基于A(yíng)RM的智能避障小車(chē)設計

0 引言

汽車(chē)的緊急避障是由電腦模擬司機的主動(dòng)控制過(guò)程，以汽車(chē)為控制對象進(jìn)行實(shí)時(shí)信號采集、分析和處理，在緊急情況下可代替司機的駕駛操作。通過(guò)紅外線(xiàn)傳感器可以感知汽車(chē)行駛環(huán)境，實(shí)現汽車(chē)的避障功能。

本文通過(guò)s3c44b0x開(kāi)發(fā)板和ADS集成開(kāi)發(fā)平臺，設計出基于嵌入式系統的智能小車(chē)控制器。其優(yōu)點(diǎn)是功耗低、體積小、集成度高、可靠性強，為智能汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。

1 系統的功能描述

普通的玩具小車(chē)一般需要在外加條件下才能按照自己的設想避開(kāi)前方存在的障礙去自動(dòng)行駛，而目前可借助嵌入式技術(shù)讓小車(chē)無(wú)需外加條件便可完成智能化，即實(shí)現自動(dòng)避開(kāi)障礙物的功能。從原理上講主要是依靠小車(chē)上的紅外避障傳感器來(lái)檢測可能出現的障礙物的信號并將其反饋回控制電路。當傳感器檢測到障礙物時(shí)，傳感器會(huì )產(chǎn)生高電平信號

驅動(dòng)某一側步進(jìn)電機轉動(dòng)使得小車(chē)能夠平穩轉動(dòng)方向，隨后繼續前進(jìn)。

2 系統硬件設計

總體設計方案的硬件部分如圖1所示。

在本設計中選擇的開(kāi)發(fā)平臺是ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)s3c44b0x芯片相關(guān)工具tftp等進(jìn)行硬件方面的設計調試工作。

紅外傳感器是一種能探測紅外線(xiàn)的器件，能把紅外輻射量變化轉換成電量變化。本設計所采用的紅外避障傳感器GP2YOA02YK性能如下：1)反射率：對反射物體的顏色有較小影響。2)傳感器返回的模擬電壓值與測量的距離值一一對應。3)探測距離的范圍：10～60cm。4)不需要外部控制電路。

硬件設計中選用的直流電機驅動(dòng)模塊是中小電流 直流電機專(zhuān)用驅動(dòng)器，所用芯片1293屬于H橋集成電路，其輸出電流為1000mA，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅動(dòng)感性負載，比如小型直流電機、繼電器、步進(jìn)電機和開(kāi)關(guān)電源晶體管。當驅動(dòng)小型直流電機時(shí)，可以直接控制兩路電機，并可以實(shí)現電機正轉與反轉，實(shí)現此功能只需改變輸入端的邏輯電平。該驅動(dòng)模塊具有體積小、控制方便的特點(diǎn)。測試實(shí)驗表明采用此模塊能夠對電機進(jìn)行平穩可靠的控制。

3 系統軟件設計

系統軟件設計在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ADS和Microsoft Vistlal C++6.0集成開(kāi)發(fā)平臺下完成，主要采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序編制。軟件設計主要包括對控制主程序、電機驅動(dòng)程序、中斷程序和軟件算法等程序的設計。

在系統整體設計的初始階段，智能小車(chē)系統的正前方安裝一個(gè)紅外線(xiàn)避障傳感器，通過(guò)這個(gè)傳感器采集來(lái)自正前方的障礙物信號，然后將其傳遞給控制系統，由控制系統根據該信號進(jìn)一步采取動(dòng)作控制兩個(gè)步進(jìn)電機的運轉，在經(jīng)過(guò)設定好的一定時(shí)間的延時(shí)過(guò)程之后，系統主程序動(dòng)作繼續循環(huán)進(jìn)行下去，直到電源關(guān)閉或者系統出現故障。

小車(chē)主程序流程圖如圖2所示，其初始化過(guò)程包括ARM微處理器的初始化和外部驅動(dòng)電路的初始化等。圖3為小車(chē)使用單個(gè)傳感器示意圖。

4 系統深入設計展望

繼本次系統設計使用單個(gè)傳感器進(jìn)行智能避障小車(chē)設計完成之后，下一步計劃是使用三個(gè)傳感器進(jìn)行功能更加完善、系統更加穩定的智能避障小車(chē)設計。

圖4為使用三個(gè)紅外避障傳感器的小車(chē)示意圖。圖中，三個(gè)傳感器分別位于小車(chē)的左、中、右方，能夠檢測來(lái)自左、前、右三方的障礙物信號。針對此硬件框架設計，相應的主程序流程圖如圖5所示。

三個(gè)傳感器分別檢測三個(gè)方向的障礙物的好處是明顯的，因為能夠最大程度地擴充智能避障小車(chē)的“視野”，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題，比如三個(gè)傳感器掃描范圍之間的檢測死區就是智能小車(chē)一個(gè)比較大的硬傷。因此，在接下來(lái)的設計中，我們將針對諸如此類(lèi)的問(wèn)題進(jìn)一步研究分析，爭取能夠在不影響智能小車(chē)基本功能的前提下豐富小車(chē)系統的設計。

5 結論

由于板，該板有十八種設計功能，在本試驗中就應用其一種功能，即產(chǎn)生控制直流減速電機的脈沖。本系統設計簡(jiǎn)單、軟件編程易實(shí)現、實(shí)時(shí)性好且成本較低，紅外線(xiàn)傳感器對障礙物的檢測雖然存在些誤差，但并不影響小車(chē)避障。在室內環(huán)境中，小車(chē)可以順利繞過(guò)障礙物到達指定地點(diǎn)。但是由于紅外線(xiàn)探測儀的角度問(wèn)題和車(chē)的寬度問(wèn)題，使小車(chē)在障礙物較大時(shí)不能全部避開(kāi)障礙物，所以小車(chē)并不能完全實(shí)現智能，因為傳感器獲得的信息非常有限，而且對步進(jìn)電機的控制受到驅動(dòng)的影響也帶有不確定性。在程序燒制方面，由于技術(shù)或方法等方面的原因，使程序在燒制后有時(shí)也會(huì )出現自動(dòng)刪除的問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，實(shí)驗是成功的，因為基本實(shí)現了實(shí)驗前所要求的功能。