光電智能車硬件系統的設計研究

牛瑞鋒

中興通訊股份有限公司 天津 300300

我國經濟的快速發展使我國快速進入現代化發展階段。隨著經濟與科技的快速發展，IT行業、信息技術、物聯網、人工智能等得到長足的發展。智能汽車發展如火如荼，成為朝陽行業。所以，智能車成為大家廣為關注的焦點。

1 光電智能車硬件平臺的設計方案

要針對其進行控制器的設計和驅動器的設計：基于STM32F407芯片進行獨立的核心控制模塊設計來解決更換的問題，同時根據基本的智能車需求，設計相應的電源模塊、按鍵模塊、通信模塊、以及留有相關的傳感器接口?？刂葡到y是實現光電智能車控制的關鍵，通過對傳感器采集回來的環境數據進行分析運算，從而給予控制系統進行相應決策。編碼器采集電動機實際轉速并傳輸到控制系統，由控制系統進行PID負反饋運算后，再對PWM信號進行調整，從而實現對光電智能車的電動機控制。上位機與STM32是通過以太網或者Zigbee無線模塊進行通信交互，實現對光電智能車的監控與控制。（1）控制器的設計，控制器是決定硬件平臺性能的最關鍵部分。設計所選用芯片為STM32F407VGT6，該芯片所具備的資源和功能在STM32中屬于中端水平，對于智能車而言，可以滿足多種應用需求。在設計過程中，根據控制芯片需要易于更換的要求，控制器分為兩部分，第一部分是核心模塊，其只有芯片的最小核心模塊。第二部分為各功能模塊的集成底板，具備各類功能與接口。（2）驅動器的設計，驅動器是光電智能車的運動核心部分。設計的驅動方案采用經典的H橋驅動的原理，實現電動機的正反轉控制。在設計過程中，需要考慮到電動機的工作電壓和功率。驅動器的兼容性取決于工作電壓的范圍，因為采用寬電壓供電，所以采用型號為AOD444的N通道MOS管。根據MOS管的漏源極電壓VDS的范圍，該型號的MOS管的工作電壓理論上最高可以達到60V，最小可以達到5V。驅動器采用IR2184S芯片。在設計中，該芯片的工作電壓設置為12V即可。但是，由于工作電壓的范圍較廣，不適宜用于穩壓到12V。驅動器上有一個接口用于與控制器進行連接，用于接收PWM信號的，所以控制器可以輸入5V電源，通過TPS61040可以升壓到12V為IR2184S提供電源。同時，為了避免光電智能車的電動機在負載增大時，燒毀MOS管，而在電源輸入位置設置保險絲。當電流達到保險絲規定的電流大小，保險絲就會自動斷開以避免驅動板燒壞[1]。

2 基于機器視覺的車道線檢測

機器視覺車道線檢測算法可分為基于模板、基于特征和基于區域的車道線檢測算法，其中，基于模板的車道線檢測算法抗噪性強、效果穩定、應用廣，因此本文設計的系統采用基于模板的機器視覺車道線檢測算法。所設計系統采用的基于模板的機器視覺車道線檢測算法工作原理：（1）相機標定，利用OpenCV標定庫函數進行相機內、外參數標定，確定三維空間與二維圖像的對應關系；（2）逆透視變換，利用IPM（inverseperspectivetransform,逆透視變換)算法求解逆透視變換矩陣H和反逆透視變換矩陣Hinv，建立世界坐標系與圖像坐標系的映射關系，獲取IPM圖像；（3）圖像預處理，對IPM圖像進行閾值化處理，剔除左、右邊界，利用高斯濾波器對IPM圖像進行平滑處理，利用形態學腐蝕消除“斑點”噪聲，對降噪后圖像再作閾值化處理，獲取預處理圖像；（4）邊緣檢測，利用Canny算子將預處理圖像各獨立邊拼接為輪廓；（5）直線檢測，利用PPHT（progressiveprobabilisticHoughtra nsform，累計概率霍夫變換）進行累加，提取邊緣輪廓中的直線特征；（6）曲線擬合，過濾、合并各直線掩碼區，利用RANSAC（randomsampleconsensus，隨機抽樣一致）算法依次在每個掩碼區內選取局內點，并進行貝塞爾曲線擬合，之后對每個掩碼區的擬合曲線進行評分，保留得分最高的樣條曲線；（7）圖像后處理，在IPM圖像上擴展保留的樣條曲線，再次進行貝塞爾曲線擬合，對擬合后的樣條曲線特征點進行反逆透視變換，并將變換后樣條曲線融合到原始圖像上，最后對轉換后曲線進行匹配，剔除變換過程中產生的噪聲，獲取后處理圖像。

3 基于超聲波雷達的道路邊沿檢測

按照相關規定，三級以上多車道公路每條車道寬度多為330-375cm，小型轎車寬度多為150-200cm。車輛定位導航系統對車輛橫向定位精度的要求要遠高于縱向定位精度，且縱向定位誤差可通過擴大跟車距離予以補償，而橫向定位誤差則難以補償。因此定位導航系統設置4組超聲波傳感器，獲取道路邊沿數據，以提高橫向定位精度[2-3]。

4 光電智能車設計要求

（1）車模本設計使用“恩智浦”杯智能汽車競賽光電組C型車模。該車模采用后輪雙電機驅動，電機型號RN-260，前輪由FUTABA3010舵機控制轉向。（2）傳感器本設計使用面陣光電傳感器進行賽道和環境檢測。（3）賽道要求比賽是在PVC賽道上進行，賽道采用黑色邊線引導，賽道中存在的元素有直到、彎道、十字交叉路口、障礙、坡道、環形賽道。

5 結語

本文主要介紹了光電智能車硬件系統的設計方案，總體來說，本設計手段簡略可靠，實驗代價不高，使用的元件及電路結構不復雜，具有一定的代表性和推廣性，為眾多熱愛智能車設計的發燒友提供了可鑒之處。