TOP4 智能汽車控制系統電路

　　智能車又稱為無人駕駛汽車，屬于輪式移動機器人的一種，是一個集環境感知、路徑規劃、自動駕駛等多功能于一體的綜合系統。智能汽車技術將許多領域聯系在一起，如計算機科學、人工智能、圖像處理、模式識別和控制理論等。智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同，它更多指的是利用GPS 和智能公路技術實現的汽車自動駕駛。這種汽車不需要人去駕駛，因為它裝有相當于人的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動操縱系統之類的裝置，這些置都裝有非常復雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動啟動、加速、剎車，可以自動繞過地面障礙物在復雜多變的情況下，能隨機應變，自動選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。

　　電路系統是智能汽車硬件系統的核心，對于本硬件電路系統而言，穩定性是需要優先保證的性能指標，畢竟跑完全程才是取得成績的前提。在此基礎上，還應當綜合考慮智能汽車的動力性、重心及電路板的緊湊性等其他指標。

　　電機驅動模塊

　　電機驅動模塊為智能汽車的行駛提供動力，它的性能直接影響到后輪電機的控制性能，包括加速、減速與制動等性能。本文采用MOSFET 驅動芯片加全橋驅動方案，只需合理的選擇MOSFET驅動芯片和功率MOSFET 以保證性能即可。電路圖如圖6 所示。

　　舵機驅動模塊

　　舵機負責智能汽車的轉向，舵機模塊能否穩定工作直接影響到智能汽車在賽道上高速行駛時的穩定性以及轉向時的靈敏度和精確度。舵機工作原理為：舵盤角位由單片機發出的PWM 控制信號的脈寬決定，舵機內部電路通過反饋控制調節舵盤角位。由于自身即為角度閉環控制，而且性能較好，故系統中就不必考慮外加舵機閉環。舵機驅動模塊電路如圖7 所示。舵機驅動模塊同樣屬于功率部分，用6N137光耦進行信號隔離。

　　智能車輛是一個涉及多領域的復雜的綜合系統，要達到實用的目的，還要進一步深入下研究去，還有許多工作要做。在硬件上還需要解決因攝像頭自身精度的差異或其因外部因素丟失數據導致影響智能車正常運行的問題，增強抗干擾能力；在軟件上，還需要進一步優化算法，控制系統是智能汽車的核心內容，針對智能汽車的功能需求，對智能汽車控制系統關鍵模塊進行了研究，設計的各模塊被應用于“飛思卡爾”智能汽車中，文中各圖對智能汽車的研究具有啟發作用。

　　采用MSP430行駛車輛檢測電路

　　車輛檢測器作為交通信息采集的重要前端部分，越來越受到業內人士的關注。鑒于公路交通現代化管理和城市交通現代化管理的發展需要，對于行駛車輛的動態檢測技術——車輛檢測器的研制在國內外均已引起較大重視。車輛檢測器以機動車輛為檢測目標，檢測車輛的通過或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統提供足夠的信息以便進行最優的控制。

　　工作原理：本系統采用MSP430F1121A單片機與環形線圈相結合的方法對行駛車輛進行檢測，是一種基于電磁感應原理的檢測器。傳感器線圈為通過有一定電流的環形線圈，當被檢測鐵質物體通過線圈切割磁力線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出被測物體的存在。本文利用由環形線圈構成回路的耦合電路對其振蕩頻率進行檢測。但線圈檢測易受車輛、濕度、溫度等外界環境的影響，基準頻率會產生漂移，從而影響檢測效果。同時，由于車型、車體、車速的不同，亦會影響檢測的準確性。針對這些情況，本文提出了一種軟件動態刷新檢測基準的方法，以及抗干擾的軟件數字濾波方法，充分利用MSP430 系列單片機的片上資源對線圈頻率進行檢測，有效提高了檢測的準確性與可靠性。

　　系統結構

　　系統以MSP430F1121A單片機為核心，由環形線圈傳感器模塊、LC振蕩電路、整形電路、頻率選擇模塊、電源模塊、電壓監測模塊、工作方式設置模塊、信號輸出模塊及JTAG等組成。系統結構框圖如1 所示。

　　各模塊原理及硬件實現

　　環形線圈傳感器是一只埋在路面下的矩形線圈，其兩端引線接車輛檢測器。環形線圈的作用相當于LC振蕩回路中的電感L，當有金屬物體靠近時，其電感量發生變化，從而引起振蕩頻率的改變。通過對頻率的檢測、比較，可以判斷車輛的駛入或駛出。由它組成的LC振蕩電路與整形電路一起構成了信號輸入電路，如圖2所示。

　　環行線圈與行駛車輛之間是通過電磁場進行耦合的。當車通過環形線圈并處在一定的位置時，在車體中引起的渦流是一定，而渦流對環形線圈的影響也是一定的，車輛與環形線圈之間存在著一定的互感。于是，我們把車輛看作具有電感L1和電阻R1的短路環，它通過互感M與環形線圈相交鏈。由振蕩電路提供，電感為 L2，電阻為R2。其中第一項L2的變化幅度與車輛的導磁率有關，第二項與電渦流效應有關。若工作頻率選擇適當，當有車輛通過環形線圈時，式第一項的變化量將小于第二項，即等效電感減小。顯然，當車輛通過環形線圈時，L變小，則f增大，通過單片機檢測電路測得其頻率的變化，從而可判斷有無車輛通過。

　　電路中由三極管Q1和Q2組成共射極振蕩器，電阻R3是兩只三極管的公共射極電阻，并構成正反饋。Tl為磁罐變壓器，起著阻抗變換和與外電路隔離的雙重作用。其繞組Ll通過引線外接環形線圈，環形線圈的感抗通過Tl反射到繞組L2，形成等效電感L，L與并聯的電容Cl形成振蕩回路，LC值決定了振蕩頻率。開關Sl閉合時，電容C2與Cl并聯，電容量增加，振蕩頻率降低，由此來設置高低兩種振蕩頻率是考慮到現場的不同情況，以便取得較好的檢測效果。LC 振蕩電路輸出的是帶毛刺的正弦波，不適合單片機做數字化處理，因此需要單向穩壓二極管和單門限電壓比較器將其轉變為方波信號輸出。

　　由于不同應用場合中，LC振蕩電路的振蕩頻率不近相同，故輸出的方波信號通過一計數器進行分頻，再由頻率選擇接口送入單片機的P2.5口，從而避免了單片機的計數溢出，增強了單片機對信號處理的靈活性。MSP430F1121A單片機為16位RISC指令結構；內置4kBFlash和256BRAM；一個l6 位定時器Timer-A和看門狗定時器；一個具有3種內部參考電平和輸出帶RC濾波的比較器等。