CN109667215B - 就地热再生机组智能驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种首先进行行驶路径采集再将路径下发至每个工程车辆的就地热再生机组智能驾驶系统。就地热再生机组智能驾驶系统包括路径点采集装置、手持操作站、车辆数据采集器以及车辆控制装置；路径点采集装置在设定行驶路径运动上行驶采集路径点的位置信息；差分GPS基站设置于待摊铺路段上，用于路径点采集装置和工程车辆的辅助定位；手持操作站接收路径点采集装置的数据信息拟合出工程车辆的行驶路径并将拟合后的行驶路径下发至工程车辆控制装置；车辆数据采集器采集工程车辆的位置信息及工程车辆的转向角度，并将采集的数据传输给车辆控制装置；车辆控制装置接收车辆数据采集器发送的数据并根据拟合后的行驶路径控制运行。

Description

就地热再生机组智能驾驶系统

技术领域

本发明涉及一种就地热再生机组智能驾驶系统，更具体的说，尤其涉及一种首先进行行驶路径采集再将路径下发至每个工程车辆的就地热再生机组智能驾驶系统。

背景技术

就地热再生机组是一种旧沥青路面的再生利用组合设备，其通过将旧沥青路面进行翻挖、回收、加热、破碎、筛分处理，与再生剂、新沥青重新拌和成混合料，并重新铺筑于路面的一整套工艺，其实现了对损坏不合格沥青路面（如车辙、裂缝、坑槽路面）的在线修复，其可实现旧沥青路面的100%重新利用，避免了往返运送物料的弊端，不仅节省了人力物力，提高了工作效率，更适于在不封路的情况下对高速路进行快速修复。

就地热再生机组由若干工程车辆组成，不同的工程车辆具有不同的功能，通常情况下其从前至后依次为沥青路面加热机、沥青路面铣刨机、沥青路面补热机、集料运输车、沥青路面复拌机、沥青路面摊铺机、沥青路面压路机，沥青路面加热机基于热循环的原理对路面进行加热，其温度可高达150℃～200℃，沥青路面铣刨机也自带加热功能，其采用分成加热、分成铣刨的形式将旧沥青路面收集成拢，以便集料运输车将旧沥青路面物料收集起来。沥青路面复拌机将再生剂、新沥青与旧料混合后形成新的沥青路面物料，并通过沥青路面摊铺机铺设出新的沥青路面。

由于整个就地热再生机组工作在相对温度很高环境中，各个车辆的驾驶人员要在高温的环境中作业，容易出现工作人员体力不支而引发事故的现象，而且高温环境对工作人员人体产生不利影响，在自动驾驶技术发展日臻完善的当前，急需发展一套自动驾驶系统，用于实现就地热再生机组的自动驾驶，实现旧沥青路面再生利用的自动铺筑。

发明内容

为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种首先进行行驶路径采集再将路径下发至每个工程车辆的就地热再生机组智能驾驶系统。

本发明提供如下技术方案：

.一种就地热再生机组智能驾驶系统，就地热再生机组具有多个工程车辆，就地热再生机组智能驾驶系统包括路径点采集装置、手持操作站、车辆数据采集器以及车辆控制装置；路径点采集装置在设定行驶路径运动上行驶采集路径点的位置信息；差分GPS基站设置于待摊铺路段上，用于路径点采集装置和工程车辆的辅助定位；手持操作站接收路径点采集装置的数据信息拟合出工程车辆的行驶路径并将拟合后的行驶路径下发至工程车辆控制装置；车辆数据采集器采集工程车辆的位置信息及工程车辆的转向角度，并将采集的数据传输给车辆控制装置；车辆控制装置接收车辆数据采集器发送的数据并根据拟合后的行驶路径控制车辆的转向系统、制动系统及动力系统运行。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，路径点采集装置包括手推车及设置于手推车上的路径点采集电路，路径点采集电路包括第一ARM控制器、电池组、第一差分GPS天线和第一无线通信模块，电池组、第一差分GPS天线和第一无线通信模块均连接第一ARM控制器，第一ARM控制器通过第一差分GPS天线获取路径点的位置信息即经纬度坐标和海拔高度，第一ARM控制器通过第一无线通信模块实现与手持操作站之间的无线通信。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，所述第一ARM控制器采用型号为STM32F103RCT6的芯片，电池组经型号为MP1584E1和AS1117-3.3V的电源芯片形成稳定的直流电压；

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，所述手持操作站包括壳体、第二ARM控制器、内置电池、第二无线通信模块、触摸屏、急停按钮和转向摇杆，第二ARM控制器和内置电池均设置壳体内，触摸屏、转向摇杆和急停按钮设置壳体上，内置电池、第二无线通信模块、触摸屏、急停按钮和转向摇杆均连接第二ARM控制器，第二ARM控制器通过第二无线通信模块第二无线通信模块与路径点采集装置、车辆控制装置进行通信，第二ARM控制器、内置电池、第二无线通信模块，急停按钮对工程车辆进行停车控制，转向摇杆对工程车辆的转向状态进行控制。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，第二ARM控制器采用型号为STM32F767IGT6的芯片，内置电池经型号为MP1584E1和AS1117-5V的电源芯片形成稳定的直流电压。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，车辆数据采集器包括第三微控制器、CAN总线接口、超声波测距传感器、车轮角度传感器和第二差分GPS模块，CAN总线接口、超声波测距传感器、车轮角度传感器和第二差分GPS模块均与第三微控制器相连接，第三微控制器经超声波测距传感器获取与前工程车辆之间的距离，经车轮角度传感器获取工程车辆的转向角度，经第二差分GPS模块获取工程车辆的位置信息，经CAN总线接口实现与车辆控制装置的通信将获取的车辆转向角度、位置信息以及前车距离发送至车辆控制装置；第三微控制器通过第二差分GPS模块实现与手持操作站之间通信。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，第三微控制器采用型号为STM32F103RB的芯片，第三微控制器经型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线接口，第三微控制器经运算放大器形成6路数字信号采集端口，6路数字信号采集端口中的4路作为超声波测距传感器的采集端口，1路作为车轮角度传感器（28）的采集端口；

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，车辆控制装置包括第四ARM控制器、电源转换电路、第三无线通信模块、伺服电机驱动器、CAN总线信号采集接口和RS232接口，电源转换电路、第三无线通信模块、伺服电机驱动器、CAN总线信号采集接口和RS232接口均与第四ARM控制器连接，第四ARM控制器经第三无线通信模块）实现与手持操作站的通信，经CAN总线信号采集接口与车辆数据采集器相通信，经伺服电机驱动器对设置在工程车辆上的转向电机进行控制，经RS232接口与车速控制系统相通信。

上述就地热再生机组智能驾驶系统优选方案，第四ARM控制器采用型号为STM32F40XVX的芯片，第四ARM控制器经型号为ADUM1201ARZ、型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线信号采集接口，经型号为ADUM1201ARZ、型号为SN653082E的芯片形成RS485通信接口，经型号为ADUM1201ARZ、型号为MAX232的芯片形成RS232接口。

本发明的有益效果是：设置有路径点采集装置、手持操作站、车辆数据采集器、车辆控制装置，路径点采集装置在设定行驶路径运动上行驶采集路径点的位置信息；手持操作站接收路径点采集装置的数据信息拟合出工程车辆的行驶路径并将拟合后的行驶路径下发至工程车辆控制装置；车辆控制装置接收车辆数据采集器发送的数据并根据拟合后的行驶路径控制工程车辆的运行，以实现旧沥青路面的加热、铣刨、集料运输、复拌、摊铺和碾压，实现了旧沥青路面的重新摊铺，避免了高温路面环境对传感器和其他电子器件的损坏，也避免了路面标线缺失、污损等问题给巡线驾驶带来的不利影响，增强了系统的实用性。

附图说明

图1为本发明的就地热再生机组智能驾驶系统的工作示意图；

图2为本发明的就地热再生机组智能驾驶系统的原理图；

图3为本发明中路径点采集装置的电路原理图；

图4为本发明中手持操作站的电路原理图；

图5为本发明中手持操作站的结构图；

图6为本发明中车辆数据采集器的电路原理图；

图7为本发明中车辆控制装置的电路原理图；

图8为本发明中第一ARM控制器及其外围电路的电路图；

图9为本发明中路径点采集装置的电源电路的电路图；

图10为本发明中路径点采集装置的差分GPS天线的接口电路；

图11为本发明中路径点采集装置的无线通信模块的接口电路；

图12为本发明中内置电池的电路图；

图13为本发明第二ARM控制器18的电路图；

图14为本发明第二无线通信模块的接口电路；

图15为本发明中第三微控制器及其外围电路的电路图；

图16为本发明中车辆数据采集器的CAN总线接口的电路图；

图17为本发明中车辆数据采集器的超声波测距传感器、车轮角度传感器的采集接口电路图；

图18为本发明中第四ARM控制器及其外围电路的电路图；

图19为本发明中车辆控制装置的CAN通信、RS485通信电路图；

图20为本发明中车辆控制装置的RS232通信电路图；

图21为本发明中车辆控制装置的10路数字量输入接口电路；

图22为本发明中车辆控制装置的10路数字量输出接口电路；

图23为本发明中车辆控制装置的伺服电机驱动器的电路图。

图中：1沥青路面加热机，2沥青路面铣刨机，3沥青路面集料运输车，4沥青路面复拌机，5沥青路面摊铺机，6沥青路面压路机；7旧沥青路面，8路径点采集装置，9差分GPS基站，10工程车辆，11手持操作站，12车辆数据采集器，13车辆控制装置，14第一ARM控制器，15电池组，16第一差分GPS天线，17第一无线通信模块，18第二ARM控制器，19内置电池，20触摸屏，21第二无线通信模块，22急停按钮，23转向摇杆，24壳体，25第三微控制器，26 CAN总线接口，27超声波测距传感器，28车轮角度传感器，29第二差分GPS模块，30第四ARM控制器，31电源转换电路，32第三无线通信模块，33伺服电机驱动器，34 CAN总线信号采集接口，35RS232接口，36转向电机，37车速控制系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

参考图1，就地热再生机组的工程车辆10按照从前至后的顺序依次包括沥青路面加热机1、路径路面铣刨机2、沥青路面集料运输车3、沥青路面复拌机4、沥青路面摊铺机5、沥青路面压路机6，沥青路面加热机1实现对旧沥青路面7的加热，以便后续的路径路面铣刨机2可将沥青路面切削下来，铣刨下来的旧沥青路面被沥青路面集料运输车3收集起来，收集起来的旧沥青路面物料被运送至沥青路面复拌机4中，在沥青路面复拌机4中与再生剂、新沥青混合后形成新的铺装物料，沥青路面铺装物料经沥青路面摊铺机5重新铺装路面，重新铺装后的路面经沥青路面压路机6的碾压后就形成了新的沥青路面。

就地热再生机组智能驾驶系统包括路径点采集装置8、差分GPS基站9、手持操作站11、车辆数据采集器12以及车辆控制装置13； 路径点采集装置8在设定行驶路径运动上行驶采集路径点的位置信息；手持操作站11接收路径点采集装置的数据信息拟合出工程车辆的行驶路径并将拟合后的行驶路径下发至工程车辆控制装置13；车辆数据采集器12采集工程车辆的位置信息及工程车辆的转向角度，并将采集的数据传输给车辆控制装置13；车辆控制装置13接收车辆数据采集器12发送的数据并根据拟合后的行驶路径控制车辆的转向系统、制动系统及动力系统运行按照规划后的行驶路径形式，这样，就实现了各个工程车辆的自动行驶，实现对旧沥青路面的重新铺装；手持操作站11与路径点采集装置8之间为无线通信；差分GPS基站9设置于待摊铺路段的中间位置，用于路径点采集装置8和工程车辆的辅助定位。

参考图2受工程车辆10的高温（温度通常为150℃～200℃）工作环境影响，以及旧沥青路面7的标线不清晰或缺失的影响，想要每个工程车辆10均可自动巡线自动行驶是基本无线实现的，为了对工程车辆10的行驶路径进行规划，就设置了路径点采集装置8。路径点采集装置8包括手推车及设置于手推车上的路径点采集电路，在人工推动手推车沿设定路线行驶的过程中，路径点采集电路周期性地获取手推车的位置信息即经纬度坐标和海拔高度，并将采集的数据发送至手持操作站11。参考图8路径点采集电路包括第一ARM控制器14、电池组15、第一差分GPS天线16和第一无线通信模块17，电池组15、第一差分GPS天线16和第一无线通信模块17均连接第一ARM控制器14，第一ARM控制器14通过第一差分GPS天线16获取路径点的位置信息即经纬度坐标和海拔高度，第一ARM控制器14通过第一无线通信模块17实现与手持操作站11之间的无线通信。参考图8及图9所述第一ARM控制器14采用型号为STM32F103RCT6的芯片，电池组15经型号为MP1584E1和AS1117-3.3V的电源芯片形成稳定的直流电压。

芯片如图4和图5所示，分别给出了本发明中手持操作站的电路原理图和结构图，所述手持操作站11包括壳体24、第二ARM控制器18、内置电池19、第二无线通信模块21、触摸屏20、急停按钮22和转向摇杆23，第二ARM控制器18和内置电池19均设置壳体24内，触摸屏20、转向摇杆23和急停按钮22设置壳体24上，内置电池19、第二无线通信模块21、触摸屏20、急停按钮22和转向摇杆23均连接第二ARM控制器18，第二ARM控制器18通过第二无线通信模块第二无线通信模块21与路径点采集装置8、车辆控制装置13进行通信，第二ARM控制器18、内置电池19、第二无线通信模块21，急停按钮22对工程车辆进行停车控制，转向摇杆23对工程车辆的转向状态进行控制。参考图12、图13及图14第二ARM控制器采用型号为STM32F767IGT6的芯片，电池组经型号为MP1584E1和AS1117-5V的电源芯片形成稳定的直流电压；第二无线通信模块21采用AS61-T30芯片。

如图6所示，给出了本发明中车辆数据采集器的电路原理图，车辆数据采集器12包括第三微控制器25、CAN总线接口26、超声波测距传感器27、车轮角度传感器28和第二差分GPS模块29，CAN总线接口26、超声波测距传感器27、车轮角度传感器28和第二差分GPS模块29均与第三微控制器25相连接，第三微控制器25经超声波测距传感器27获取与前工程车辆之间的距离，经车轮角度传感器28获取工程车辆的转向角度，经第二差分GPS模块29获取工程车辆的位置信息即工程车辆的经纬度坐标及海拔高度，经CAN总线接口实现与车辆控制装置13的通信将获取的车辆转向角度、位置信息以及前车距离发送至车辆控制装置13；第三微控制器25通过第二差分GPS模块29实现与手持操作站11之间通信。参考图15第三微控制器25采用型号为STM32F103RB的芯片。参考图16第三微控制器经型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线接口26，如图17所示，给出了本发明中车辆数据采集器的超声波测距传感器、车轮角度传感器的采集接口电路图，第三微控制器经运算放大器形成6路数字信号采集端口，6路数字信号采集端口中的4路作为超声波测距传感器27的采集端口，剩下2路中的1路作为车轮角度传感器28的采集端口，剩下2路中的最后1路备用。

如图7所示，给出了本发明中车辆控制装置的电路原理图，车辆控制装置13包括第四ARM控制器30、电源转换电路31、第三无线通信模块32、伺服电机驱动器33、CAN总线信号采集接口34和RS232接口35，电源转换电路31、第三无线通信模块32、伺服电机驱动器33、CAN总线信号采集接口34和RS232接口35均与第四ARM控制器30连接，第四ARM控制器30经第三无线通信模块32实现与手持操作站11的通信，经CAN总线信号采集接口34与车辆数据采集器12相通信，经伺服电机驱动器33对设置在工程车辆上的转向电机36进行控制，经RS232接口35与车速控制系统37相通信。

如图18所示，给出了本发明中第四ARM控制器及其外围电路的电路图，第四ARM控制器30采用型号为STM32F40XVX的芯片，其外围设置有时钟电路、复位电路和稳压电路，以保证第四ARM控制器的稳定工作。如图19所示，给出了本发明中车辆控制装置的CAN通信、RS485通信电路图，第四ARM控制器经型号为ADUM1201ARZ、型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线信号采集接口34，经型号为ADUM1201ARZ、型号为SN653082E的芯片形成RS485通信接口，经型号为ADUM1201ARZ、型号为MAX232的芯片形成RS232接口35。

如图20所示，给出了本发明中车辆控制装置的RS232通信电路图，第四ARM控制器30经型号为ADUM1201ARZ、型号为MAX232的芯片形成RS232接口35。

如图21、图22所示，分别给出了本发明中车辆控制装置13的数字量输入、输出接口电路，用于实现数字量的输入和输出，如图18数字量输入接口电路包括VCC24的输入电源，IK电阻，电容、电阻300R、NFM21C223滤波器电容、二极管、光耦管、74ALS14非门电路，VCC24的输入电源串联电阻连接PC817光电耦合器输入端，NPNinput信号经NFM21C223滤波器电容输出端连接反向二极管后也连接PC817光电耦合器输入端，PC817光电耦合器输出端分为两路，一路经上拉电阻连接电源vcc33，另一路连接74ALS14非门电路，电容及电阻300R同时并联在PC817光电耦合器输入端。图19所示输出接口电路包括PC817光耦合器和A03402/S8050型MOS管, PC817光耦合器输入端经电阻连接电源同时连接一个DO信号，PC817光耦合器的输出端一个经10k电阻连接输出电源VCC24，另一经5.1k电阻接地，5.1k电阻另一端MOS管的源极相接，MOS管的栅极与PC817光耦合器的输出端连接， MOS管的漏极与一个电阻F4相接，电阻F4另一端连接一个5819型肖特基二极管，肖特基二极管之间跨接一个100k电阻。

如图23给出了本发明中车辆控制装置的伺服电机驱动器的电路图，其通过两路光电耦合器控制继电器的状态，以对工程车辆10的转向进行控制,其中光电耦合器型号为PC817，光电耦合器输出端连接一个IN5819型号的肖特基二极管，肖特基二极管连接继电器，继电器连接控制开关。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种就地热再生机组智能驾驶系统，就地热再生机组具有多个工程车辆，其特征在于：就地热再生机组智能驾驶系统包括路径点采集装置（8）、手持操作站（11）、车辆数据采集器（12）以及车辆控制装置（13）；路径点采集装置在设定行驶路径运动上行驶采集路径点的位置信息；差分GPS基站（9）设置于待摊铺路段上，用于路径点采集装置和工程车辆的辅助定位；手持操作站（11）接收路径点采集装置的数据信息拟合出工程车辆的行驶路径并将拟合后的行驶路径下发至工程车辆控制装置（13）；车辆数据采集器（12）采集工程车辆的位置信息及工程车辆的转向角度，并将采集的数据传输给车辆控制装置（13）；车辆控制装置（13）接收车辆数据采集器（12）发送的数据并根据拟合后的行驶路径控制车辆的转向系统、制动系统及动力系统运行；

路径点采集装置（8）包括手推车及设置于手推车上的路径点采集电路，路径点采集电路包括第一ARM控制器（14）、电池组（15）、第一差分GPS天线（16）和第一无线通信模块（17），电池组（15）、第一差分GPS天线（16）和第一无线通信模块（17）均连接第一ARM控制器（14），第一ARM控制器（14）通过第一差分GPS天线（16）获取路径点的位置信息即经纬度坐标和海拔高度，第一ARM控制器（14）通过第一无线通信模块（17）实现与手持操作站（11）之间的无线通信。

2.根据权利要求1所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：所述第一ARM控制器（14）采用型号为STM32F103RCT6的芯片，电池组（15）经型号为MP1584E1和AS1117-3.3V的电源芯片形成稳定的直流电压。

3.根据权利要求1所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：所述手持操作站（11）包括壳体（24）、第二ARM控制器（18）、内置电池（19）、第二无线通信模块（21）、触摸屏（20）、急停按钮（22）和转向摇杆（23），第二ARM控制器（18）和内置电池（19）均设置壳体（24）内，触摸屏（20）、转向摇杆（23）和急停按钮（22）设置壳体（24）上，内置电池（19）、第二无线通信模块（21）、触摸屏（20）、急停按钮（22）和转向摇杆（23）均连接第二ARM控制器（18），第二ARM控制器（18）通过第二无线通信模块第二无线通信模块（21）与路径点采集装置（8）、车辆控制装置（13）进行通信，第二ARM控制器（18）、内置电池（19）、第二无线通信模块（21），急停按钮（22）对工程车辆进行停车控制，转向摇杆（23）对工程车辆的转向状态进行控制。

4.根据权利要求3所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：第二ARM控制器（18）采用型号为STM32F767IGT6的芯片，内置电池（19）经型号为MP1584E1和AS1117-5V的电源芯片形成稳定的直流电压。

5.根据权利要求1所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：车辆数据采集器（12）包括第三微控制器（25）、CAN总线接口（26）、超声波测距传感器（27）、车轮角度传感器（28）和第二差分GPS模块（29），CAN总线接口（26）、超声波测距传感器（27）、车轮角度传感器（28）和第二差分GPS模块（29）均与第三微控制器（25）相连接，第三微控制器（25）经超声波测距传感器（27）获取与前工程车辆之间的距离，经车轮角度传感器（28）获取工程车辆的转向角度，经第二差分GPS模块（29）获取工程车辆的位置信息，经CAN总线接口实现与车辆控制装置（13）的通信将获取的车辆转向角度、位置信息以及前车距离发送至车辆控制装置（13）；第三微控制器（25）通过第二差分GPS模块（29）实现与手持操作站（11）之间通信。

6.根据权利要求5所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：第三微控制器（25）采用型号为STM32F103RB的芯片，第三微控制器经型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线接口（26），第三微控制器经运算放大器形成6路数字信号采集端口，6路数字信号采集端口中的4路作为超声波测距传感器（27）的采集端口，1路作为车轮角度传感器（28）的采集端口。

7.根据权利要求1所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：车辆控制装置（13）包括第四ARM控制器（30）、电源转换电路（31）、第三无线通信模块（32）、伺服电机驱动器（33）、CAN总线信号采集接口（34）和RS232接口（35），电源转换电路（31）、第三无线通信模块（32）、伺服电机驱动器（33）、CAN总线信号采集接口（34）和RS232接口（35）均与第四ARM控制器（30）连接，第四ARM控制器（30）经第三无线通信模块（32）实现与手持操作站（11）的通信，经CAN总线信号采集接口（34）与车辆数据采集器（12）相通信，经伺服电机驱动器（33）对设置在工程车辆上的转向电机（36）进行控制，经RS232接口（35）与车速控制系统（37）相通信。

8.根据权利要求7所述的就地热再生机组智能驾驶系统，其特征在于：第四ARM控制器（30）采用型号为STM32F40XVX的芯片，第四ARM控制器经型号为ADUM1201ARZ、型号为TJA1050T的芯片形成CAN总线信号采集接口（34），经型号为ADUM1201ARZ、型号为SN653082E的芯片形成RS485通信接口，经型号为ADUM1201ARZ、型号为MAX232的芯片形成RS232接口（35）。