基于LPC54606的智能小车控制系统.pdf
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1、 第卷 第期 年月:基 于的 智 能 小 车 控 制 系 统杨 钊 灿,沈 永 峰,陈 飞 洋(上 海 电 机 学 院 机 械 学 院,上 海)摘要:选 用作 为 主 控 芯 片,设 计 智 能 小 车 的 控 制 系 统。硬件 部 分 采 用轮 车 模、和 传 感 器 外 设。包 括 单 片 机 核 心 板、主 控 板 和 电 动机 驱 动 板。主 控 板 由 电 源 稳 压、运 放、视 觉 感 知、直 立、远 程 通 信 和 超 声 波 等 模 块 组成。单 片 机 核 心 板 包 含芯 片 为 主 的 相 关 电 路。电 动 机 驱 动板 电 路 主 要 由(电 源 芯 片)、逻 辑 芯
2、 片 和桥 电 路 组成。软 件 程 序 使 用 卡 尔 曼 滤 波 算 法 和算 法。智 能 小 车 控 制 系 统 可 实 现 姿 态 转换、直 立、避 障、环 岛 处 理 和 路 径 规 划 任 务 等。关 键 词:智 能 小 车;路 径 规 划;算 法;卡 尔 曼 滤 波 算 法中 图 分 类 号:文 献 标 志 码:文 章 编 号:(),(,):,(),:;收 稿 日 期:基 金 项 目:上 海 市 科 技 创 新 行 动 计 划 项 目()作 者 简 介:杨 钊 灿(),男,江 苏 扬 州 人,硕 士 生,研 究 方 向 为电 气 工 程。:;:通 信 作 者:沈 永 峰(),男,
3、蒙 古 族,辽 宁 朝 阳 人,博 士,副 教授,研 究 方 向 为 能 源 动 力。:;:引言在 步 入世 纪 以 来,人 工 智 能 得 到 了 飞 跃 发 展,在 生 活 中 逐 渐 崭 露 头 角。控 制 领 域 的 智 能 小 车 地 位 在人 工 智 能 应 用 中 已 经 变 得 举 足 轻 重。路 径 规 划 是智 能 小 车 的 重 要 研 究 内 容。路 径 规 划 是 按 照 某 一 性 能指 标 搜 索 一 条 从 起 始 点 到 目 标 的 最 优 或 近 似 最 优 的 无碰 撞 路 径。现 阶 段 普 遍 的 局 部 路 径 规 划 算 法 有 人 工 势场 法、
4、神 经 网 络 法 和 遗 传 算 法 等。上 述 算 法 具 有 一 定的 局 限 性,搜 索 范 围 过 于 复 杂、效 率 不 高、易 陷 入 局 部最 优 解 等。本 文 设 计 的 智 能 小 车 路 径 规 划 使 用 串 行算 法和 卡 尔 曼 滤 波 算 法,优 化 智 能 小 车 的 行 驶 时 间,完 成 路径 规 划 任 务。系 统 整 体 结 构主 控 芯 片 选 用 ,小 车 硬第期杨 钊 灿,等:基 于的 智 能 小 车 控 制 系 统件 包 刮:电 源 稳 压、运 放、摄 像 头、电 动 机 驱 动、远 程 控制、直 立 平 衡 和 避 障 等 模 块。硬 件 电
5、 路 功 能 有 电 源 转换、角 度 控 制、速 度 控 制、数 据 采 集、人 机 交 互 等。小 车 系 统 总 体 框 图 如 图所 示。图智 能 小 车 系 统 总 体 框 图 通 过线 性 稳 压 器 将 外 接 电 压转 换 为 电 压,为 运 放、编 码 器、蜂 鸣 器、红 外 接 收、蓝 牙 通 信 和 超 声 波 电 路 供 电。通 过线 性 稳压 器 将 电 压 转 换 为 电 压,为 陀 螺 仪 和 摄 像 头供 电。(电 源 芯 片)和桥 对 电 动机 供 电。电 动 机 速 度 通 过进 行 控 制。硬 件 系 统 单 片 机 最 小 系 统智 能 小 车 的 控
6、制 核 心 是 单 片 机 系 统,主 要 控 制 各模 块 工 作。考 虑 到 需 要 采 集 较 多 数 据,完 成 不 同 场 景中 的 任 务,选 用 芯 片。系 列 集 成 了 高 能 效 的 内 核 与 多 种 高 速 连 接 选项、先 进 的 定 时 以 及 模 拟 功 能。功 能 使 器 件 可 支 持 数 据 密 集 型 应 用 的 复 杂 算法。该 系 列 配 有 高 达 的 闪 存 以 及 外 部 存 储 器接 口,能 弹 性 适 应 需 求 变 化。闪 存 选 项 可 灵 活 支 持 内、外 部 大 型 存 储 器 配 置。借 助 系 列 的 内 置 兼容 性,能 提
7、供 一 个 无 缝 移 动 路 径 来 提 高 处 理 性 能,还 能灵 活 增 加 其 他 先 进 外 设。选 用芯 片 的 单 片 机 电 路,降低 了 硬 件 故 障 风 险,提 高 运 行 效 率,并 在 主 控 板 设 计 对应 的 排 针 电 路。分 板 设 计 的 优 点 是 便 于 更 好 地 提升 硬 件 维 修 速 度。单 片 机 核 心 板 和 主 板 对 应 的 排 针 原理 如 图、所 示。电 源 稳 压各 传 感 器 供 电 要 求 较 高,需 供 给 不 同 的 电 压,在 智能 小 车 运 行 过 程 中,路 径 规 划 需 要 充 足 的 电 压,所 以 采用
8、 镍 镉 充 电 电 池。在 智 能 小 车 硬 件 系 统 中,各 模 块 需 要 进 行 稳 压 模块 转 换 电 压。线 性 稳 压 电 路将 图单 片 机 核 心 板()左 侧 排 针 图()右 侧 排 针 图图核 心 板 在 主 板 上 的 排 针 原 理 图电 压 稳 压 到,为 运 放、蓝 牙 通 信、红 外 接 收、编 码器、蜂 鸣 器 和 超 声 波 等 模 块 供 电。由 于 陀 螺 仪、摄 像 头和 单 片 机 核 心 板 等 所 需 电 压 较 低,选 用 线 性 稳 压 电 路 进 行 供 电。线 性 稳 压电 路 和 线 性 稳 压 电 路 原 理 如 图、所 示。
9、运 放 模 块考 虑 到 电 磁 线 接 收 的 数 据 的 比 较 繁 杂,控 制 系 统需 要 稳 定 的 电 磁 数 据,选 用运 放 电 路 进 行 电第卷图 电 路图 电 路磁 数 据 的 采 集 和 滤 波。由 于 路 径 规 划 和 直 立 状 态需 要 稳 定 电 磁 数 据,选 用路运 放 进 行 电 磁数 据 的 采 集。运 放 模 块 部 分 电 路 原 理 如 图所 示。()端 口 放 大 电 路()端 口 放 大 电 路图 运 放 电 路 摄 像 头 模 块 和 陀 螺 仪智 能 小 车 的 普 遍 姿 态 是 直 立 状 态,特 殊 姿 态 是轮 状 态。在 遇 到
10、 姿 态 转 换 标 志 时,经 摄 像 头 的 检 测和 陀 螺 仪 的 控 制,小 车 由 直 立 状 态 转 变 为轮 着 地 状态。为 方 便 不 同 类 型 摄 像 头 的 搭 配,使 用 和摄 像 头 底 座。摄 像 头 选 用。陀 螺 仪 是 直立 功 能 的 核 心 硬 件,为 节 约 主 板 空 间,陀 螺 仪 使 用 外接,在 主 板 预 留 相 应 的 排 针。摄 像 头 和 陀 螺 仪 电 路 原理 如 图、所 示。图摄 像 头 电 路图陀 螺 仪 电 路 超 声 波 避 障考 虑 到 避 障、节 约 主 板 空 间、电 路 集 成 等 要 求,超声 波 使 用 外 接
11、。为 提 高 避 障 的 成 功 率,使 用组 超 声波 障 碍 物 识 别。超 声 波 位 置 在 智 能 小 车 地 前 端,这 样有 利 智 能 小 车 对 障 碍 物 的 检 测,并 对 直 立 起 到 辅 助 作用。超 声 波 原 理如 图所 示。图超 声 波 电 路 远 程 控 制 模 块在 智 能 小 车 设 计 中,需 进 行 无 线 传 输 和 远 程 操 控,选 用 红 外 接 收 模 块、蓝 牙 模 块 以 及显 示 模块。模 块 极 大 地 提 高 了 调 车 效 率,可 以 显 示电 磁 数 据、小 车 实 时 速 度、遥 控 状 态。红 外 接 收 和 蓝 牙模 块
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