【正文】 11 3 主機硬件設(shè)計與實現(xiàn)本章描述的是車載主機和手持的主控芯片和相關(guān)模塊硬件設(shè)計與實現(xiàn)，整體硬件描述圖在上文 中已有詳細(xì)介紹，在此不再贅述，本章采用車載主機和手持主機合二為一方式，介紹了微處理器系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、語音播報電路、GPS 定位模塊電路、超聲波自主避障模塊、液晶屏觸摸電路、陀螺儀數(shù)據(jù)采集電路等的設(shè)計與實現(xiàn)。車載主機和手持主機都是基于 ARM 公司的 STM32 嵌入式微處理器為核心開發(fā)，目前該款芯片的外設(shè)資源豐富開源代碼充足，且價格適當(dāng)，符合完成本課題的設(shè)計要求。開始車載主機初始化手持主機初始化語音播報是否又手持主機命令 ？是否觸摸按鍵 ？否 無線發(fā)送指定命令是液晶觸控否是智能車運行是體感操作否是超聲波避障否是G P S 和狀態(tài)采集否是手持主機液晶顯示否圖 24 程序總體流程圖 系統(tǒng)方案可行性分析為了適當(dāng)加快本科課題的研發(fā)進(jìn)度，采用以自主研發(fā)為主、適當(dāng)引入第三方成熟組件模塊的技術(shù)路線。然后依次將各部分模塊整合到 μC/OSII 操作系統(tǒng)運行，車載主機和手持主機的調(diào)試與功能驗證，最終實現(xiàn)整機的功能測試和穩(wěn)定性檢驗，大致的流程就是這樣，詳細(xì)的模塊流程見第四章。 軟件設(shè)計流程程序設(shè)計流程大致分為三部分模塊系統(tǒng)驅(qū)動編寫、模塊驅(qū)動的整合、整體系統(tǒng)調(diào)試和優(yōu)化。手持主機程序主要實現(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。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，縮短項目開發(fā)周期。L 3 G 4 2 0 0 D T R 體感S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6N R F 2 4 L 0 1 無線i l i 9 3 2 0 液晶圖 23 手持主機硬件設(shè)計圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)實現(xiàn)軟件功能主要使用 C 作為開發(fā)語言，而軟件開發(fā)平臺為 ARM公司旗下的 Keil for ARM。通過陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)的采集和分析，判斷手運動的方向，從而間接地控制智能車的運行方向。UI 界面操控的主體對象是液晶觸摸屏，通過觸摸屏的觸摸按鍵選擇智能車的運行模式和運行狀態(tài)。手持模塊液晶實現(xiàn) GPS 數(shù)據(jù)以及智能車度和加速度，通過 GUI 界面展示在液晶屏上，實現(xiàn)人機交互。 車載主機硬件設(shè)計方案車載主機系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖 22 所示。（6）具有超聲波自主避障的功能。（5）無線通信功能。（4）具備功能碰撞保護(hù)功能。（3）語音播報功能。GPS 具有全球任何地點、任何時間、全天候高精度定位的特點。智能車的平穩(wěn)運行在于有一個強勁的驅(qū)動模塊，其余模塊功能的實現(xiàn)建立在智能車能平穩(wěn)運行的前提下。系統(tǒng)設(shè)計上考慮到程序方便移浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 植，主控芯片都為意法半導(dǎo)體公司的 STM32F103。車載主機系統(tǒng)和手持主機系統(tǒng)的總體框架圖如圖 21 所示。車載主機系統(tǒng)由如下七大部分組成：（1）加速度碰撞保護(hù)系統(tǒng)；浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 （2）車載 GPS 定位系統(tǒng)；（3）電機驅(qū)動系統(tǒng)；（4）無線通信系統(tǒng)；（5）語音播報系統(tǒng)；（6）超聲波自主避障；（7）液晶顯示模塊。 總體方案設(shè)計本系統(tǒng)采用手持主機控制系統(tǒng)和車載主機控制系統(tǒng)實現(xiàn)整體的方案，在車載主機控制系統(tǒng)中電機驅(qū)動模塊為智能車運行的基礎(chǔ)平臺，利用 GPS 為定位手段，結(jié)合語音播報模塊傳達(dá)智能車運行狀態(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)模塊處理和運算。 系統(tǒng)對象描述智能車系統(tǒng)采用手持主機和車載主機相結(jié)合，車載主機接收手持主機發(fā)出的指令實現(xiàn)系統(tǒng)功能，超聲波模塊實現(xiàn)智能車的自動避障功能，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，語音播報模塊是語音解碼芯片 WT588D，外掛 Flash 存儲語音數(shù)據(jù)，UI 界面圖形控制等方式實現(xiàn)智能車的運行軌跡，手持主機接收車載主機上傳的數(shù)據(jù)信息，并在手持主機 UI 界面上顯示實時數(shù)據(jù)。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 2 系統(tǒng)總體設(shè)計本課題研究基于 STM32 的智能車的設(shè)計與實現(xiàn)，本章描述該智能系統(tǒng)的總體設(shè)計。本系統(tǒng)的完成，有諸多模塊需要有外圍電路才能正常工作，需要設(shè)計相應(yīng)的外圍電路，該內(nèi)容在本文第 3 章有詳細(xì)的電路原理圖分析，包括車載主機和手持主機核心板的設(shè)計、語音模塊的設(shè)計、GPS 定位模塊的設(shè)計、陀螺儀體感模塊、液晶觸摸屏模塊及 NRF24L01 無線模塊電路設(shè)計。防碰撞功模塊在智能車發(fā)生意外事件時產(chǎn)生報警信號迫使運行中的智能車停止。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 開發(fā)流程整個系統(tǒng)的開發(fā)是基于 STM32 平臺搭建的，首先要了解這款 ARM CortexM3 內(nèi)核的微處理器的架構(gòu)以及編程的方式和微處理器所用到外設(shè)模塊的寄存器，智能車的驅(qū)動是依靠高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片 L298N，需要了解驅(qū)動芯片的外圍電路原理及電氣特性。車載主機是本系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能對象的主體，在手持主機通過 NRF34L01 無線發(fā)送模塊發(fā)出三種主要指令，當(dāng)指令為陀螺儀體感操作指令時，智能車的運行受到手持主機中陀螺儀傳感器的控制，當(dāng)指令為超聲波自動避障時，智能車車載主機的超聲波模塊運行，采集環(huán)境數(shù)據(jù)給主控，經(jīng)過程序代碼算法的運行實現(xiàn)超聲波自動避障，當(dāng)指令為 UI 界面控制時，觸控界面的方位按鈕可以實現(xiàn)智能車的運行姿態(tài)，無線模塊發(fā)送模塊是連接車載主機和手持主機的橋梁，通過一系列的指令實現(xiàn)車載主機的運行狀態(tài)以及數(shù)據(jù)的實時采集。 本文研究內(nèi)容 內(nèi)容分析本課題開發(fā)設(shè)計一種基于 STM32 的智能車系統(tǒng)，實現(xiàn)語音提示，超聲波避障,UI 界面觸控，陀螺儀體感操控，碰撞保 護(hù)，液晶數(shù)據(jù)顯示一系列功能。日本大阪大學(xué)的研究 大阪大學(xué)的 Shirai 實驗室所研制的智能小車，采用了航位推測系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。荷蘭的 Combi road 系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個光陣列傳感器去探測障礙。這是一個雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。1988 年在都靈的 PROMRTHEUS 項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（VITA,7t ）進(jìn)行了展示，該車可以自動停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 相關(guān)駕駛信息。這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。最為突出的是，（Carnegie Mellon University）機器人研究所一共完成了 Navlab 系列的 10 臺自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。進(jìn)入 80 年代中期，設(shè)計和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。在美洲，美國于 1995 年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實用化。第二階段 從 80 年代中后期開始，世界主要發(fā)達(dá)國家對智能車輛進(jìn)行卓有成效的研究。早期研制 AGVS 的目的是為了提高倉庫運輸?shù)淖詣踊?，?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸。1954 年美國Barrett Electronics 公司研究開發(fā)出世界上第一臺自主引導(dǎo)車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。浙江萬里學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 智能車系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀國外智能車輛的研究歷史相對與國內(nèi)較久，始于上世紀(jì) 50 年代?？梢灶A(yù)計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。并且通過越來越多的汽車企業(yè)和交通部門對 ITS 及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個社會對智能車輛的關(guān)注程度在不斷提高。目前，國內(nèi)眾多高校和科研院所都在進(jìn)行 ITS 關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的“感知建模規(guī)劃執(zhí)行”算法，使其直線跟蹤速度達(dá)到 20km/h，而避障速度達(dá)到 510km/h。（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、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等高端傳感器。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公司和國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院于 2022 年研制成功。AbstractThe smart car is a set of situational awareness, planning and decisionmaking, multilevel driver assistance functions in an integrated system，It is a typical hightech plex of focusing on the use of a microprocessor, modern sensors, information fusion, munications, artificial intelligence and automatic control technology.This paper presents a design of smart car based on embedded microprocessor of STM32. The entire system is divided into two parts: Car host system and Handheld host system. The car host system is major to crawler wheels for its mechanical platform to Complete main function of Vehicle module Combine with The main control circuit module ultrasonic obstacle avoidance, voice broadcast, GPS data collection. Handheld host system mainly includes data of receiver module, data of show module, control of intelligent vehicle module and additional entertainment audio and video module. Handheld host system is mainly responsible for running posture control the smart car, realtime data acquisition of vehicle and handheld entertainment of audio and video. The main controller core is STMicroelectronics’ processor of STM32,Its highspeed data processing capabilities and a wealth of integrated peripherals interface resources, give full play to the performance of the smart car smart car, but also conducive programming and extensions.The paper introduces the field of smart car’s status of research and the control system design framework and the entire development process of smart car, Then it introduces hardware design of the smart car’s system and design processes and ideas of software. Finally, the production of the smart car system and debugging, as well as the Summary of gra