要注意底板、核心板以及驅(qū)動電路部分。其中的電腦控制部分十分重要，負責程序的編寫等工作，此外，可以借助USB轉(zhuǎn)串口完成與智能小車的連接。核心的CPU使用的是S3C2440處理器，這一處理器是智能小車的大腦，可以有效保證信號的合理輸入和輸出。智能小車的整體硬件設(shè)計如圖2所示。

圖2 智能小車整體硬件設(shè)計

2.2 智能小車控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

（1）智能小車核心板模塊設(shè)計。隨著產(chǎn)品的不斷開發(fā)，人們越來越重視中央處理器的作用，中央處理器的選擇直接關(guān)系著產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量，因此要保證中央處理器具備足夠的性能和可靠性。由于資源的豐富等原因，導(dǎo)致目前的產(chǎn)品開發(fā)時間逐漸縮短，但是也提高了成功率。不過在產(chǎn)品開發(fā)的過程中還是會存在很多問題，因此要根據(jù)產(chǎn)品的具體需求選擇合理的中央處理器，在選擇的過程中可以考慮以下因素：①應(yīng)用領(lǐng)域。當產(chǎn)品的功能確定之后，就需要考慮到其應(yīng)用領(lǐng)域的問題，在選擇了合適的領(lǐng)域之后，才能盡快的縮小產(chǎn)品的選型范圍。比如在有些工作條件下，對于芯片的工作溫度有較高的要求，所以需要選擇合適的芯片；于自帶資源。在選擇中央處理器的過程中，需要考慮相關(guān)的資源，比如某些類型存在接口上的區(qū)別，儲存器的擴展功能是否可用等；③可擴展資源。雖然可以選擇購買相應(yīng)的微處理器，但是價格較高，可以利用價格較低的微處理器完成資源的擴展，可以有效提高微處理器的功能，同時也可以節(jié)約一定的成本。

（2）智能小車電源模塊設(shè)計。在智能小車的電源模塊設(shè)計中，需要考慮其供電的能力，尤其是要對不同的模塊進行持續(xù)供電，要求保證電源的質(zhì)量，才能不斷提高各個模塊的運行效率。在主板電路上，包含了多個模塊，不過由于功能的不同，每個模塊的電源數(shù)值都存在差異，因此要注意將直流電源經(jīng)過轉(zhuǎn)換生成不同的電壓。

（3）智能小車復(fù)位模塊設(shè)計。如果系統(tǒng)不能進行正常的工作，則需要復(fù)位電路對其進行初始化的操作，保證其可以完成重啟的目標。

（4）智能小車晶振模塊設(shè)計。智能小車中的Clock控制單元可以輸出中央處理器需要的時鐘信號，而且其中包含了CPU使用的FC蘊K、AHB總線使用的HC蘊K和ABP總線使用的PC蘊K。C蘊ock控制單元不需要依賴鎖相環(huán)，但是可以有效減少時鐘的頻率。通過這種模式，可以借助有關(guān)的程序，合理控制時鐘的連接和斷開，因此保證了能源的節(jié)約。

3 智能小車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 智能小車控制系統(tǒng)軟件環(huán)境組成

智能小車的控制系統(tǒng)軟件主要包含了三個部分，即開機引導(dǎo)裝載程序、蘊inux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)。開機引導(dǎo)裝載程序具有重要作用，主要是可以利用友善之臂提供SuperBoot程序，而且可以完成對硬件的初始化操作，并且為后續(xù)的工作做好準備，蘊inux內(nèi)核是蘊inux操作系統(tǒng)的中心，其中包含著智能小車需要用到的相關(guān)驅(qū)動，而且可以完成設(shè)備管理、系統(tǒng)調(diào)用等任務(wù)。

軟件開發(fā)環(huán)境構(gòu)建過程主要是，在軟件設(shè)計的過程中，為了不斷提高軟件開發(fā)的效率，要注意建設(shè)一個良好的軟件開發(fā)環(huán)境。首先，需要在Windows系統(tǒng)中安裝VMwareWorkstation軟件，在安裝的過程中，要注意安裝Fedora10操作系統(tǒng)。另外，還要建立一個交叉變異的環(huán)境，主要是為了保證程序可以在虛擬機中進行編譯，同時可以確保下載之后的正常執(zhí)行，其目的在于避免儲存空間的浪費。之后要完成基礎(chǔ)的配置和編譯操作，最后進行軟件和驅(qū)動的編寫即可。

3.2 智能小車控制系統(tǒng)程序驅(qū)動和模塊軟件設(shè)計

（1）智能小車狀態(tài)模塊軟件設(shè)計。在智能小車的控制系統(tǒng)設(shè)計中，要考慮到其所處的狀態(tài)，停止、運動和空閑這三種狀態(tài)是最基本的狀態(tài)，智能小車會在這三種狀態(tài)中進行來回的變換，保證軟件控制的可靠性。

（2）智能小車電機驅(qū)動模塊軟件設(shè)計。智能小車主要使用直流電機，其主要的作用是保證供電。此外，核心板是利用RS232串口發(fā)送命令給單片機，單片機控制可以產(chǎn)生PWM脈沖，PWM脈沖的占控比和頻率直接影響著電機運轉(zhuǎn)的速度，因此關(guān)系著智能小車的速度。

（3）智能小車圖像采集模塊軟件設(shè)計。智能小車會在適當?shù)膮^(qū)域停留并且進行拍照，因此要保證其攝像功能的穩(wěn)定性，才能有效獲取照片?？梢越柚?qū)動程序來打開智能小車的攝像頭并且讀取信息，完成圖片采集的任務(wù)。智能小車的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計都十分重要，因此在其系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要兼顧二者的關(guān)系，采用有效的方式，不斷提高其運行的效率。

4 結(jié)語

綜上所述，基于ARM的智能小車設(shè)計，需要考慮很多的問題，而且未來的智能小車發(fā)展前景良好。智能小車作為一個集自動駕駛、環(huán)境感知等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，運用了多種技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車的智能化發(fā)展已經(jīng)勢在必行，因此還需要在相關(guān)領(lǐng)域進行更加深入的研究。

［1］ 李俠.基于P蘊C地下排屑控制系統(tǒng)的設(shè)計——嵌入式自動取物智能小車［J］.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，34（1）：37-41.

［2］ 邢曉敏，楊正祥.嵌入式智能小車設(shè)計［J］.自動化應(yīng)用，2017，（5）：62-64.

［3］ 王浩.基于RT5350嵌入式平臺的無線智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.泰山學(xué)院學(xué)報，2016，38（6）：75-79.

［4］ 張曉明.基于嵌入式的智能小車設(shè)計［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016，（6）：73-74.