論智能汽車的發(fā)展

劉寶程 張懷虎 劉景彪

摘 要：智能車是一個以汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的汽車模型。

關(guān)鍵詞：智能 汽車

一、智能車簡介

智能車是一個以汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的汽車模型;是電子計算機(jī)等最新科技成果與現(xiàn)代汽車工業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，因而“善解人意”。通常具有自動駕駛，自動變速，甚至具有自動識別道路的功能。另外，車內(nèi)的各種輔助設(shè)施也一應(yīng)電腦化，常常給人以新奇感。

二、智能車結(jié)構(gòu)及調(diào)整

電磁循跡智能車是在電磁循跡的基礎(chǔ)上，依靠算法控制的一種循跡車。根據(jù)設(shè)計與功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括七個模塊，即微型處理器控制模塊、電源模塊、電磁傳感模塊、舵機(jī)控制模塊、電機(jī)控制模塊、速度檢測模塊和調(diào)試模塊。當(dāng)電磁傳感模塊對通電閉合銅導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電勢時，通過運(yùn)放芯片將放大后的電平信號輸入給微型處理器控制模塊。 經(jīng)過處理后形成 PWM 波輸入給舵機(jī)控制模塊，進(jìn)而控制舵 機(jī)帶動前輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向 ;同時微型處理器控制模塊形成的另兩 路 PWM 波輸入給電機(jī)控制模塊，進(jìn)而控制電機(jī)帶動后輪轉(zhuǎn)動。 微型處理器控制模塊還另有接口連接速度檢測模塊，實現(xiàn)速 度 PID 閉環(huán)控制。調(diào)試模塊能實時顯示并調(diào)整智能車的項參數(shù)。

三、硬件電路

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所述，該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計主要分為微型處理器控制模塊、電磁傳感模塊、電源模塊、舵機(jī)控制模塊、電機(jī)控制模塊、速度檢測模塊和調(diào)試模塊。

1、元器件簡介

1.1電磁傳感模塊

電磁傳感器模塊主要包括感應(yīng)、選頻、放大和檢波四部分。本文中，在智能車行進(jìn)路線中心通設(shè)一條引導(dǎo)線，導(dǎo)線中通100 mA，20 kHz 的交變電流。首先感應(yīng)環(huán)節(jié)選用 8×10 mH 簡單、成本低、體積小、靈敏度高且抗干擾能力強(qiáng)的工字電感，在 100 mA 直導(dǎo)線電路中，其在一定高度能檢測的峰峰值約為 48 mV，能很好地滿足感應(yīng)交變電流產(chǎn)生交變磁場的要求。其次選頻主要是為了過濾其他頻率的干擾信號，根據(jù) LC 諧振并聯(lián)公式計算，本文采用 6.8 nF 的電容與電感組成 LC 并聯(lián)諧振電路。再者由于電感感應(yīng)電動勢的量級為毫伏級別，不能被單片機(jī)所識別，所以需要經(jīng)過放大處理，放大電路由運(yùn)放芯片 TLV2772 與電位器構(gòu)成。最后為了能檢出波動信號中的有用信號，檢波電路采用小信號檢波的肖特基二極管 SS14，便于獲得正比于交流線圈感應(yīng)電壓值的直流信號，也便于單片機(jī)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。

1.2電源模塊

電源模塊貫穿于整個系統(tǒng)，系統(tǒng)中需要有 +5 V與 +12 V電壓供給。電源模塊的設(shè)計直接能決定整個系統(tǒng)，因此不僅需要考慮電壓穩(wěn)伏、電流容量等參數(shù)，也要注意 DC-DC 轉(zhuǎn)換效率，降低噪聲防止干擾 。出于節(jié)能要求，本文選用 4 個串聯(lián)大電容作為電池。首先，驅(qū)動控制模塊需要 +12 V 電源供給，本文選用B0512S-1W 的 DC-DC 電源模塊，其優(yōu)點是體積小、效率高，無需外加電路，隔離性能好。其次，處理器控制模塊、電磁傳感模塊、舵機(jī)控制模塊等需要 +5 V 電壓供給。因為超級電容充放電很快，我們采用TPS630701 穩(wěn)壓芯片，其具有低靜態(tài)電流的高效降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，適用于輸入電壓可能高于或低于輸出電壓的應(yīng)用。

1.3舵機(jī)控制模塊

由微型處理器控制模塊單片機(jī)生成 PP5 與 PP6 經(jīng)過74LS244 芯片形成一路 PWM 波連接給舵機(jī)控制模塊，舵機(jī)三根線分別連接地、+5 V 和 PWM。

1.4電機(jī)控制模塊

由微型處理器控制模塊單片機(jī)生成 PP0 與 PP1 經(jīng)過74LS244 芯片形成兩路 PWM 波，與 +12 V，+5 V 和地一起連接給電機(jī)控制模塊，驅(qū)動電路是由 2 片 IR2104 芯片構(gòu)成的 H橋式驅(qū)動電路 ，其形成兩路驅(qū)動電流給電機(jī)模塊驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)動。

1.5速度檢測模塊

要實現(xiàn)對速度量的閉環(huán)控制，就需要實時采集并反饋智能車的速度信息。本系統(tǒng)選用 E6A2-CW3C 歐姆龍 500 線編碼器來測量車速，具有A，B 雙相，編碼器轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生 500 個脈沖，其精度高、反應(yīng)快，且能正反測轉(zhuǎn)速。

1.6調(diào)試模塊

調(diào)試模塊主要由參數(shù)顯示和參數(shù)調(diào)整部分組成，其中參數(shù)顯示部分采用 OLED 顯示屏來顯示所要參數(shù)，參數(shù)調(diào)整部分采用矩陣鍵盤。

2.AD軟件

Altum Designer主要是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)行在Windows XP、Windows7操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者可以輕松進(jìn)行設(shè)計，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率大大提高。

Altium Designer 提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。Altium Designer 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設(shè)計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設(shè)計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能，使得Altium Designer成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案-一個既滿足當(dāng)前，也8滿足未來開發(fā)需求的解決方案。

信號名（節(jié)點信號名）、與印制電路板的基準(zhǔn)點相關(guān)的x-y 坐標(biāo)軸以及測試焊盤的坐標(biāo)位置（說明測試焊盤位于印制電路板的哪一面）。

四、心得體會

智能車輛是目前現(xiàn)代化交通工具的發(fā)展趨勢，該項技術(shù)的研究和實現(xiàn)將對現(xiàn)代社會文明和進(jìn)步有積極的推動作用，智能小車集成了智能車輛的關(guān)鍵技術(shù)，對它的研究有著重要的意義。自動路徑識別技術(shù)在智能汽車路徑識別方面的應(yīng)用還處于起步階段，隨著對自動路徑識別技術(shù)進(jìn)一步的研究通和智能汽車自動控制技術(shù)的進(jìn)-.步研究和發(fā)展，我相信將會從根本上改變現(xiàn)行汽車的信息交換、信息采集處理、車輛控制、汽車安全、行車導(dǎo)航與定位等技術(shù)方案與體系結(jié)構(gòu)。自動控制技術(shù)在駕駛智能汽車上的應(yīng)用在很大程度上可減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)和提高交通安全性，若配合交通控制系統(tǒng)，實現(xiàn)合理分配交通流，實現(xiàn)交通順暢，甚至可實現(xiàn)智能汽車的自動駕駛。智能小車技術(shù)已經(jīng)取得了很多可喜的進(jìn)展，研究成果令人鼓舞，但還遠(yuǎn)沒有達(dá)到使用要求。隨著傳感技術(shù)、智能技術(shù)和計算技術(shù)等的不斷提高，智能小車一-定 能夠在科學(xué)探測、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演人的角色。