CN105511474A - 一种独立式车辆跟踪控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车辆跟踪控制领域，具体涉及一种独立式车辆跟踪控制系统，包括：核心控制板、摄像头、WIFI模块、FPGA模块、显示模块、电机控制模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块、激光测距模块和电源模块，所述核心控制板分别连接WIFI模块、FPGA模块、显示模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块和激光测距模块，所述核心控制板与电机控制模块之间通过光电隔离模块连接，所述摄像头与FPGA模块连接。本发明相对于现有技术，不需要道路设施为行驶中的车辆提供服务，车辆本身即可完成对所需信息的采集，并且通过自带的处理器即可完成对数据的处理，实现自动跟踪的效果，节省了成本，具有良好的推广效应。
Description
技术领域
本发明涉及车辆跟踪控制领域，具体涉及一种独立式车辆跟踪控制系统。
背景技术
智能交通系统ITS(IntelligentTransportationSystem)是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通管理而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通运输管理系统[1]。车辆自动跟踪是智能交通系统ITS(IntelligentTransportationSystem)中先进辅助驾驶的一个重要组成部分，指的是一辆车自主地跟随前面的车辆运动并保持合理的车距，从而提高行车效率与道路安全，在现代城市化进程中具有巨大的应用前景。独立式车辆跟踪控制系统设计是将车辆自动跟踪进行具象化，使之能够运用在实际生活中。
国外现有跟踪技术，很大一部分需要依靠外在的道路设施。国内由于经济原因，外在设施并不完善，车辆的跟踪需要在车上安装定位设备，通过GPS定位来进行搜索，但是这样的方法不易于实时性跟踪。
发明内容
本发明提供一种独立式车辆跟踪控制系统，解决现有设计中跟踪需要外部道路设施，不方便实时性跟踪的问题，具体技术方案如下：
一种独立式车辆跟踪控制系统，包括：核心控制板、摄像头、WIFI模块、FPGA模块、显示模块、电机控制模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块、激光测距模块和电源模块，所述电源模块具有单路12伏输入和5伏、3.3伏、24伏三路输出，所述5伏输出为舵机控制模块供电，所述3.3伏为核心控制板供电，所述24伏输出为电机控制模块供电，所述核心控制板分别连接WIFI模块、FPGA模块、显示模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块和激光测距模块，所述核心控制板与电机控制模块之间通过光电隔离模块连接，所述摄像头与FPGA模块连接，所述测速模块连接所述电机控制模块。
具体的，所述独立式车辆跟踪控制系统还包括PC机,所述核心控制板与PC机通讯。
具体的，所述电机驱动模块包括YK2404MA驱动器。
具体的，所述舵机控制模块包括稳压电路，所述稳压电路对舵机的输入电压。
具体的，所述WIFI模块包括150M无线USB网卡。
具体的，所述显示模块包括3.0寸WQVGA(400x240)真彩屏和驱动芯片SPFD5420A。
有益效果：
本发明相对于现有技术，不需要道路设施为行驶中的车辆提供服务，车辆本身即可完成对所需信息的采集，并且通过自带的处理器即可完成对数据的处理，实现自动跟踪的效果，节省了整个控制系统的成本，具有良好的推广效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明模块连接示意图；
图2为电源供电示意图；
图3为电机控制电路；
图4为舵机稳压电路；
图5为舵机接口电路；
图6为摄像头与核心控制板连接电路；
图7为3.0寸TFTLCD显示器连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1:
如图1所示的一种独立式车辆跟踪控制系统，包括：核心控制板、摄像头、WIFI模块、FPGA模块、显示模块、步进电机、电机控制模块、测速模块、舵机控制模块、舵机、声光报警模块、激光测距模块和电源模块，所述电源模块具有单路12伏输入和5伏、3.3伏、24伏三路输出，所述5伏输出为舵机控制模块供电，所述3.3伏为核心控制板供电，所述24伏输出为电机控制模块供电，所述核心控制板分别连接WIFI模块、FPGA模块、显示模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块和激光测距模块，所述核心控制板与电机控制模块之间通过光电隔离模块连接，所述摄像头与FPGA模块连接，所述测速模块连接所述电机控制模块。
核心控制板采用ARMCortex-M3STM32F103ZET6。
核心控制板、步进电机、舵机要正常工作，必须提供额定的电压和电流，因此电源模块显得尤为重要。电源模块输出分为：核心控制板、步进电机、舵机三个部分，核心控制板正常工作的电压为5V，步进电机工作的额定电压为12V～40V，舵机正常工作的额定电压为4.5V-5.5V。系统中使用的电池型号为DL-L12V40AH01，输出电压为12V，输出电流为40AH，电池在使用过程中，电池提供的电压会随着时间的推移慢慢降低，电池可以提供的电压范围为DC8.5V-12.6V，工作电流持续放电电流可以达到80A，峰值电流100A，短路保护电流150A，系统供电结构如图2所示。
本系统设计中，步进电机选择为42HB48-174两相混合式步进电机，电机驱动模块采用的是YK2404MA驱动器，YK2404MA为一款等角度恒力矩细分型驱动器，驱动直流电压12V～40V，在本系统设计中，输入电压采用24V，适配电流在4.5A以下、外径42，57，85mm的各种型号的二相混合式步进电机。该驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，此电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时力矩大，定位精度最高25600步/转。YK2404MA驱动器的A+、A-和B+、B-分别接42HB48-174的A相和B相，具体电机控制电路如图3所示。
本系统舵机使用的是S-D5数码舵机，正常工作时的电压为4.5V-5.5V，因为电池充完电时的电压接近12.6V，而放电后的电压在8.5V左右，如果直接用电池为舵机供电，一方面由于电压过高，舵机工作过程中会发热，甚至会烧坏舵机；另一方面由于电池在供电过程中电压发生变化，提供的电压不稳定，舵机会出现大范围的抖动，调试和工作过程中不利于进行控制。要对舵机进行精确控制，需要通过稳压电路对电池的输出进行处理，以达到舵机的电压输入范围，再将稳压处理过的电压输出给舵机，才能保证舵机工作在额定电压范围内。因此舵机部分的设计包含两个方面，一个是稳压电路设计如图4所示，另一个是舵机电路设计如图5所示。
本系统中的WIFI模块采用Ar9271芯片的TP-LinkTL-WN722N高增益150M无线USB网卡。
在控制系统中主要是面向于嵌入式系统，由于嵌入式的特征决定了在系统中需要使用低功耗的图像传感器，而且还需要支持一定的格式，考虑到以上几点，在该系统中摄像头采用性价比比较高的OV7670摄像头。
COMS摄像头接口包括数据线、同步线与控制线，常见的OV7670摄像头模块，一般采用十六引脚输出，单一2.8V供电电源，这种摄像头模块在STM32F103ZET6板上的接线图如图6所示。
核心控制板没有内置LCD控制器，因此需要选用带控制器的LCD屏。本系统的显示模块为TFTLCD显示,采用LCD屏为MP4、MP5中流行的3.0寸WQVGA(400x240)真彩屏，驱动芯片为SPFD5420A。该显示屏具有8bit和16bit两种总线模式，采用4个白色LED作为背光源，可以非常方便地和STM32F103ZET6接口，电路连接图如图7所示。
激光测距模块采用GLS-C62D激光扫描测距传感器，UART/SPI高精度高频率激光测距适用于家用看护/清洁机器人的导航与定位、通用的机器人导航与定位、智能玩具的定位与障碍物检测、环境扫描与3D重建和通用的同步定位与建图(SLAM)。
本设计系统中，GLS-C62D激光扫描测距传感器与核心控制板的接口选用UART电平转换接口，选用激光测距仪的目的是确保在跟踪过程中，前后车之间的间距是安全的，同时又需要确保不把目标跟丢，在本控制系统中是不可缺少的。
需要说明的是，本系统中摄像头为智能车提供前方检测信息，为轨迹跟踪提供视觉基础；WIFI模块为智能车的启动和停止提供了便利，在目标跟丢的情况下，可以及时的让智能车停止前进；FPGA模块为智能车提供了可靠的跟踪数据参数，以便接下来对电机和舵机的控制；显示模块为智能车提供实时图像信息和系统工作时程序的运行情况；电机控制模块为智能车提供充足的动力，为轨迹跟踪提供了动力基础；舵机控制模块能够控制智能车的转向角度，为轨迹跟踪提供了转向基础；声光报警模块是在跟踪车辆将目标丢失时发出报警信号；激光测距模块是是后车对前车距离的测定，以此确定跟踪时是否要加/减速；由于核心控制板输出的电压经过电机控制模块再到电机，因此存在损耗，通过测速模块对电机控制模块向电机输出的电压进行测量，并反馈给核心控制板，形成闭环控制，增加控制系统的弹性，电源模块是给整个硬件系统供电，保证智能车的正常运行。
本发明相对于现有技术，不需要道路设施为行驶中的车辆提供服务，车辆本身即可完成对所需信息的采集，并且通过自带的处理器即可完成对数据的处理，实现自动跟踪的效果，节省了整个控制系统的成本，具有良好的推广效应。
本以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，包括：核心控制板、摄像头、WIFI模块、FPGA模块、显示模块、电机控制模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块、激光测距模块和电源模块，所述电源模块具有单路12伏输入和5伏、3.3伏、24伏三路输出，所述5伏输出为舵机控制模块供电，所述3.3伏为核心控制板供电，所述24伏输出为电机控制模块供电，所述核心控制板分别连接WIFI模块、FPGA模块、显示模块、测速模块、舵机控制模块、声光报警模块和激光测距模块，所述核心控制板与电机控制模块之间通过光电隔离模块连接，所述摄像头与FPGA模块连接，所述测速模块连接所述电机控制模块。
2.如权利要求1所述的独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，所述独立式车辆跟踪控制系统还包括PC机,所述核心控制板与PC机通讯。
3.如权利要求1所述的独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括YK2404MA驱动器。
4.如权利要求2所述的独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，所述舵机控制模块包括稳压电路，所述稳压电路对舵机的输入电压。
5.如权利要求1所述的独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，所述WIFI模块包括150M无线USB网卡。
6.如权利要求1所述的独立式车辆跟踪控制系统，其特征在于，所述显示模块包括3.0寸WQVGA(400x240)真彩屏和驱动芯片SPFD5420A。
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