許金鋼，牛珊珊，唐曉偉，周亞羅

（華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山，063000）

基于ID卡定位的智能汽車自主導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計

許金鋼，牛珊珊，唐曉偉，周亞羅

（華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山，063000）

基于智能汽車的發(fā)展，本文設(shè)計了一種智能車的自主導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ID卡定位為主導(dǎo)，模擬GPS系統(tǒng)來實現(xiàn)自主導(dǎo)航功能，以達到小車尋跡到達指定位置的目的。通過調(diào)試，小車可根據(jù)路面情況進行尋跡避障和定位，導(dǎo)航精度在3厘米之內(nèi)。

自主導(dǎo)航系統(tǒng)；ID卡定位；尋跡

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展，小車越來越普及，并且成為人們生活中必不可少的交通工具，研究小車自主導(dǎo)航系統(tǒng)，是對小車性能提出的更高的要求。系統(tǒng)以ID卡識別定位為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了自主尋跡、紅外避障、準確定位的功能。小車自主導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展是時代進步的要求，也是汽車行業(yè)未來發(fā)展的一個很好趨勢。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

自主導(dǎo)航系統(tǒng)是在實驗室條件下研究小車的自主駕駛導(dǎo)航問題。以模型小車代替汽車，在2m*3m的泡沫板上規(guī)劃網(wǎng)格形式的路徑代表實際公路網(wǎng)，每個交叉點埋ID卡扣，用來表示實際地理坐標。首先設(shè)定終點坐標，然后在道路上任一點啟動小車，小車通過尋跡功能會沿當前道路行進，當?shù)竭_路口時讀取路口坐標信息，與終點坐標比對，規(guī)劃出行進方向。每到達一個路口，進行一次坐標比對，直到與終點坐標匹配，小車到達目的地，停止導(dǎo)航和行進。小車在行駛過程中可以實時顯示終點坐標和當前坐標，當?shù)缆飞嫌姓系K物時，可以合理躲避。

2 硬件介紹

2.1 ATmega128芯片

基于對系統(tǒng)的性能和成本考慮，本系統(tǒng)采用ATmega128A作為主控芯片。ATmega128A是ATMEL公司的8位系列單片機的較高配置的一款單片機，穩(wěn)定性極高，它具有高可靠性、功能強、高速度、低功耗、高性價比等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用在了汽車電車管理、門禁系統(tǒng)、遙控器、智能家居、以及計量電表等領(lǐng)域。

2.2 ID卡識別定位模塊

ID卡全稱為身份識別卡（Identification Card），是一種不可寫入的感應(yīng)卡，含固定的編號。ID卡是“感應(yīng)式磁卡”，卡內(nèi)除了卡號外，無任何保密功能，其“卡號”是公開、裸露的。我們在每一個路口會安放相應(yīng)的ID卡，并且通過軟件設(shè)計給其賦予相應(yīng)的坐標值，系統(tǒng)通過線圈來讀取ID卡卡號，然后與目的地坐標進行對比，每讀一次卡，比較一次，直到坐標值相等汽車停下，導(dǎo)航結(jié)束。

2.3 直流電機和舵機驅(qū)動模塊

本設(shè)計采用L298作為驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機和舵機。它的最大的輸出電流是2A。1個芯片里包含了2個H橋，可以驅(qū)動兩個電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)中，直流電機用來驅(qū)動小車前進，舵機用來控制轉(zhuǎn)向。

2.4 光電尋跡模塊

RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。該模塊用于自主尋跡，控制小車沿給定路線前進。

2.5 數(shù)碼管顯示模塊

數(shù)碼管顯示模塊采用一塊四位一體的數(shù)碼管，利用一片具有串并轉(zhuǎn)換功能的芯片74HC595驅(qū)動，采用動態(tài)顯示方法，既提高了顯示效率，又節(jié)省了IO口資源。小車行進過程中，數(shù)碼管顯示模塊實時顯示小車的終點坐標和當前坐標。

2.6 紅外避障模塊

當檢測到障礙物時，紅外光敏二極管接收到反射回來的紅外光，其輸出立即發(fā)生高低電平轉(zhuǎn)換，該信號經(jīng)放大器放大后送到單片機進行分析處理。然后將處理后的結(jié)果發(fā)送到電機驅(qū)動模塊，進行校正?？刂菩≤囎鞒鱿鄳?yīng)的向左或向右的規(guī)避動作。

圖1 控制程序流程圖

3 軟件介紹

本系統(tǒng)主要是通過以ATmega128單片機為核心控制模塊來實現(xiàn)汽車的自主導(dǎo)航。單片機系統(tǒng)依據(jù)RPR220探測器尋跡時會產(chǎn)生電平變化，從而驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動不同角度，實現(xiàn)了小車的自主尋跡功能。在此基礎(chǔ)上我們設(shè)定目的地的坐標，使用ID卡讀取當前汽車的坐標，通過當前坐標與目的地坐標進行對比，來控制汽車的走向，準確的實現(xiàn)汽車的自主導(dǎo)航。到達指定位置汽車的語音芯片會發(fā)出聲音，進行提示。程序流程如圖1所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)完成了自主導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，經(jīng)測試小車能根據(jù)設(shè)置的終點坐標準確避開鐵塊、水瓶等障礙物到達目的地，到達目的地時誤差在3厘米之內(nèi)。

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Autonomous Navigation System of intelligent vehicle based on ID card positioning

Xu Jingang,Niu Shanshan,Tang Xiaowei,Zhou Yaluo
(College of Electrical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei,063000)

Based on the development of intelligent vehicle, an autonomous navigation system of intelligent vehicle is designed in this paper.To achieve the purpose of the car tracing to designated position，this system employs ID card positioning as dominant element;simulates GPS system to realize the autonomous navigation function.By debugging，the car is able to avoid obstacles by tracing and to fix position. What’s more，the navigation accuracy can be controlled within 3 centimeters.

Autonomous Navigation System;ID card positioning;tracing

許金鋼（1978），男，碩士，講師，研究方向：機電一體化技術(shù)。

周亞羅，女，華北理工大學(xué)副教授，研究方向：復(fù)雜系統(tǒng)的建模與控制。