基于ARM的智能避障小車設(shè)計(jì)

0 引言

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

本文通過s3c44b0x開發(fā)板和ADS集成開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出基于嵌入式系統(tǒng)的智能小車控制器。其優(yōu)點(diǎn)是功耗低、體積小、集成度高、可靠性強(qiáng)，為智能汽車技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。

1 系統(tǒng)的功能描述

普通的玩具小車一般需要在外加條件下才能按照自己的設(shè)想避開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)讓小車無需外加條件便可完成智能化，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避開障礙物的功能。從原理上講主要是依靠小車上的紅外避障傳感器來檢測可能出現(xiàn)的障礙物的信號(hào)并將其反饋回控制電路。當(dāng)傳感器檢測到障礙物時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生高電平信號(hào)

驅(qū)動(dòng)某一側(cè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使得小車能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，隨后繼續(xù)前進(jìn)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)方案的硬件部分如圖1所示。

在本設(shè)計(jì)中選擇的開發(fā)平臺(tái)是ADS集成開發(fā)環(huán)境，通過s3c44b0x芯片相關(guān)工具tftp等進(jìn)行硬件方面的設(shè)計(jì)調(diào)試工作。

紅外傳感器是一種能探測紅外線的器件，能把紅外輻射量變化轉(zhuǎn)換成電量變化。本設(shè)計(jì)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(yīng)。3)探測距離的范圍：10～60cm。4)不需要外部控制電路。

硬件設(shè)計(jì)中選用的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是中小電流 直流電機(jī)專用驅(qū)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(qū)動(dòng)感性負(fù)載，比如小型直流電機(jī)、繼電器、步進(jìn)電機(jī)和開關(guān)電源晶體管。當(dāng)驅(qū)動(dòng)小型直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。該驅(qū)動(dòng)模塊具有體積小、控制方便的特點(diǎn)。測試實(shí)驗(yàn)表明采用此模塊能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行平穩(wěn)可靠的控制。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在集成開發(fā)環(huán)境ADS和Microsoft Vistlal C++6.0集成開發(fā)平臺(tái)下完成，主要采用C語言進(jìn)行程序編制。軟件設(shè)計(jì)主要包括對控制主程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、中斷程序和軟件算法等程序的設(shè)計(jì)。

在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的初始階段，智能小車系統(tǒng)的正前方安裝一個(gè)紅外線避障傳感器，通過這個(gè)傳感器采集來自正前方的障礙物信號(hào)，然后將其傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)進(jìn)一步采取動(dòng)作控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在經(jīng)過設(shè)定好的一定時(shí)間的延時(shí)過程之后，系統(tǒng)主程序動(dòng)作繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行下去，直到電源關(guān)閉或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

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

4 系統(tǒng)深入設(shè)計(jì)展望

繼本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用單個(gè)傳感器進(jìn)行智能避障小車設(shè)計(jì)完成之后，下一步計(jì)劃是使用三個(gè)傳感器進(jìn)行功能更加完善、系統(tǒng)更加穩(wěn)定的智能避障小車設(shè)計(jì)。

圖4為使用三個(gè)紅外避障傳感器的小車示意圖。圖中，三個(gè)傳感器分別位于小車的左、中、右方，能夠檢測來自左、前、右三方的障礙物信號(hào)。針對此硬件框架設(shè)計(jì)，相應(yīng)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?yàn)槟軌蜃畲蟪潭鹊財(cái)U(kuò)充智能避障小車的“視野”，但同時(shí)也存在一些問題，比如三個(gè)傳感器掃描范圍之間的檢測死區(qū)就是智能小車一個(gè)比較大的硬傷。因此，在接下來的設(shè)計(jì)中，我們將針對諸如此類的問題進(jìn)一步研究分析，爭取能夠在不影響智能小車基本功能的前提下豐富小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

由于板，該板有十八種設(shè)計(jì)功能，在本試驗(yàn)中就應(yīng)用其一種功能，即產(chǎn)生控制直流減速電機(jī)的脈沖。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、軟件編程易實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)性好且成本較低，紅外線傳感器對障礙物的檢測雖然存在些誤差，但并不影響小車避障。在室內(nèi)環(huán)境中，小車可以順利繞過障礙物到達(dá)指定地點(diǎn)。但是由于紅外線探測儀的角度問題和車的寬度問題，使小車在障礙物較大時(shí)不能全部避開障礙物，所以小車并不能完全實(shí)現(xiàn)智能，因?yàn)閭鞲衅鳙@得的信息非常有限，而且對步進(jìn)電機(jī)的控制受到驅(qū)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(xiàn)自動(dòng)刪除的問題?？偟膩碚f，實(shí)驗(yàn)是成功的，因?yàn)榛緦?shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)前所要求的功能。