学校代码：11517
学号：201110710113
HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文献综述
题目智能车驱动电路
设计与实现
学生姓名杜仁义
专业班级电气工程及其自动化1141
学号201110710113
系（部）电气信息工程学院
指导教师(职称)任鹏飞(讲师)
完成时间 2015 年 3月 18 日
智能车驱动电路设计与实现
摘要：随着工业机械化和自动化的发展以及工业智能化的优点，智能小车在工业智能化上得到广泛的应用。本文就智能小车的设计构造以及机械智能化未来的应用与发展前景作出了详细的介绍。智能车以汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、计算机、机械等学科。
关键词：智能小车/设计构造/应用与发展
1 引言
智能车是光机电控一体化技术等最新科技成果与汽车技术相结合的产物，是集理论力学、机械结构、数字电路、模拟电路、传感器、单片机、控制理论和算法等多门学科为一体的综合系统。其内容涵盖机械、电子、自动控制原理、计算机、传感技术等多个学科和领域。
智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径。
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大。
本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发
出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物，进行倒车、前进、左转、右转等动作。
2 主要内容
为了成功的完成本次设计，通过查阅书籍、图书馆和网络资源等方式查找了大量有关智能小车的设计的资料，这样以充足的准备去进行小车的各个功能的实现。具体的文献资源如下：
文献[1]智能车以汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、计算机、机械等学科。本设计实现了一种基于飞思卡尔MC9S12XSl28单片机的线性CCD导航直立智能车。在本设计中，以后轮双电机驱动模型赛车作为智能小车基本载体，使用可靠的16位单片MC9S12XSl28作为控制核心，采用线性CCD器TSLl401作为小车导航的依据，并且通过控制策略使小车平稳快速的跑完赛道全程。
文献[2]自动导航小车(AGV)控制系统是AGV的运动控制部件，对AGV的平稳运行起着重要的作用。随着新的控制算法的应用和电子技术的发展，AGV 正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展，对运动控制系统也提出了更高的要求。AGV 要实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。在本文中，按照控制系统的要求，选定以ARM 微处理器作为核心进行运动控制系统的设计。论文中研究了自动导航小车控制系统的硬件实现方案，系统的软件设计采用的了基于嵌入式实时系统的设计方法，电机的速度控制采用了先进的模糊PID 控制技术。通过硬件电路与控制电路设计及相应控制系统软件与应用程序编写，在取得了较好的实际效果的同时，为今后设计更智能化的AGV小车提供了基础平台，因此也具有较强的实际意义。智能功率集成电路在工业自动控制、医疗器械、汽车电子，特别是军事、航空航天等领域有着广泛的应用。本文设计并实现了一款基于自主研发的80V 级BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺的单片H 桥功率驱动电路。该款电路的输入电压范围为12V 到50V，连续输出电流为3A，静态电流小于25mA，典型功耗3W，在同一芯片上集成了VDMOS功率管和Bipolar、CMOS控制电路，同时具有欠压保护、过流保护、过温保护和电流采样功能，能够应用于步进、直流电机驱动以及相关设备中。
文献[3]本文首先介绍了H 桥结构电机驱动芯片的总体结构以及两种常用的工作模式。并针对其功能从系统的角度详尽的阐述了H 桥功率驱动电路的设计思路，完成整体电路构架，明确子模块功能。接着重点介绍了子模块中的振荡器、电荷泵、自举电路、低端驱动电路和逻辑控制电路。其中，本文所设计的振荡器采用了双电容结构，能够产生较宽范围的振荡频率和占空比，并且受工艺条件影响较小；自举电路中提出的一种新型窄脉冲下拉电流式电平位移电路具备电路结构简单、功耗低、易集成等优点；逻辑控制电路中的比较器由于添加了正反馈回路，引入了迟滞现象并且加快了比较器的响应速度。振荡器配合着电荷泵和自举电路，共同构成了高端驱动部分，解决了H 桥功率驱动电路中VDMOS 高端功率管的开关问题。在完成整体电路的仿真验证、整体电路版图绘制以及版图的DRC 和LVS检查后，将其送至中电集团某所进行流片、封装，并最终完成对样品的测试。融合了从电路设计与仿真、电路版图绘制与验证到流片、封装、测试等一整套芯片开发的过程。本文在理论分析的基础上，运用Cadence 中的spectreS仿真器对电路子模块以及整体电路进行了仿真验证，并最终通过流片测试达到了预期目标。此外，本次项目在电路仿真时，所用到的器件模型通过第一次流片后器件的实际测试参数进行了修正，大大提高了仿真的精度，从而保证了电路仿真与流片结果的一致性。
文献[4]一种电子竞赛智能小车的控制系统设计与实现。以MC9S12XS12单片机作为控制系统核心，设计了智能小车的视频处理电路、电机驱动电路以及电源电路等，给出了赛道图像采集算法、抗干扰和抗反光的黑线提取算法、舵机转向和速度调节的PID控制算法、赛道识别和弯道控制算法，制作的智能小车能通过对自身运动速度和方向的实时调整实现沿赛道快速稳定地行驶。
文献[5]一种基于电磁导航路径识别的智能车控制系统。该系统基于第五届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车大赛的设计要求，使用飞思卡尔16位单片机MC9S128为核心控制单元，设计了赛道信号源、电磁导航传感器、电源管理模块、电机驱动电路、停车磁铁检测电路等硬件电路；在控制算法方面利用PID、Bang-Bang及模糊控制相结合的方式，使得智能车能够自动采集信号，分析引导线信息、控制舵机转向，实现了智能车的自动寻迹功能。
文献[6]设计了基于电磁传感器的自动循迹智能车。使用32位单片机McF52259作为核心控制单元，设计了电源模块电路、停车检测电路、电机驱动电路及信号采集
电路，采用PID控制算法使得智能车自动采集路径信息，控制电机加减速、舵机转向，实现了智能车的自动循迹行驶功能。
文献[7]针对“飞思卡尔全国大学生智能车竞赛”，设计能自动识别路线的智能车系统。该系统以飞思卡尔16位单片机MC9S12XSl28作为控制核心，用MOSFET制作驱动电路；采用摄像头和带有光电传感器的图像采样模块进行模式识别，提取黑线特征，预判道路信息；通过自制的速度传感器实时获取小车速度，采用PID控制策略形成速度闭环控制。实验证明该系统能够精准地识别路线，控制小车在赛道上稳定运行。
文献[8]智能小车控制是构建智能车路系统中汽车列队行驶模拟系统的基础。针对智能小车自主寻迹问题，通过对寻迹路径的偏差及偏差的导数进行模态划分，提出对应的模糊控制规则，进而以DSPTMS320F2812为主控芯片控制智能小车电机的转速，实现智能小车纵向自主控制。模型车运行实验表明智能小车速度调节算法可行。
文献[9]三轮Δ排列时，麦卡姆轮式智能小车分别作直线运动、旋转运动、曲线运动及双路径运动时各个驱动轮速度变化规律，验证了麦卡姆轮式智能小车平面行走的灵活性；比较了小车结构参数对曲线运动、双路径运动的影响，得到了三轮麦卡姆轮式智能小车运动的规律，为运动控制和小车的整体结构设计提供理论基础。
文献[10]智能小车作为智能车辆的仿真车，是研究智能车辆的基础；介绍了智能小车测控系统的结构和软硬件实现；系统以ARM9为控制器，采用μC/ OS2II 操作系统, 用红外传感器识别路径，采用模糊自适应PID 控制策略得到控制量，并最终通过舵机和直流电机对小车的位置和速度进行控制；测试结果表明，在该控制系统下，智能小车具有良好的位置跟踪和快速切换速度性能，该系统可以作为对智能车辆进一步研究的平台。
文献[11]本文设计了基于BTS7960 芯片的电机驱动电路，详细分析了芯片的特点和电路功能。在驱动电路的输出端加入了短路自动断电保护电路，分析了电路的工作原理。对驱动电路进行了10KHz、30%占空比的PWM驱动实验，在占空比从15%变化到40%的PWM信号驱动下，测量了芯片的温度变化，结果证明该电路能够实现设计功能并具有较好的温度稳定性。
文献[12]智能车辆是近年来发展起来的一门新兴综合技术，在军事、科研和工业中有广阔的应用前景。以电动小车为研究对象，分析了智能小车传感系统的各种特征值，包括智能小车的状态特征值和道路环境特征值，并建立了相应的坐标系。根据小
车行驶的实际情况，设计了智能小车的多传感器系统，包括：传感器的种类、数量以及在智能小车上的安装位置。重点讨论了多传感器数据融合结构和融合算法。智能小车多传感器的数据融合结构采用混合式，融合算法采用贝叶斯推理法。
文献[13]当今一辆汽车中电子部分所占整车成本的比重越来越大，更加强调舒适性、安全性、实时性等，而这些在很大程度上是由汽车上的电子模块来实现的。本文研究的车身控制模块（BCM，Body Control Module）就是为了实现车内外一些电子器件的控制而设计的。基于CAN（Controller Area Network，控制器局域网）总线的BCM 模块可以实现车外大灯、车内灯、雨刮、中控锁、车窗等的控制，可以按软件设置的控制逻辑对这些控制对象进行控制，当条件满足后触发相应的命令来控制执行器，在软件上能够实现可配置、可更新特性，利于维护和功能升级。
文献[14]从基于CAN总线的车身控制系统的基本拓扑结构和工作原理入手，对系统的硬件构成、参数选择、控制方案及软件实现等问题进行了分析、讨论。在此基础上设计了具有内外灯控制、集控门锁控制、雨刮控制、车窗控制等功能和自我保护功能的CAN 智能节点，并按照车身电子的开发流程设计了各智能节点的控制软件，该软件架构由底层硬件抽象层、标准MCU 驱动库函数层、控制应用层构成。按照电路功能又设计开发了电源电路、高低边驱动电路、开关量输入滤波电路、MCU 外围电路和外扩EEPROM 电路。该BCM 控制单元已经安装到上汽荣威车型上，进行了调试和有关的实验工作，不仅满足了车身控制功能的要求，降低了成本，舍去了繁杂的线束，维护变得简单，而且实现了汽车控制部件的智能化和汽车控制系统的网络化的目标。在该系统中除了各智能节点的数据可以共享外，还增加许多新的功能如汽车车窗防夹功能、遥控门锁控制等。针对模块的安全性方面，还开发了冗余备份和看门狗的功能，由于该模块是针对汽车的车身电子系统进行控制，所以对于安全性的要求非常高，在正式装车量产前必须经过严格的测试，如功能测试、台架测试、盐雾测试、碰撞测试、EMC 测试、实车测试等，本项目中的车身控制模块完全通过了以上测试，达到了整车厂要求的标准并顺利装车量产。实践证明，基于CAN 总线的车身控制系统是一项带有革命性的、领导今后汽车电子化、智能化潮流的技术，基于CAN 总线的网络数据通信具有实时性好、可靠性高、连接方便、多主站、通讯协议简单和性能价格比高等突出优点，基于CAN 总线的车身控制系统必将成为今后智能化汽车的标准配置之一。
文献[15]采用AT89C55单片机的检测和控制核心电动车跷跷板的设计。反光光电
开关LTH1550 -01构成了巡逻线模块指导汽车驾驶；高性能磁敏感精密小角度倾斜传感器WQH36-45是用来检测电动汽车的平衡状态，桥式驱动L298被用来控制扭转/转发旋转和PWM电机速度控制；12位切换电容器逐次逼近ADC TLC2543用于样品电动汽车的传感器信号，键盘和LED显示器由I2C接口的键盘和LED驱动ZLG7290实现人机界面的交互控制；语音回放功能是单片机的组成语音芯片LM386 ISD2590和小功率放大器来实现的。在此基础上进行完整、可靠的硬件电路设计。
文献[16]一个针对INS(惯性导航系统)与麦克纳姆轮(自动引导车辆)。一个全向轮或麦克纳姆轮，辊与传统的轮子，便于全方位开车。大多数定位系统使用编码器，因为它可以测量车轮的转动。然而，它是很困难的准确地计算取值区间的位置与全向轮或麦克纳姆轮因为经常发生的辊上轮子。因此,许多研究已经进行了弥补的缺点编码器通过融合加速度计和陀螺传感器。然而，这仍然是一个快速增长的数量错误，由于加速度计的第二个积分。因此，本文提出的INS麦克纳姆轮的取值区间。的提出了系统集成一个编码器，加速度计和陀螺传感器通过两个卡尔曼滤波器。来验证提出了INS的性能，我们分析了定位精度的取值区间通过研究直、侧面，对角运动超过250厘米的距离在300厘米×300厘米空间速度约为200和380毫米/秒。
3 总结
通过这几个周的学习，并在指导老师的帮助下，我对文献综述有了较深的体会。文献综述是将所收集到的文献资料归纳、整理、分析比较，主要通过提出问题、分析问题，综合前人文献中提出的理论和事实，比较各种学术的观点，阐明所提出问题的历史，现状以及今后发展的方向，以及对这些问题的评述。实践之后我学会了总结和概括，并能系统地阐述相关内容。用单片机实现小车智能控制，这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力。这几天的文献综述对我来说的意义，不仅仅是学习前人的知识，还须将理论知识与实践相结合，对不同方案论证并提出自己的观点和看法。这样提高了我们的实际动手能力和独立思考的能力。其中最重要的是团队合作，相近课题或有相同部分同学可以分工合作，可大大提高了效率。虽然我前期资料准备十分丰富，但拙于总结，自我感觉论述有些简单，文献综述完成得较仓促。但我得到了很多远大于此的东西！
参考文献
[1] 卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能车-挑战“飞思卡尔”杯[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[2] 吴太虎,孟祥全.直流电机驱动器L290/L291/L292及其应用[J].国外电子元器件,2002(6):38-40.
[3] 董红磊.汽车CAN总线系统智能节点的开发[D].沈阳:东北大学,2006.
[4] 韩勇.车身控制器的设计[D].南京:南京理工大学,2008.
[5] 蔡福喜,黄大贵.基于模块化设计思想的测控系统框架设计[J].测控技术,2009(4):7-14.
[6] 吴怀宇,程磊,章政.大学生智能汽车设计基础与实践[M].北京:电子工业出版社,2008.
[7] 徐安,陈耀,方春华.微控制器原理与应用[M].北京:科学出版社,2006.
[8] 王建飞.基于单片机控制的自动往返小汽车新设计[J].现代电子技术,2006(19):113-115.
[9] 何希才,薛永毅.传感器及其应用实例[M ].北京:机械工业出版社,2004.
[10] 李超.具有无线通讯功能的智能循迹避障小车设计[J].知识经济,2009(9):20-25.
[11] 雷钢,王宏远.基于A VR单片机的控制系统设计[J].华中科技大学学报,2006(4):15-26.
[12] 张军.AVR单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社,2005.
[13] 刘崇翔.基于ARM的智能小车的设计与研究[D].无锡:江南大学,2012.
[14] 沈文.AVR单片机C 语言开发入门指导[M].北京:清华大学出版社,2003.
[15] Skog I,Hndel P.In-car positioning and navigation technologies—Asurvey[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Sys-tems,2009(1):4-21.
[16] Obradovic D，Lenz H,Schupfner M.Fusion of sensor data in Simens car navigation system[J]．IEEE Transactions on VehicularTechnology,2007(1):43-50.