【正文】 塊。 智能車語音功能主要通過主控芯片編碼，將編碼值傳給 WT588D 語音芯片，按照碼值地址讀取 Flash 中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)的功能 。第一節(jié)描述 智能車的各種模塊 ， 第二節(jié)是提出 智能車的 總體設(shè)計(jì)方案 ，第三節(jié)是 簡要敘述 車載 模塊的硬件設(shè)計(jì) ， 第四節(jié)是 整個(gè)系統(tǒng)的軟件 設(shè)計(jì) ， 第五節(jié)對(duì)方案中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論 ， 第六節(jié)分析整體 方案 的可行性 。 荷蘭鹿特丹港口的研究 智能車輛的研究主要體現(xiàn)在工廠貨物的運(yùn)輸。該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定線路上的拖車式運(yùn)貨平臺(tái)，但它卻具有了智能車輛最基本得特征即無人駕駛。而且大多數(shù)研 究 都處于 單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。雖然 在總體上 我國智能車輛技術(shù)方面落后于 發(fā)達(dá)國家， 也存在著 一定得技術(shù)差距，但是 到目前為止 也取得了一系列的成果， 主要有： （ 1） 我國第一輛自主駕駛轎車 由中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于 20xx 年研制成功。早期研制 AGVS 的目的是為了提高倉庫運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)輸。荷蘭的 Combi road 系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光陣列傳感器去探測(cè)障礙。 系統(tǒng)對(duì)象描述 智能 車系統(tǒng)采用手持主機(jī)和車載主機(jī)相結(jié)合，車載主 機(jī) 接收手持主 機(jī)發(fā)出的指令 實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)功能， 超聲波 模塊 實(shí)現(xiàn)智能車的 自動(dòng)避障 功能，車載 GPS 定位模塊完成智能車經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的采集，陀螺儀體感模塊 采用 ST 公司生產(chǎn)的L3G4200DTR，輸出接口方便應(yīng)用，無線模塊使用 頻段 NRF24L01 模塊集成 SPI 接口，語音播報(bào)模塊是語音解碼芯片 WT588D，外掛 Flash 存儲(chǔ)語音數(shù)據(jù)，UI 界面圖形控制 等方式實(shí)現(xiàn)智能車 的運(yùn)行軌跡，手持主機(jī)接收車載主 機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息，并在手持主 機(jī) UI 界面上顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 （ 4）具備功能 碰撞保護(hù)功能 。在開發(fā)過程中，利用意德法公司提供的 函數(shù)庫，提高軟件代碼的編寫效率，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期。 由于車載主機(jī)系統(tǒng)和手持主機(jī)系統(tǒng)所用微處理器為同系列的，所以不另行分開介紹。 本節(jié)將介紹 NRF24L01 無線模塊 設(shè)計(jì) 電路 原理圖和與微處理器的接口應(yīng)用。電池采用 2032 紐扣電池，電壓為 ，通過一個(gè)肖特基二極管，電壓低于 ，使得芯片不工作，僅供 RTC 時(shí)鐘工作，以保障電池的持久性能。本次設(shè)計(jì)選擇的是并行模式， P00 為地址觸浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 發(fā)信號(hào)，而 A0~A7 為地址輸入 IO 信號(hào) ， 觸發(fā)信號(hào)和地址線都與 STM32 微處理器的 IO 口相連，通過給 IO 一系列的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)語音芯片正常工作， WT558D32L語音芯片 則 通過 SPI 協(xié)議訪問 Flash，將 A0~A7 所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)將 Flash 地址中的數(shù)據(jù)讀出。 利用 STM32 的外部 SPI2 的 SCK、 MOSI、 MISO、 CS 四線模式，并且輸出兩個(gè)數(shù)字線（中斷和 Dataready） ，可以通過配置 L3G4200D 內(nèi)部的寄存器設(shè)置中斷模式和中斷的邊沿。 二、 功能模塊的任務(wù)創(chuàng)建與運(yùn)行 在車載主機(jī)系統(tǒng)中 將無線通信模塊、防碰撞保護(hù)模塊、語音播報(bào)模塊、 GPS定位模塊、超聲波自主避障模塊、液晶顯示模塊劃分成六個(gè)任務(wù)，并根 據(jù)任務(wù)在程序中的優(yōu)先比重創(chuàng)建優(yōu)先級(jí) ，利用操作系統(tǒng)的信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等任務(wù)間通信手段，使每個(gè)任務(wù)按照預(yù)定設(shè)想模式運(yùn)行。 SPI2_SCKSPI2_MOSISPI2_MISOL3G_CSL3G_INT1L3G_INT2GND3V310nFC27C2810KR22R10nfC30 470nfC29CAPGNDVDD_IO1SCL/SPC2SDA/SDI/SDO3SDO/SA04CS5DRDY/INT26INT7RES8RES9RES10RES11RES12GND13PLLFLIT14RES15VDD16U4L3G4200R2110K3V3 圖 317 陀螺儀體體感操作硬件電路圖 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 碰撞保護(hù) 模塊 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 碰撞保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)原理 智能車在行駛的過程中，發(fā)生碰撞以后不及時(shí)停止，會(huì)造成車體受損，電子系統(tǒng)發(fā)生破壞，所以設(shè)計(jì)碰撞保護(hù)模塊是很必要的， 本次用到是 LIs302DL 數(shù)字加速度計(jì)，測(cè)量 X、 Y、 Z 軸的加速度值，當(dāng)發(fā)生碰撞或顛簸的時(shí)候， X、 Y、 Z軸的 加速度會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況，設(shè)定加速度閾值，當(dāng)運(yùn)行過程中加速度大于閾值，觸發(fā)智能車安全模式。 WT558D32L 模塊電路圖如圖 314 所示?？刂齐娐吩?P51和 P52IO 口輸出兩個(gè)頻率都為 40KHZ、相位相反的方波，輸入 MAX232 將 TTL電平轉(zhuǎn)化成 MAX232 電平，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭。 CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD7VSS8XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS14VDD15IREF16VSS17VDD18DVDD19VSS20nRF24L01U1nRF24L01VDD C733nFGNDR222KR11ML33,9nHL16,8nHL2C51,5pFC61,5pFC3C4GNDGNDGNDC910nFC81nFGNDGNDC122pFC222pFGNDCECSNSCKMOSIMISOIRQVDDGNDCECSNSCKMOSIMISO12345678JP1IRQX116M天線 圖 38 NRF24L01 原理圖 ~ 頻段的信號(hào)干擾大，但是 NORDIC 公司 設(shè)計(jì)的無線模塊具很高的穩(wěn)定性和安全性，以 SPI 數(shù)字接口的方式提供給用戶。 圖 31 主控電路主時(shí)鐘 （ 2） RTC 時(shí)鐘， ，用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供時(shí)鐘信號(hào)。手持主機(jī) 程序 主要 實(shí)現(xiàn) GPS 數(shù)據(jù)的采集、智能車模式的選擇、 智能車狀態(tài)信息的采集。 （ 5）無線 通信 功能。 總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 手持主機(jī)控制 系統(tǒng)和 車載主 機(jī) 控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)整體的方案， 在車載主機(jī)控制系統(tǒng)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為智能車運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺(tái)，利用 GPS 為定位手段，結(jié)合語音播報(bào)模塊 傳達(dá)智能車運(yùn)行狀態(tài)， 加速度碰撞保護(hù)模塊 有效的起到保護(hù)智能車運(yùn)行過程中的安全，而手持模塊的信息命令主要通過 無線短距離收發(fā)模塊 處理和運(yùn) 算。 日本大阪大學(xué)的研究 大阪大學(xué)的 Shirai實(shí)驗(yàn)室所研制的智能小車，采用了航位推測(cè)系統(tǒng)（ Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計(jì)來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。 第二階段 從 80 年代中后期開始，世界主要發(fā)達(dá)國家對(duì)智能車輛 進(jìn)行卓有成效的研究。 （ 2） 軍用室外自主車 由 南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清 華大 學(xué)等國內(nèi)多所高等院校聯(lián)合研制 ，該車 配備 彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等 高端 傳感器。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 uCOSii 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。它的發(fā)展歷程大致可 分成三個(gè)階段： 第一階段 20 世紀(jì) 50 年代是智能車輛研究的初始階段。這兩種車輛都配備了 UBM 視覺系統(tǒng)。在本文第 4 章介紹了 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 車載 主機(jī) 接收來自 GPS 衛(wèi)星的信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，獲得 智能車 的實(shí)時(shí)經(jīng)度、緯度位置數(shù)據(jù)。 手持主機(jī) 硬件設(shè)計(jì)方案 手持主 機(jī) 硬件設(shè)計(jì)如 圖 23 所示 。 微處理器系統(tǒng) 為節(jié)約開發(fā)時(shí)間 和成本 ，本系統(tǒng)采用 意法半導(dǎo)體 公司提供的 32 位 嵌入式ARM 微處理器 STM32F103,，其 基于 ARMv7 M 體系結(jié)構(gòu)的 32 位標(biāo)準(zhǔn) RISC （精簡指令集）處理器，其性能遠(yuǎn)高于 51 系列單片機(jī)，并且代碼執(zhí)行效率高，開發(fā)過程簡潔，工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高達(dá) 128K 字節(jié)的 Flash 存儲(chǔ)器和 20K 字節(jié)的 SRAM，具有豐富的通用 I /O 端口和外設(shè)，成本相對(duì)于同等性能的微處理器更低。 車載主機(jī)電源 電路 如 圖 310， 手持主機(jī)電源如圖 311， GNDR10VSSAC7VDDA+C3470ufL110uHL210uHC1C4+C2100ufC5+C6100uf+C8100ufSW1SWVIN1GND2VOUT3U1L7805GND1Vout2Vin3U2VCC1GND2PowerPOWER 圖 36 車載主機(jī) 電源電路 V+4PROG5BAT3GND2/CHRG1U3SGM4054R18GNDD1DiodeGND1Vout2Vin3Vout4U2+B1BATTRYGNDR1710KC17C14L310uHL110uH3V3GNDC11VDDAVSSAL210uHL410uHC12C13VREF+VREFR1610K3V3GNDDS6LEDDS5LEDC16100ufC18100ufVINFB110uH5VC15100uf500mA500mASW1SWSPST 圖 37 手持主機(jī)電源電路 浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 NRF24L01 無線模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 無線模塊 采用 NORDIC 公司的 NRF24L01， 工作于 ISM 頻段， 無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“ SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。模塊電源電路 如 圖 311 所示 。并行模式下 SPIFlash 中下載的語音數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)與WT588D VoiceChip 上位機(jī)下載時(shí)所選擇的并行模式，該模式下，語音地址的A0~A7 在觸發(fā)信號(hào) SBT 為低電平時(shí)鎖存，語音芯片從該地址段讀取 上位機(jī)所下載的語音數(shù)據(jù)，并經(jīng)過內(nèi)部 DSP 處理，輸出 PWM，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。根據(jù)角速度的正負(fù)可以判斷手勢(shì)移動(dòng)的方向，而角速度的大小對(duì)時(shí)間求倒數(shù)就是手移動(dòng)的角度，角度的大小可以控制 智能車的速度。 本小節(jié)分 6小點(diǎn)講述 整個(gè) 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)的流程。 復(fù)用 STM32 的外設(shè) SPI2，通過 Lis_CS 片選線實(shí)現(xiàn)這一模式。 液晶觸摸屏硬件實(shí)現(xiàn) ILI9320 液晶 具有 D0~D15 數(shù)據(jù) IO 口、 LCD_CS 片選線、 RS 控制或狀態(tài)選擇位、 RD 數(shù)據(jù)讀選擇位、 RW 數(shù)據(jù)寫選擇位。 STC 單片機(jī) P53 口作為 MAX232 芯片工作啟動(dòng)開關(guān)。 NRF 無線模塊的 應(yīng)用接口圖 如圖 312。 圖 34 備份電源 電路 （ 5） 微處理器啟動(dòng)方式 模式電路， BOOT0 和 BOOT1 的電平高低的不同，微處理器運(yùn)行程序的地址不同。本次系統(tǒng)中的所用到的模塊較多，軟件同時(shí)開發(fā)有點(diǎn)難度， 所以按模塊化編寫與調(diào)試，保證每個(gè)模塊功能的完整性。選擇該模式時(shí)，智能車運(yùn)行時(shí)具有自主避障的功能，遇到障礙物時(shí)選擇最優(yōu)化的路線行進(jìn)。 手持模塊系統(tǒng) 由 如下 三 大部分組成： （ 1） 液晶 觸摸 系統(tǒng) ； （ 2） 無線 通信系統(tǒng) ； （ 3） 陀螺儀體感 操控系統(tǒng) 。 從 整個(gè)系統(tǒng) 的 模塊 劃分上來看， 主要包括車載主機(jī)和 手持主機(jī)兩大主控。在亞洲，日本于 1996 年成立了高速公路先進(jìn)巡航 /輔助駕駛研究會(huì)，主要目的是研究自動(dòng)車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛技術(shù)的整體進(jìn)步。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng) ITS 的關(guān)鍵技術(shù)。 系統(tǒng)分為兩部分： 車載主 機(jī) 系統(tǒng) 和手持 主 機(jī) 系統(tǒng) 。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，