基于ARM的智能避障小車設(shè)計

0 引言

汽車的緊急避障是由電腦模擬司機(jī)的主動控制過程，以汽車為控制對象進(jìn)行實時信號采集、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，設(shè)計出基于嵌入式系統(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，即實現(xiàn)自動避開障礙物的功能。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)的障礙物的信號并將其反饋回控制電路。當(dāng)傳感器檢測到障礙物時，傳感器會產(chǎn)生高電平信號

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

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

總體設(shè)計方案的硬件部分如圖1所示。

在本設(shè)計中選擇的開發(fā)平臺是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)計中選用的直流電機(jī)驅(qū)動模塊是中小電流 直流電機(jī)專用驅(qū)動器，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)動小型直流電機(jī)時，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。該驅(qū)動模塊具有體積小、控制方便的特點(diǎn)。測試實驗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

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

在系統(tǒng)整體設(shè)計的初始階段，智能小車系統(tǒng)的正前方安裝一個紅外線避障傳感器，通過這個傳感器采集來自正前方的障礙物信號，然后將其傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)該信號進(jìn)一步采取動作控制兩個步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在經(jīng)過設(shè)定好的一定時間的延時過程之后，系統(tǒng)主程序動作繼續(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)動電路的初始化等。圖3為小車使用單個傳感器示意圖。

4 系統(tǒng)深入設(shè)計展望

繼本次系統(tǒng)設(shè)計使用單個傳感器進(jìn)行智能避障小車設(shè)計完成之后，下一步計劃是使用三個傳感器進(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。

圖4為使用三個紅外避障傳感器的小車示意圖。圖中，三個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。針對此硬件框架設(shè)計，相應(yīng)的主程序流程圖如圖5所示。

三個傳感器分別檢測三個方向的障礙物的好處是明顯的，因為能夠最大程度地擴(kuò)充智能避障小車的“視野”，但同時也存在一些問題，比如三個傳感器掃描范圍之間的檢測死區(qū)就是智能小車一個比較大的硬傷。因此，在接下來的設(shè)計中，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。

5 結(jié)論

由于板，該板有十八種設(shè)計功能，在本試驗中就應(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)計簡單、軟件編程易實現(xiàn)、實時性好且成本較低，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不能全部避開障礙物，所以小車并不能完全實現(xiàn)智能，因為傳感器獲得的信息非常有限，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也會出現(xiàn)自動刪除的問題?？偟膩碚f，實驗是成功的，因為基本實現(xiàn)了實驗前所要求的功能。