專利名稱：一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及一種智能公交汽車的控制裝置，特別是一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，該裝置借助于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)公交汽車沿著期望路線自主行駛的功能。
背景技術(shù)：
在信息化時(shí)代中，自動(dòng)控制、人工智能、視覺(jué)計(jì)算等對(duì)提高產(chǎn)品的創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力起到很大的推進(jìn)作用，因而電子技術(shù)在加快現(xiàn)代化步伐的過(guò)程中扮演著越來(lái)越重要的角色。在能源與環(huán)境的雙重壓力下，如今公交系統(tǒng)已成為交通戰(zhàn)線的重要組成部分，傳統(tǒng)公交汽車由專門人員駕駛，汽車的行駛狀況受駕駛員主觀影響較大，智能化程度低。同·時(shí)，當(dāng)人流量和車流量較大時(shí)存在一定程度上的安全隱患。另外，現(xiàn)有的無(wú)人駕駛?cè)叵碌穆每妥詣?dòng)輸送系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱APM系統(tǒng))，地下施工成本較高，技術(shù)難度大，維護(hù)成本高；基于攝像頭的無(wú)人駕駛汽車受外界光環(huán)境影響較大，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有狀況的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，該裝置通過(guò)電磁感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用，可使無(wú)人駕駛智能公交汽車自動(dòng)按照期望的路線行走。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括埋于沿公交汽車行駛路線地下的閉合通電導(dǎo)線，該閉合通電導(dǎo)線產(chǎn)生的20khz的交變磁場(chǎng)構(gòu)成磁性軌道，用于作為路徑導(dǎo)航；設(shè)置在無(wú)人駕駛智能公交汽車上的多個(gè)車載電磁傳感器，車載電磁傳感器通過(guò)運(yùn)算放大器連接一個(gè)電子控制單元，該電子控制單元與無(wú)人駕駛智能公交汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相連接。本實(shí)用新型的其它一些特點(diǎn)是所述的電磁傳感器選用工字型IOOmH電感。所述的運(yùn)算放大器選用NE5532芯片。所述的電子控制單元選用單片機(jī)MC9S12XS128。本實(shí)用新型的無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，由電子控制單元控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，而不再需要駕駛員操縱，安全性好，智能化程度高。具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)裝置成本低。已投入使用的無(wú)人駕駛?cè)叵碌穆每妥詣?dòng)輸送系統(tǒng)(APM)地下施工成本較高，技術(shù)難度大；本實(shí)用新型只需沿公交車行駛路線在地下鋪設(shè)通電閉合導(dǎo)線與安裝在車上的傳感器即可實(shí)現(xiàn)公交汽車的自主循跡。( 2 )工作狀態(tài)穩(wěn)定。基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象獲得信號(hào)，可以有效的避免其它無(wú)線裝置與光線的干擾。同時(shí)不受惡劣天氣的影響；在專用車道上行駛，避免了交通擁堵現(xiàn)象。(3)維護(hù)簡(jiǎn)單，維修成本低。

圖I是本實(shí)用新型的無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2是電壓信號(hào)處理流程圖；圖3是NE5532運(yùn)算放大器管腳圖圖4是算法流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明?！?b>具體實(shí)施方式
I、硬件設(shè)計(jì)I. I總體設(shè)計(jì)如圖I所示，本實(shí)施例給出一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，包括埋于沿公交汽車行駛路線地下的閉合通電導(dǎo)線，該閉合通電導(dǎo)線產(chǎn)生的20khz的交變磁場(chǎng)構(gòu)成磁性軌道，作為路徑導(dǎo)航；設(shè)置在無(wú)人駕駛智能公交汽車上的多個(gè)車載電磁傳感器，車載電磁傳感器通過(guò)運(yùn)算放大器連接一個(gè)電子控制單元，該電子控制單元與無(wú)人駕駛智能公交汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相連接。車載電磁傳感器在閉合通電導(dǎo)線的電磁場(chǎng)中感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號(hào)。通電閉合導(dǎo)線構(gòu)成地下磁性路徑，由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，交變電流會(huì)在周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，因此將該封閉導(dǎo)線通以20khz的交變電流，產(chǎn)生低頻電磁波?；陔姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，車載電磁傳感器即為導(dǎo)體，與該磁性路徑距離越近，感應(yīng)電流越大，其傳感器輸出的信號(hào)越強(qiáng)。車載電磁傳感器為旋繞多次的線圈，其輸出的電壓信號(hào)與該傳感器到地下磁性導(dǎo)軌的相對(duì)距離有關(guān)。在公交汽車前端橫向均勻布置8個(gè)電磁傳感器以精確探測(cè)汽車中心線相對(duì)于地下磁性路徑的偏移距離。本實(shí)施例中，電子控制單元選用單片機(jī)MC9S12XS128，由車載電磁傳感器輸出的信號(hào)被芯片NE5532進(jìn)行運(yùn)算放大，單片機(jī)接收到由NE5532輸入的信號(hào)，計(jì)算出公交汽車中心線相對(duì)于地面磁性路徑偏離的距離，為使汽車中心線始終與地下鋪設(shè)的磁性路徑重合，單片機(jī)輸出相應(yīng)的信號(hào)以修正偏離量，控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公交汽車沿預(yù)定路線行駛的功能。本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器選用NE5532芯片，車載電磁傳感器輸出的電壓信號(hào)處理流程圖如圖2所示，一個(gè)NE5532芯片可同時(shí)處理兩路電壓值，因而每?jī)蓚€(gè)車載電磁傳感器和一個(gè)NE5532相連。車載電磁傳感器一端接地，另一端輸出信號(hào)送入NE5532的3系列引腳或5系列引腳，信號(hào)被運(yùn)算放大后，由該芯片的I系列引腳或7系列引腳輸出。輸出的信號(hào)接入單片機(jī)MC9S12XS128的ADO系列引腳和ADl系列引腳。其余6個(gè)電磁傳感器接法與此相同。單片機(jī)MC9S12XS128性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，可很好滿足系統(tǒng)控制要求。該磁導(dǎo)航裝置通過(guò)電磁傳感器感知信號(hào)，以MC9S12XS128為電子控制單元，實(shí)現(xiàn)了公交汽車檢測(cè)偏移量與修正偏移量的功能，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好。車輛行駛的軌道為埋入地下可產(chǎn)生特定頻率交變磁場(chǎng)的通電閉合導(dǎo)線，成本低廉，性能穩(wěn)定。NE5532與單片機(jī)MC9S12XS128為偏移量信號(hào)的接收和對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制提供了良好保證。整個(gè)裝置基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了公交汽車沿特定路徑的自主行駛功能，有效地減免了駕駛員的工作量。同時(shí)，該裝置采用的元器件數(shù)目少，成本低，維修方便，在傳統(tǒng)公交汽車上進(jìn)行微小改動(dòng)即可，在智能公交系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景。1.2車載電磁傳感器車載電磁傳感器實(shí)際為纏繞多次的閉合線圈，基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)閉合線圈切割磁感線時(shí)，在線圈中會(huì)有電流產(chǎn)生，線圈一端接地，另一端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即為電壓信號(hào)輸入下一級(jí)單元。本實(shí)施例選用8個(gè)車載電磁傳感器，安裝于公交汽車前端橫向平面內(nèi)，兩兩傳感器間等距，整體一字排布，且沿車輛縱向中心線左右對(duì)稱，最外側(cè)傳感器超出汽車側(cè)向平面O. 5米-O. 8米，側(cè)伸過(guò)短導(dǎo)致信號(hào)檢測(cè)不準(zhǔn)確，過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致在轉(zhuǎn)彎時(shí)其中一個(gè)最外側(cè)傳感器距離磁性軌道距離過(guò)大，檢測(cè)不到有效信號(hào)，且整車寬度過(guò)大，所占用的路面寬度也增 力口。車載電磁傳感器距離地面的高度大致與車輛底盤平齊，離地過(guò)高使得檢測(cè)到的信號(hào)整體偏小，精確度降級(jí)；離地過(guò)低電壓信號(hào)增大，易造成信號(hào)飽和現(xiàn)象。車載電磁傳感器距離車輛前端面應(yīng)伸出I. 2米-I. 5米，使其具有一定的前瞻性，車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)作靈敏，避免滯后反應(yīng)；但是前瞻性不可超過(guò)一定的限度，導(dǎo)致車輛錯(cuò)誤動(dòng)作。I. 3運(yùn)算放大集成電路車載電磁傳感器輸出的電壓信及其微弱，難以被MC9S12XS128單片機(jī)精確地檢測(cè)至IJ，且極易受環(huán)境的影響，為了克服上述缺點(diǎn)，需對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)此，采用芯片NE5532對(duì)信號(hào)做相應(yīng)的處理。NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器集成電路，電源電壓范圍為3伏 20伏，轉(zhuǎn)換速率為9伏/毫秒，具有很好的噪聲性能、優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力及相當(dāng)高的小信號(hào)帶寬，且能在一定強(qiáng)度的振動(dòng)下正常工作，因此在車用運(yùn)算放大電路中占有很大份額。其管腳圖如圖3所示。NE5532以單片機(jī)MC9S12XS128為控制單元，輸入端接收來(lái)自電磁傳感器的電壓信號(hào)。當(dāng)公交汽車行駛于專用線路上時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，車載電磁傳感器中的線圈切割磁感線，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大電路放大處理后，被傳至MC9S12XS128控制單元進(jìn)行分析計(jì)算。2.軟件設(shè)計(jì)2. I車載電磁傳感器接收與處理模塊的軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)每個(gè)車載電磁傳感器檢測(cè)到的信號(hào)大小，采用重心算法計(jì)算出公交汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)調(diào)整偏移量的多少。測(cè)量出每個(gè)傳感器距離公交汽車縱向中心線的距離，規(guī)定左側(cè)距離為負(fù)，則右側(cè)距離為正。重心的計(jì)算方法為各傳感器輸出電壓信號(hào)值與事先測(cè)量好的該傳感器距離車輛縱向中心線的值相乘，再將8個(gè)傳感器的計(jì)算結(jié)果求代數(shù)和。當(dāng)車輛中心線與地下磁性軌道重合時(shí)，由于兩側(cè)傳感器兩兩對(duì)稱，電壓信號(hào)值大小對(duì)應(yīng)相等，距離值對(duì)應(yīng)相反，乘積的代數(shù)和為零，則重心的偏移量為零，即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作，車輛沿直線行駛；當(dāng)有彎道出現(xiàn)時(shí)，車輛左右相對(duì)稱的傳感器檢測(cè)到的電壓不等，重心會(huì)向著大電壓的一側(cè)偏移，重心偏移量與車輛縱向中心線相對(duì)于磁性軌道的偏移量成正t匕，控制車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)向角度與重心偏移量成正比。通過(guò)這種方法調(diào)整車輛，使其縱向中心線重合于磁性軌道，繼而保證了公交汽車沿特定路線行駛的能力。其算法流程圖 如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括 埋于沿公交汽車行駛路線地下的閉合通電導(dǎo)線，該閉合通電導(dǎo)線產(chǎn)生的20khz的交變磁場(chǎng)構(gòu)成磁性軌道，用于作為路徑導(dǎo)航； 設(shè)置在無(wú)人駕駛智能公交汽車上的多個(gè)車載電磁傳感器，車載電磁傳感器通過(guò)運(yùn)算放大器連接一個(gè)電子控制單元，該電子控制單元與無(wú)人駕駛智能公交汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的電磁傳感器選用工字型IOOmH電感。
3.如權(quán)利要求I所述的無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的運(yùn)算放大器選用NE5532芯片。
4.如權(quán)利要求I所述的無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的電子控制單元選用MC9S12XS128單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)人駕駛智能公交汽車的磁導(dǎo)航裝置，包括埋于沿公交汽車行駛路線地下的閉合通電導(dǎo)線構(gòu)成的磁性軌道，位于車輛前端的電磁傳感器、運(yùn)算放大電路和電子控制單元，裝置基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁傳感器檢測(cè)并輸出車輛相對(duì)于磁性軌道的偏移量，這一偏移量以電壓信號(hào)的形式傳輸出來(lái)，NE5532對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行放大運(yùn)算，MC9S12XS128作為電子控制單元，接收被放大的信號(hào)，根據(jù)設(shè)定的重心算法計(jì)算出某一偏移量，并將偏移量作為控制信號(hào)控制車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)作。公交汽車即可根據(jù)磁性軌道的走勢(shì)，自主完成沿特定路線行駛的任務(wù)。本實(shí)用新型工作狀態(tài)穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，維修成本低，實(shí)現(xiàn)了公交汽車的無(wú)人駕駛功能，提高了傳統(tǒng)公交系統(tǒng)的智能化程度。
文檔編號(hào)B60L13/06GK202703312SQ20122022638
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者賀伊琳, 肖廣朋, 康留旺, 曹紅, 劉強(qiáng), 劉瑞 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)