一种自主驾驶微型无人车的控制系统

1.一种自主驾驶微型无人车的控制系统，包括工控机（3）、与工控机（3）相连的摄像头（1）、激光测距传感器（2）、无线网卡（4）、锂电池A（5）和arm综合控制板（8），arm综合控制板（8）接有红外传感器（6）、倾角传感器（7）、车灯（9）、舵机（10）、编码器（11）和无刷电调（12），锂电池B（13）为arm综合控制板（8）、舵机（10）和无刷电调（12）提供电源电压，编码器（11）和无刷电调（12）还与无刷电机（14）相连。
2.根据权利要求1所述的一种自主驾驶微型无人车的控制系统，其特征在于：所述摄像头（1）、激光测距传感器（2）、无线网卡（4）通过USB接口连接到工控机（3），锂电池A（5）通过电源线连接到工控机（3）；红外传感器（6）通过A/D接口连接到arm综合控制板（8），倾角传感器（7）通过串口连接到arm综合控制板（8），车灯（9）通过I/O接口连接到arm综合控制板（8）；舵机（10）一端通过PWM接口连接到arm综合控制板（8），另一端连接到锂电池B（13）；无刷电机（14）一端连接到无刷电调（12）上，另一端连接到编码器（11）；无刷电调（12）一端通过PWM接口连接到arm综合控制板（8），另一端连接到锂电池B（13）；编码器（11）通过PWM接口连接到arm综合控制板（8）；工控机（3）通过串口连接到arm综合控制板（8）。
3.根据权利要求2所述的一种自主驾驶微型无人车的控制系统，其特征在于：所述工控机（3）内部包括多个模块，具体如下：
图像采与预处理模块，
激光传感器障碍检测模块，
上述两个模块将获得并处理的数据存入工控机（3）的数据交换存储区模块，
车道线检测与跟踪模块、障碍物检测与识别模块、红绿灯与斑马线识别模块和交通标志牌识别模块均与数据交换存储区模块相连，并进行数据交互；
数据交换存储区模块相连的还有行为决策模块，且行为决策模块分别与网络通信模块和综合控制模块相连，综合控制模块还与红外测距模块和倾角测姿态模块相连，综合控制模块还分为车速控制模块、方向控制模块、换道超车模块、红灯停绿灯行模块以及灯语交互模块。

一种自主驾驶微型无人车的控制系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于无人驾驶和机器人技术领域，具体涉及一种自主驾驶微型无人车的控制系统，特别涉及一种在模拟真实交通环境下研究无人车驾驶行为所用的控制系统，装有此控制系统的微型无人车可对智能交通等设计方案进行演示验证。\n背景技术\n[0002] 目前，自主驾驶无人车的控制系统的研究多集中于在改装的汽车中进行，由于汽车体积较大，价格较高，改装所需传感器等费用也很多，整个控制系统研制费用高达百万，而且由于交通法律法规的限制，无人车在真实道路上行驶的机会不多，所以研究无人车的单位相对较少，阻碍了无人车的研究进展。此外，智能交通系统是未来交通系统的发展方向，智能交通子系统由车辆控制系统、交通监控系统、运营车辆高度管理系统和旅行信息系统组成。智能交通系统中车辆控制系统的设计需要投入大量资金和人力，为此难以多次进行大规模的智能交通技术研究试验。\n发明内容\n[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是现有的在无人汽车上研究控制系统的复杂性，提供一种自主驾驶微型无人车的控制系统，该控制系统可安装在电动微型无人车上，进而实现无人车的一些自主驾驶行为，而且能方便对智能交通和车联网的一些方案进行辅助演示验证。\n[0004] 本实用新型所采用的技术方案是：\n[0005] 一种自主驾驶微型无人车的控制系统，包括工控机、与工控机相连的摄像头、激光测距传感器、无线网卡、锂电池A和arm综合控制板，arm综合控制板接有红外传感器、倾角传感器、车灯、舵机、编码器和无刷电调，锂电池B为arm综合控制板、舵机和无刷电调提供电源电压，编码器和无刷电调还与无刷电机相连。\n[0006] 如上所述的一种自主驾驶微型无人车的控制系统，其中：所述摄像头、激光测距传感器、无线网卡通过USB接口连接到工控机，锂电池A通过电源线连接到工控机；红外传感器通过A/D接口连接到arm综合控制板，倾角传感器通过串口连接到arm综合控制板，车灯通过I/O接口连接到arm综合控制板；舵机一端通过PWM接口连接到arm综合控制板，另一端连接到锂电池B；无刷电机一端连接到无刷电调上，另一端连接到编码器；无刷电调一端通过PWM接口连接到arm综合控制板，另一端连接到锂电池B；编码器通过PWM接口连接到arm综合控制板；工控机通过串口连接到arm综合控制板。\n[0007] 如上所述的一种自主驾驶微型无人车的控制系统，其中：所述工控机内部包括多个模块，具体如下：\n[0008] 图像采与预处理模块，\n[0009] 激光传感器障碍检测模块，\n[0010] 上述两个模块将获得并处理的数据存入工控机的数据交换存储区模块，[0011] 车道线检测与跟踪模块、障碍物检测与识别模块、红绿灯与斑马线识别模块和交通标志牌识别模块均与数据交换存储区模块相连，并进行数据交互；\n[0012] 数据交换存储区模块相连的还有行为决策模块，且行为决策模块分别与网络通信模块和综合控制模块相连，综合控制模块还与红外测距模块和倾角测姿态模块相连，综合控制模块还分为车速控制模块、方向控制模块、换道超车模块、红灯停绿灯行模块以及灯语交互模块。\n[0013] 本实用新型的有益效果是：\n[0014] （1）本实用新型提供的自主驾驶微型无人车的控制系统成本较低，装载在微型无人车上可代替无人驾驶汽车作为教学和科研平台，对无人驾驶行为进行研究。\n[0015] （2）微型无人车的控制系统中无人车的方向和速度闭环控制及紧急刹车功能都已固化在arm综合控制板的flash和Cpld中，而且工控机有8个USB接口和2个串口，方便添加传感器设备。开发人员只需修改图像处理、行为决策等即可完成所需的无人驾驶行为和智能交通所需无人车完成的任务，缩短了开发时间。\n[0016] （3）由于微型无人车控制系统采用的工控机本身就是便携式计算机，在车联网研究中所需的无人车与互联网连接很容易实现，便于辅助车联网研究中的演示和验证，可辅助对车联网系统效果进行预测与评价，便于生成优化方案，大大缩短实施时间。\n[0017] （4）本系统可作为自主可移动设备底盘用于工厂、室内等结构化环境中。\n附图说明\n[0018] 图1是本实用新型提供的一种自主驾驶微型无人车的控制系统框图；\n[0019] 图2是控制系统模块构成图；\n[0020] 图3是控制系统流程图；\n[0021] 图中：1.摄像头，2.激光测距传感器，3.工控机，4.无线网卡，5.锂电池A，6.红外传感器，7.倾角传感器，8.arm综合控制板，9.车灯，10.舵机，11.编码器，12，无刷电调，\n13.锂电池B，14.无刷电机。\n具体实施方式\n[0022] 下面结合附图和实施例对本实用新型提供的一种自主驾驶微型无人车的控制系统进行介绍：\n[0023] 如图1所示，一种自主驾驶微型无人车的控制系统，包括工控机3、与工控机3相连的摄像头1、激光测距传感器2、无线网卡4、锂电池A5和arm综合控制板8，arm综合控制板8接有红外传感器6、倾角传感器7、车灯9、舵机10、编码器11和无刷电调12，锂电池B13为arm综合控制板8、舵机10和无刷电调12提供电源电压，编码器11和无刷电调12还与无刷电机14相连。\n[0024] 摄像头1通过USB接口连接到工控机3，激光测距传感器2通过USB接口连接到工控机3，无线网卡4通过USB接口连接到工控机3，锂电池A5优选为12v通过电源线连接到工控机3；红外传感器6通过A/D接口连接到arm综合控制板8，倾角传感器7通过串口连接到arm综合控制板8，车灯9通过I/O接口连接到arm综合控制板8，舵机10一端通过PWM接口连接到arm综合控制板8，另一端连接到锂电池B13，锂电池B13优选为7.4v。无刷电机14一端连接到无刷电调12上，另一端连接到编码器11，无刷电调12一端通过PWM接口连接到arm综合控制板8，另一端连接到锂电池B13，编码器11通过PWM接口连接到arm综合控制板8；工控机3通过串口连接到arm综合控制板8。\n[0025] 如图2所示，工控机3内部包括多个模块，具体如下：\n[0026] 图像采与预处理模块，\n[0027] 激光传感器障碍检测模块，\n[0028] 上述两个模块将获得并处理的数据存入工控机3的数据交换存储区模块，[0029] 车道线检测与跟踪模块、障碍物检测与识别模块、红绿灯与斑马线识别模块和交通标志牌识别模块均与数据交换存储区模块相连，并进行数据交互；\n[0030] 数据交换存储区模块相连的还有行为决策模块，且行为决策模块分别与网络通信模块和综合控制模块相连，综合控制模块还与红外测距模块和倾角测姿态模块相连，综合控制模块还分为车速控制模块、方向控制模块、换道超车模块、红灯停绿灯行模块以及灯语交互模块。\n[0031] 图像采集与预处理模块对摄像头获得的数据进行采集和预处理，并将处理后的信息存储在数据交换存储区模块；车道线检测与跟踪模块从数据交换存储区模块中提取原始数据，并将处理完的车道线信息存储到数据交换存储区模块；障碍物检测与识别模块从数据交换存储区模块中提取原始数据，并将识别出的障碍物信息存储到数据交换存储区模块；红绿灯与斑马线识别模块从数据交换存储区模块中提取原始数据，并将识别出的红绿灯和斑马线信息存储到数据交换存储区模块；激光传感器障碍检测模块将检测的障碍信息存储到数据交换存储区模块；行为决策模块从数据交换存储区模块中提取所需的参数进行下一步决策，将所要完成的行为传递给综合控制模块，并可通过网络通信模块将关心的数据显示出来；红外测距模块和倾角测姿态模块分别将获得的距离和车的姿态传递给综合控制模块，综合控制模块将部分信息反馈到行为决策模块，并将行为转化为指令，以控制车速控制模块、方向控制模块、换道超车模块、红灯停绿灯行模块和灯语交互模块的执行。\n[0032] arm综合控制板8通过串口接收工控机3传过来的指令，将其转化为舵机10和无刷电调12可识别的PWM信号，以及控制灯语笛语的I/O信号。利用编码器11实时返回车速，采用模糊PID算法进行闭环速度控制，使车速能够快速跟踪给定速度。编码器11对速度的实时计算模块位于arm综合控制板上的CPLD内，以确保采集的快速性和准确性。同时，arm综合控制板8通过A/D接口获得红外传感器6的信息，当障碍物距车较近时，进行紧急刹车，以避免碰撞。并通过串口获得倾角传感器7的数据，以判断微型无人车处于何种姿态（如上坡、下坡等）。\n[0033] 如图3所示，一种自主驾驶微型无人车的控制系统的控制流程为：利用感知模块对运行环境和自身姿态进行感知，将获得的环境信息传输给行为决策模块，将自身姿态等信息传输给综合控制模块。行为决策模块根据从感知模块获得的信息做出相应的决策，转化成具体的行为传输给综合控制模块，并将部分参数通过网络通信传递出来。综合控制模块将从行为决策模块获得的信息转化为具体的指令传输给舵机和电机，以完成具体的动作，并监控车体的运行状态。