無(wú)人駕駛車(chē)輛的自動(dòng)行駛控制系統設計

本文主要研究無(wú)人駕駛車(chē)輛的自動(dòng)行駛控制方法。

1 系統設計

本系統主要由監控中心和構成，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：

(1)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。

(2)GIS(Geography Information System，地理信息系統)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)。

(3)GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)限業(yè)務(wù))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。

(4)射頻識別讀卡器。射頻識別技術(shù)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。

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

3 終端軟件部分程序設計

本系統由于使用ARM7做主要控制器，考慮到資源的利用，采用μC/OS-Ⅱ來(lái)作為操作系統。μC/OS-Ⅱ是一個(gè)完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內核。他用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)，包含一小部分匯編代碼，使之可以供不同架構的微處理器使用。μC/OS-Ⅱ可以管理64個(gè)任務(wù)，具有信號量、互斥信號量、事件標志組、消息郵箱、消息隊列、任務(wù)管理、時(shí)間管理和內存塊管理等功能。

μC/OS-Ⅱ軟件體系結構有3部分：

(1)μC/OS-Ⅱ核心代碼：包括10個(gè)C程序文件和1個(gè)頭文件，主要實(shí)現系統調度、任務(wù)管理、內存管理、信號量、消息郵箱和消息隊列等系統功能。此部分與處理器性能無(wú)關(guān)。

(2)μC/OS-Ⅱ配置代碼：包括兩個(gè)頭文件，用于裁減和配置μC/OS-Ⅱ。該部分與用戶(hù)實(shí)際應用相關(guān)。

(3)μC/OS-Ⅱ移植代碼：包括1個(gè)匯編文件、1個(gè)C程序文件和1個(gè)頭文件，這是移植μC/OS-Ⅱ所需要的代碼，與處理器無(wú)關(guān)。

在本系統中首先要進(jìn)行系統移植，才能進(jìn)行程序的調用。移植滿(mǎn)足了以下要求：

(1)處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼;

(2)處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷(10～100 Hz);

(3)用C語(yǔ)言可以開(kāi)/關(guān)中斷;

(4)處理器能支持一定數量的數據存儲硬件堆棧(可能是幾kB);

(5)處理器有將堆棧指針以及其他CPU寄存器的內容讀出并保存到堆?；蛘邇却嬷腥サ闹噶?。

本系統軟件程序主要分為3個(gè)部分：輸入部分、控制部分和輸出部分。下面分別進(jìn)行介紹。

輸入設備主要包括鍵盤(pán)、射頻識別讀卡器，以及構成輸入設備的接收系統：GPS/GIS接收器和GPRS模塊等。在車(chē)輛的行駛過(guò)程中，射頻識別模塊負責正確接收路況信息，鍵盤(pán)負責等待用戶(hù)接收車(chē)上用戶(hù)指令，GPRS模塊負責接收遠程工作站的數據信息，該模塊在啟動(dòng)后主要是負責與工作站取得聯(lián)系，進(jìn)行信息交流，并且不斷更新系統內部分路徑信息，方便車(chē)輛能夠及時(shí)轉向。GPS和GIS模塊則主要負責使系統能夠接收到車(chē)輛目前的準確位置。