【正文】 究。 國(guó)內(nèi)外研究及現(xiàn)狀 從 20 世紀(jì) 70 年代，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開始進(jìn)行無人駕駛車的研究，大致可以分為三個(gè)階段：軍事用途、高速公路和城市環(huán)境 ]3[ 。在軍事用途方面，早在 80 第 2 頁(yè) 年代初期，美國(guó)國(guó)防部就資助自主陸地車輛 ALV（ AutonomousLandVehicle）的研究。進(jìn)入 21 世紀(jì)，美國(guó)國(guó)防部連續(xù)舉辦大挑戰(zhàn)（ Grand Challenge）比賽 活動(dòng)，對(duì)促進(jìn)智能車輛技術(shù)交流與創(chuàng)新起到很大激勵(lì)作用。隨著現(xiàn)實(shí)需要，智能車輛的研究逐漸轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域，最早實(shí)現(xiàn)在高速公路應(yīng)用領(lǐng)域。高速公路無人駕駛研究的典型代表有美國(guó) CMU 大學(xué)的 NavLab5系統(tǒng)，意大利帕爾瑪大學(xué)的 ARGO系統(tǒng)和德國(guó)聯(lián)邦國(guó)防大學(xué)的 VAMP 系統(tǒng)。 在城市交通方面，歐洲 Yamaba 公司推出了旅游接待智能車輛 CyberCab]4[ 。在 2021 年日本愛知世博會(huì)上，豐田公司成功演示了 ITMS 無人駕駛公交系統(tǒng)。美國(guó)在城市環(huán)境智能 車輛研發(fā)方面起步較晚，目前與歐洲和日本存在一些差距。 由于起步較晚，國(guó)內(nèi)智能車研究水平總體上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在不小的距離。但經(jīng)過各高校和研究單位的不懈努力，仍取得了階段行的成果。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)和南京理工大學(xué)等都有過智能車的研究項(xiàng)目。我國(guó)的智能車發(fā)展也主要運(yùn)用在軍事用途、高速公路和城市交通三個(gè)領(lǐng)域。 “八五”、“九五”期間由國(guó)內(nèi)六所重點(diǎn)大學(xué)聯(lián)合研制成功了我國(guó)第一輛智能車 ALVLAB1 和第二代智能車 ALVLAB2。目前，我國(guó)正在組織研究第三代的陸地自主 車 ALVLAB3。 THMRV(TsingHua Mobile Robot V)清華 V型智能車是一個(gè)比較成功的范例。它由清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中國(guó)科學(xué)院院士張鈸主持下研制的新一代智能移動(dòng)機(jī)器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能 。 除了清華大學(xué)，越來越多的研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者也加入到這一新興學(xué)科中來。比如上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛汽車，能根據(jù)道路彎曲程度的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出車輛的轉(zhuǎn)向盤角度輸入，控制車輛按預(yù)設(shè)道路行駛。 課題研究?jī)?nèi)容 智 能車的研究是紛繁復(fù)雜的 ，而無論是怎樣的功能，車體 的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是可少的。 本文設(shè)計(jì)方案以多功能的智能小車作為載體，以單片機(jī) AT89S52]5[ 為核心 ， 第 3 頁(yè) 以 XL02232AP1 微功率無線透明傳輸模塊 為輔助系統(tǒng) ，由驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路完成小車的行駛， 通過計(jì)算機(jī)的控制 對(duì)小車狀態(tài)作出實(shí)時(shí)反應(yīng)，并輸出相應(yīng)的控制指令；能夠?qū)崿F(xiàn)小車的前進(jìn)，停止 ，后退，三個(gè)等級(jí)的左右轉(zhuǎn)向，以及小車的弧形運(yùn)動(dòng)。是智能車的基礎(chǔ) 研究領(lǐng)域。 第 4 頁(yè) 第 1 章 設(shè)計(jì)環(huán)境建設(shè) 1． 1 硬件環(huán)境 要迅速反應(yīng)、精確計(jì)算高效率的完成 復(fù)雜功能 ，就需要一個(gè)運(yùn)作穩(wěn)定良好的硬件環(huán)境。而提升硬件環(huán)境質(zhì)量。 高質(zhì)量的硬件可以提供更加清晰豐富的數(shù)據(jù)，收集足夠而標(biāo)準(zhǔn)的有用信息。當(dāng)然， 硬件系統(tǒng)牢固的架構(gòu)與良好的信息傳導(dǎo)性能，將會(huì)極大地提高整個(gè)系統(tǒng)的信息傳遞速率與系統(tǒng)穩(wěn)定性，也是提高系統(tǒng)有效信息傳遞效率的可靠保證。硬件系統(tǒng)鋪設(shè)過程中要預(yù)留有足夠的調(diào)試空間，要有目的有計(jì)劃的建設(shè)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，足夠而適當(dāng)?shù)恼{(diào)試空間可以提升系統(tǒng)的各方面適應(yīng)性和可靠性 。 硬件系統(tǒng)鋪設(shè) 圖 11 硬件設(shè)備 本設(shè)計(jì)中用到的硬件設(shè)備包括：可執(zhí)行串口控制指令的智能小車一輛，無線計(jì)算機(jī) 無線收發(fā)模塊 智能小車 決策系統(tǒng) 串口操作指令 第 5 頁(yè) 收發(fā)模塊一套， USB 轉(zhuǎn)串口設(shè)備一套，軟件開發(fā)包一套，電池、導(dǎo)線若干。 軟件環(huán)境 設(shè)計(jì)中用到的軟件操作系統(tǒng)是 windows xp,編程中用到了 vc,在模擬仿真中用到了 Keil C,protel,proteus 等。 第 6 頁(yè) 第 2 章 智能小車車體 智能小車車體是整個(gè)設(shè)計(jì)中的核心， 它是這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的最終執(zhí)行者。它表現(xiàn)了整個(gè)智能小車設(shè)計(jì)的系統(tǒng)執(zhí)行效率。 智能小車 的硬件結(jié)構(gòu) 主控芯片的選擇 方案一：采用單個(gè)單片機(jī)作為主控芯片。由于 AT89S52 具有 32個(gè) I/O 口，能滿足小車各部分對(duì) I/O 口的需求，另外只用一個(gè)單片機(jī)可以很好的控制小車。 方案二：采用雙單片機(jī)作為主控芯片。利用兩塊 AT89S52 分別對(duì)小車的各部分進(jìn)行檢測(cè)和控制，雖然減輕了單個(gè)單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率，但是存在很多的 I/O 的資源浪費(fèi)，并且兩個(gè)單片機(jī)不容易控制，所以不采用該方案。使用方案一。 主要芯片介紹 A AT89S52 芯片 ]6[ 圖 21 第 7 頁(yè) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下 標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 P2 口 ： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 P3 口 ： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每 第 8 頁(yè) 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期 間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP：外部 訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 B L293D 芯片 圖 22 L293D ]7[ 通過內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)。 H橋電路的輸入量可以用來設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使能信號(hào)可以用于脈寬調(diào)整（ PWM）。另外， L293D 將 2 個(gè) H橋電路集 第 9 頁(yè) 成到 1片芯片上，這就意味著用 1片芯片可以同時(shí)控制 2個(gè)電機(jī)。每 1個(gè)電機(jī)需要 3 個(gè)控制信號(hào) EN EN IN IN2，其中 EN EN2 是使能信號(hào)， IN IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)， IN IN2 分別為 1， 0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。選用一路 PWM 連接 EN12 引腳，通過調(diào)整 PWM 的占空比可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。選擇一路 I/O 口，經(jīng)反向器 74HC14 分別接 IN1 和 IN2 引腳，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) 。 L293D 額定工作電流為 1A，最大可達(dá) ， Vss 電壓最小 ，最大可達(dá)36V； Vs 電壓最大值也是 36V，但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)， Vs 電壓應(yīng)該比 Vss電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 L293D 內(nèi)部集成了續(xù)流二極管，因此可以直接驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如線圈和電機(jī)。 表 21是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系： 表 21 EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 C MAX232 芯片 MAX232 芯片 （如圖 23） 是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 ,使用 +5v 單電源供電。 第 10 頁(yè) 圖 23 引腳介紹： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中 13腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN輸入轉(zhuǎn)換成 RS232數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 主要特點(diǎn)： (1)符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (2)只需 要單一 +5V 電源供電 (3)片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 第 11 頁(yè) 電壓 V+、 V (4)功耗低，典型供電電流 5mA (5)內(nèi)部集成 2個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 (6)內(nèi)部集成兩個(gè) RS232C 接收器 小車控制板電路圖 涉及到的主要配件有： 300rad/min 直流電機(jī)， ATmega8515L 芯片， MAX232芯片，濾波器，電容，電阻，二級(jí)管，串口接口，開關(guān)等 ，智能小車的原理圖詳見附錄 1。 小車電路板成品樣圖 圖 24 智能小車車體及無線接收模塊 第 12 頁(yè) 圖 25 無線發(fā)射模塊 圖 26 USB 轉(zhuǎn)串口模塊 智能小車關(guān)鍵代碼 （見附錄 2） 本程序 在 Icc AVR 仿真調(diào)試 IDE 中由 C語(yǔ)言編寫后生成 .Hex 文件，再由雙龍 MCU 下載程序 SLISP 下載到小車單片機(jī)上。它的功能為接受串口傳入的 16位控制命令 0 0 0 0 05，并根據(jù)接收到的 16位控制命令實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及停止功能。此程序不具有應(yīng)答反饋和路徑判斷功能，屬于完全被動(dòng)的執(zhí)行上位機(jī)命令的