許金鋼，常計(jì)東，劉思聰，王福心

（華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山，063000）

基于GPS定位的自動(dòng)引導(dǎo)小車設(shè)計(jì)

許金鋼，常計(jì)東，劉思聰，王福心

（華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山，063000）

針對未來汽車的發(fā)展，本文設(shè)計(jì)了一種無人駕駛的自動(dòng)引導(dǎo)小車。系統(tǒng)通過GPS定位導(dǎo)航模塊獲得小車的位置，當(dāng)給定終點(diǎn)位置后，利用坐標(biāo)比對的方式實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。通過測試驗(yàn)證，可以將導(dǎo)航精度控制在10米之內(nèi)。

自動(dòng)引導(dǎo)小車；GPS；自主導(dǎo)航

0　引言

隨著GPS技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對移動(dòng)載體的定位更加快速、精確，這為實(shí)現(xiàn)無人駕駛技術(shù)提供了一個(gè)平臺(tái)。本文以GPS定位技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合通信、自動(dòng)控制、單片機(jī)等技術(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)出了一輛具有自動(dòng)引導(dǎo)功能的智能小車，對無人駕駛技術(shù)的研究具有重要意義。

1　系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

以STM32單片機(jī)為核心處理器，包括主控系統(tǒng)模塊，電源模塊，GPS定位模塊，GSM通信模塊，電子羅盤模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。上位機(jī)軟件采用MFC編程，界面友好、易于操作，通過上位機(jī)與智能小車通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主導(dǎo)航功能。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1STM32主控系統(tǒng)模塊

基于小車整體性能的考慮，選用了STM32F103ZET6作為主控芯片，相對于51單片機(jī)它高速、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)。作為控制系統(tǒng)的核心其功能是采集信息和對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2電源模塊

由于系統(tǒng)中的各個(gè)電路模塊所需要的工作電壓和工作電流各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包括多種穩(wěn)壓電路。對于7.2V的電源，只進(jìn)行簡單的濾波處理，防止電壓出現(xiàn)大的波動(dòng)。5V電源采用三端穩(wěn)壓芯片LM2940，它的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓壓差可以小于500mV。3.3V供電電源由單片機(jī)最小系統(tǒng)提供。

圖1　控制程序流程圖

2.3GPS定位模塊

在定位系統(tǒng)中主要采用坐標(biāo)比較來實(shí)現(xiàn)汽車的自主導(dǎo)航。當(dāng)上位機(jī)設(shè)定目的地后，由上位機(jī)生成導(dǎo)航路徑。根據(jù)該路徑，每隔10米或遇到轉(zhuǎn)彎處，記錄一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，通過讀取GPS定位模塊信號(hào)來確定當(dāng)前坐標(biāo)點(diǎn)，即小車的當(dāng)前位置。將當(dāng)前位置與采集到的坐標(biāo)點(diǎn)依序進(jìn)行坐標(biāo)比對，確定小車的行進(jìn)方向，并不斷與終點(diǎn)坐標(biāo)比較確定當(dāng)前位置與目的地的距離，直到當(dāng)前坐標(biāo)值與終點(diǎn)坐標(biāo)的差值在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，即認(rèn)為到達(dá)目的地，小車停下，導(dǎo)航結(jié)束。

2.4GSM通訊模塊

GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，并且它具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。它的傳輸速度快， 數(shù)據(jù)的傳輸價(jià)格便宜， 有雙向傳輸?shù)墓δ?，可方便地?shí)現(xiàn)對設(shè)備的信息采集和遠(yuǎn)程控制，因此使用GSM作無線通訊是十分合理的。在本系統(tǒng)中它與單片機(jī)的串口相連接，用于接收上位機(jī)發(fā)送來的導(dǎo)航路徑信息。

2.5電子羅盤模塊

電子羅盤模塊選用的是霍尼韋爾HMC5883L，它是一種表面貼裝的高度集成模塊，帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片。HMC5883L 包括最先進(jìn)的高分辨率磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路。在本系統(tǒng)中通過I2C總線與STM32單片機(jī)連接，通過比較傳輸數(shù)據(jù)的方位角進(jìn)行轉(zhuǎn)彎角的判斷，同時(shí)在GPS信號(hào)較差的情況下輔助進(jìn)行方向判別。

2.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)電路為小車電機(jī)提供控制和驅(qū)動(dòng)，電路要求能夠通過較大的電流。采用H橋驅(qū)動(dòng)電路，基于HIP4082芯片設(shè)計(jì)，支持最大電流值為150A，電壓范圍為5～30V，測試表明該模塊有較好的驅(qū)動(dòng)能力。

3　軟件部分

3.1控制程序設(shè)計(jì)

程序中通過GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)獲得小車的位置，并將位置信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上。當(dāng)給定終點(diǎn)位置后，利用上位機(jī)軟件規(guī)劃路徑，并將路徑信息發(fā)送給單片機(jī)，使小車按照規(guī)劃的路徑行駛，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。主程序軟件流程如圖1所示。

3.2上位機(jī)界面

上位機(jī)界面采用MFC編寫，此操作界面易于設(shè)置，可以適合不同類型的硬件系統(tǒng)。操作界面易于操作，只需要輸入目的地的坐標(biāo)，就會(huì)自動(dòng)規(guī)劃出導(dǎo)航路徑，然后將相應(yīng)信息發(fā)送給單片機(jī)，通過單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算從而控制小車實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。

4　結(jié)束語

本系統(tǒng)完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)，通過測試獲得了較滿意的結(jié)果，將小車放在華北理工大學(xué)校園的道路上進(jìn)行測試，定位誤差小于10米。

［1］ 宋潔.無人駕駛智能車路徑引導(dǎo)的研究［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2013.

［2］ 楊帆.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和展望［J］.上海汽車.2014（03）：35-40.

［3］ 郭俊杰.無人駕駛車GPS自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：長安大學(xué)，2014.

Design of Automatic Guided Vehicle Based on GPS Positioning

Xu Jingang，Chang Jidong，Liu Sicong，Wang Fuxin
（College of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063000，China）

Aim at the future development of vehicle，we have designed an automatic guided vehicle which the position of the vehicle is obtained through the GPS positioning and navigation modular.The autonomous navigation system is realized by the way of the coordinate comparison when the final position is given. The accuracy of navigation can be controlled within 10 meters through the precise validation.

automatic guided vehicle；GPS；autonomous navigation

項(xiàng)目：華北理工大學(xué)2015年校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)X2015186