無(wú)人駕駛車(chē)輛終端控制的研究

無(wú)人駕駛汽車(chē)是一種智能汽車(chē)，也可以稱(chēng)之為輪式移動(dòng)機器人，主要依靠車(chē)內的以計算機系統為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現無(wú)人駕駛。無(wú)人駕駛汽車(chē)集自動(dòng)控制、體系結構、人工智能、視覺(jué)計算等眾多技術(shù)于一體，是計算機科學(xué)、模式識別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標志，在國防和國民經(jīng)濟領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

　　從20世紀70年代開(kāi)始，美國、英國、德國等發(fā)達國家開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究，目前在可行性和實(shí)用化方面都取得了突破性的進(jìn)展。我國從20世紀80年代開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究，國防科技大學(xué)在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無(wú)人駕駛汽車(chē)。

　　2005年，首輛城市無(wú)人駕駛汽車(chē)在上海交通大學(xué)研制成功，該車(chē)有望于兩年之內率先在上海世紀公園進(jìn)行示范運營(yíng)，并在2010年世博會(huì )上一展身手。到時(shí)游客只需在公園的入口處按下一個(gè)按鈕，一輛沒(méi)有司機的四座敞篷汽車(chē)就會(huì )從遠處開(kāi)過(guò)來(lái)緩緩停下，然后搭載著(zhù)乘客前往他們想去的景點(diǎn)。

　　1 系統設計

　　本系統主要由監控中心和無(wú)人駕駛車(chē)輛終端構成，如圖1所示，而無(wú)人駕駛車(chē)輛終端又包含GPS，GIS，GPRS等部分：

　?。?）GPS（Global Positioning System，全球定位系統）是利用24顆人造衛星組成的衛星網(wǎng)，可以向地球不斷發(fā)射定位及時(shí)間信號。地球上的任何一個(gè)GPS接收機，只要接收到4顆以上的衛星信號，經(jīng)過(guò)計算處理后就可報出GPS接收機的位置（經(jīng)度、緯度、高度）、時(shí)間和運動(dòng)狀態(tài)（速度、航向）。本系統采用GPS是為了使車(chē)輛在行駛過(guò)程中能夠準確顯示自己的位置。

　　GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶(hù)接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛星星歷中查出。而用戶(hù)到衛星的距離則通過(guò)紀錄衛星信號傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶(hù)與衛星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當GPS衛星正常工作時(shí)，會(huì )不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機碼（簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼）發(fā)射導航電文。GPS系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P（Y）碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。

　?。?）GIS（Geography Information System，地理信息系統）GIS是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時(shí)技術(shù)。這是GIS的本質(zhì)，也是核心，是在計算機硬件、軟件系統支持下，對整個(gè)或部分地球表層空間的有關(guān)地理分布數據進(jìn)行采集、存儲、管理、運算、分析和可視化表達的信息處理和管理系統。在本系統中，他與GPS模塊相結合，以地理空間數據為基礎，在計算機系統中提供動(dòng)態(tài)的電子地圖，可以實(shí)時(shí)將交通信息通過(guò)GIS界面友好地顯示給用戶(hù)。

　?。?）GPRS，通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是GSM移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)可用的一種移動(dòng)數據業(yè)務(wù)。GPRS可說(shuō)是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來(lái)傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps，是在GSM（（Global System）全球移動(dòng)通信系統的網(wǎng)絡(luò )基礎上疊加的一個(gè)專(zhuān)業(yè)的高速數據通信網(wǎng)絡(luò )，共用GSM頻率（900／1 800 MHz）。共享GSM網(wǎng)絡(luò )絕大部分基礎設施?？梢越尤嘶赥CP／IP的外部網(wǎng)絡(luò )，具備了Internet所能提供的一切功能。本系統采用GPRS作為車(chē)載終端與監控端無(wú)線(xiàn)通信橋梁，主要是考慮到他有資源利用率高、傳輸速率高、接人時(shí)間短、網(wǎng)絡(luò )覆蓋面廣等幾個(gè)優(yōu)勢。

　?。?）射頻識別讀卡器。射頻識別技術(shù)又稱(chēng)電子標簽、無(wú)線(xiàn)射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號識別特定目標并讀寫(xiě)相關(guān)數據，而無(wú)需識別系統與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸，在交通系統一般用于高速公路站上不停車(chē)收費，車(chē)牌自動(dòng)識別或者停車(chē)場(chǎng)定時(shí)收費等。這些系統是將標簽放置在車(chē)載終端上，在地面上安裝天線(xiàn)、射頻模塊和計算機，利用射頻模塊中讀寫(xiě)器來(lái)進(jìn)行一定范圍內的射頻識別。射頻識別模塊通過(guò)裝有標的車(chē)輛接近傳感器來(lái)判別是否有車(chē)輛通過(guò)。識別模塊在一定區域內產(chǎn)生微波信號，當車(chē)輛進(jìn)入該識別區域時(shí)，就能激活標簽。標簽將數據反射給識別模塊，射頻讀寫(xiě)器完成數據讀取。

　　2 車(chē)輛終端硬件構成

　　車(chē)輛終端由GPS接收模塊、GPRS接收設備、主控制模強、讀卡器模塊、顯示模塊和輸入操作模塊構成，系統框架如圖2所示。

　?。?）自主懸掛式獨軌車(chē)體上裝有嵌入式控制系統，主要用于對整個(gè)車(chē)輛的控制以及各個(gè)模塊之間的調度。主控制模塊芯片采用了飛利浦公司生產(chǎn)的LPC2000 系列處理器，該系列產(chǎn)品是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并帶有0／128／256kB嵌入的高速片內FLASH存儲器。片內128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使得32位代碼規模降低超過(guò)30％，而性能的損失卻很小。

　　通過(guò)在該系列處理器芯片的基礎上擴展一系列完整的通用外圍器件，使系統硬件成本降到最低，并且根據設計需要再進(jìn)行裁減，就能為本車(chē)載系統提供一個(gè)低功耗、低成本、高性能的方案。

　?。?）該系統以GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸方式與因特網(wǎng)保持連接，與軌道交通信息網(wǎng)站交換數據。本系統采用了BenQ公司生產(chǎn)的M22模塊，他符合ETSIGSM phase 2+標準和 AT指令集，支持GSM語(yǔ)音數據傳真短消息和GPRS數據傳輸。

　?。?）顯示模塊主要是用來(lái)顯示車(chē)輛行駛狀態(tài)，包括地理信息位置，路徑采集情況等。本系統采用TFT6758液晶顯示模塊，工作電壓為3.3 V，內帶白光LED背光燈。由于液晶模塊內部包含了HD66781和HD66783液晶控制驅動(dòng)，因此他可以直接使用8位、16位或者18位總線(xiàn)方式與控制器相連接。

　?。?）輸入模塊功能是通過(guò)按鈕查閱通過(guò)讀卡器接收到終端的路徑信息。

　?。?）GPS模塊用來(lái)對車(chē)輛進(jìn)行定位。本系統采用M12定位模塊，Motorola公司生產(chǎn)的導航設備，具有很低的功耗，支持RTCM （Radio Technical Commission forMaritime）格式的差分功能，采用NAEA0183格式輸出。該接收器在 汽車(chē)定位和調度系統中應用廣泛。