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、機械等多個學科交叉的汽車模型。

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、機械等多個學科交叉的汽車模型;是電子計算機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)的各種輔助設施也一應電腦化，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上，依靠算法控制的一種循跡車。根據(jù)設計與功能，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、舵機控制模塊、電機控制模塊、速度檢測模塊和調(diào)試模塊。當電磁傳感模塊對通電閉合銅導線產(chǎn)生感應電勢時，通過運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 波輸入給舵機控制模塊，進而控制舵 機帶動前輪進行轉(zhuǎn)向 ;同時微型處理器控制模塊形成的另兩 路 PWM 波輸入給電機控制模塊，進而控制電機帶動后輪轉(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、舵機控制模塊、電機控制模塊、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、選頻、放大和檢波四部分。本文中，在智能車行進路線中心通設一條引導線，導線中通100 mA，20 kHz 的交變電流。首先感應環(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的工字電感，在 100 mA 直導線電路中，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。再者由于電感感應電動勢的量級為毫伏級別，不能被單片機所識別，所以需要經(jīng)過放大處理，放大電路由運放芯片 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電壓值的直流信號，也便于單片機進行 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用。

1.3舵機控制模塊

由微型處理器控制模塊單片機生成 PP5 與 PP6 經(jīng)過74LS244 芯片形成一路 PWM 波連接給舵機控制模塊，舵機三根線分別連接地、+5 V 和 PWM。

1.4電機控制模塊

由微型處理器控制模塊單片機生成 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)，運行在Windows XP、Windows7操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術(shù)的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案，使設計者可以輕松進行設計，熟練使用這一軟件必將使電路設計的質(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 在單一設計環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及PCB版圖設計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設計數(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點相關(guān)的x-y 坐標軸以及測試焊盤的坐標位置（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用還處于起步階段，隨著對自動路徑識別技術(shù)進一步的研究通和智能汽車自動控制技術(shù)的進-.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用在很大程度上可減輕駕駛員的負擔和提高交通安全性，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展，研究成果令人鼓舞，但還遠沒有達到使用要求。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 能夠在科學探測、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中扮演人的角色。