CN110515377A - 基于多传感器融合的智能车辆运行系统 - Google Patents

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Abstract

基于多传感器融合的智能车辆运行系统，包括：无刷直流电机驱动模块、传感器模块、核心处理模块、电源管理模块、显示模块。电源管理模块通过DC‑DC斩波电路(直流转直流)将电池电压转换为各模块工作需要的电压；传感器模块通过摄像头传感器、超声波传感器、电磁传感器采集周围环境信息；核心处理模块综合处理环境信息并通过PID算法(Proportion Integral Differential)和脉宽调制PWM波(Pulse width modulation wave)对无刷直流电机驱动模块进行控制；显示模块显示摄像头采集到的图像。

Description

基于多传感器融合的智能车辆运行系统
技术领域
本发明涉及电气工程及其自动化、智能控制领域，具体涉及一种基于多传感器融合的智能车辆运行系统。
背景技术
进入21世纪以来，随着科学技术的发展，人们对于生活中接触到的机器的智能化程度的要求越来越高，而智能化在汽车行业应用最典型的例子就是无人驾驶汽车，同时无人驾驶汽车也代表着整个汽车行业最新的发展趋势，现如今，各大汽车公司也在积极研究着自己的无人驾驶汽车。
申请公布号为CN103926922A的中国专利公布了一种智能车的控制监测系统，该智能车控制监测系统仅仅通过摄像头采集周围环境的信息，并根据采集到的环境信息控制智能汽车的运行，但是摄像头采集到的图像信息容易受到光线和地形的影响，这就给图像信息的处理带来了很大的难度，因而仅仅采用摄像头判断周围环境信息容易造成对周围环境判断不够准确的问题。
发明内容
为了解决上述无人驾驶汽车对周围环境判断不够准确的问题，本发明提供了一种基于多传感器融合的智能车辆运行系统。
本发明涉及的智能车辆运行系统采用如下技术方案：
基于多传感器融合的智能车辆运行系统包括：电机驱动模块、传感器模块、核心处理模块、电源管理模块、显示模块；
所述核心处理模块分别和所述传感器模块、电机驱动模块、显示模块之间由信号传输线连接，所述核心处理模块和这三个模块之间信号的发送、接收都通过信号传输线完成；
所述电机驱动模块采用无刷直流电机的全桥驱动电路，所述电机采用含传感器的无刷直流电机；
所述传感器模块中含有三种传感器，分别为摄像头传感器、超声波传感器、电磁传感器；
所述电源管理模块由多个DC-DC斩波电路(直流转直流)组成；
所述显示模块采用OLED显示屏。
基于多传感器融合的智能车辆运行系统，其具体实现过程如下：
步骤1：电源控制模块输入端接智能车辆蓄电池，电源控制模块内部的DC-DC斩波电路(直流转直流)将蓄电池电压转换为系统各个模块能够正常工作的电压，通过电源线分别传输给对应模块；
步骤2：传感器模块采集车辆周围的环境信息，传感器模块中包含多种传感器，分别为摄像头传感器、超声波传感器、电磁传感器。
摄像头传感器通过摄像头采集周围环境的图像并通过信号传输线传输给核心处理模块，所述核心处理模块对图像进行二值化、滤波的处理并判断得出智能车辆下一步的运动状态，记为状态1；
超声波传感器用于距离测定，在车辆运行过程中由核心处理模块控制超声波传感器向车辆前方发出超声波信号，t秒后超声波传感器接收到返回的超声波信号，核心处理模块由公式(1)计算得到智能车辆前方的障碍物和车辆距离为L米，当L<50米时，核心处理模块控制车身转向避开障碍物，此种状态记为状态2；
电磁传感器的使用需要人工在智能车辆运行沿线铺设电磁导引线，电磁传感器采集到电磁信号并通过信号传输线发送给核心处理模块，核心处理模块判断得出车辆下一步的运动状态，记为状态3；
步骤3：所述核心处理模块对由三种传感器中得到的三种运动状态进行综合判断，其中三种传感器的优先级为：超声波传感器>电磁传感器>摄像头传感器，即三种状态的优先级为：状态2>状态3>状态1，即当核心处理模块从超声波传感器返回的信号中判断得出距离车头直线距离50米范围内没有障碍物时，采用电磁传感器采集到的信息引导车辆运行，当车辆行至没有电磁引导线的位置时采用摄像头模块得到的信息引导车辆运行；
步骤4：所述核心处理模块根据无刷直流电机内部传感器的反馈信息判断桥式电机驱动模块的开关管导通顺序并且计算出电机当前转速，从传感器模块中判断出车辆下一步的运行状态之后，将会通过PID算法(Proportion Integral Differential)控制电机驱动模块实现控制车辆下一步运行状态，因为改变车辆运动状态通过改变电机运动状态实现，所以所述核心处理判断出的车辆下一步的运行状态为车辆下一步电机的运行状态即电机的目标转速，每两次判断之间的时间间隔为5毫秒；
所述控制模块判断得出电机下一步的运动状态记为目标转速Vout，电机当前转速记为Vnow，上一次判断时电机的目标转速为Voutl，上一次判断时电机的转速为Vlast，enow为电机的目标转速和电机当前转速之差，elast为上一次判断时电机的目标转速和上一次判断时电机的转速之差，则：
其中rpm为电机转速单位，即转每分，表示电机转轴每分钟转过的圈数。
enow＝Vout-Vnow (3)
elast＝Voutl-Vlast (4)
则：
ΔV＝kp*enow+ki*Zenow+kd*(enow-elast) (5)
实际输出转速为：
V＝Vnow+ΔV (6)
步骤5：核心处理模块根据实际输出转速V，采用脉冲宽度调制PWM波(Pulse widthmodulation wave)控制电机驱动模块，进而控制车身的运动状态。
步骤6：所述控制模块通过显示模块将摄像头采集到的周围环境的图像显示给用户，显示模块刷新时间为5毫秒。
本发明的有益效果：智能车辆运行过程中通过超声波传感器、电磁传感器、摄像头传感器同时判断周围环境的信息，在所述核心处理模块中这三种传感器采集到的信息的优先级为：超声波传感器>电磁传感器>摄像头传感器，核心处理模块综合处理三种传感器中采集到的环境信息，相比于只采用摄像头传感器，能够极大地提高对周围环境判断的准确性。
附图说明
图1为本发明涉及到的各个模块的结构图。
图2为本发明的系统工作流程图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的其中一个实施方案的结构图如图1所示，包括：电机驱动模块、传感器模块、核心处理模块、电源管理模块、显示模块。其中传感器模块包括：摄像头传感器、电磁传感器、超声波传感器。所述电机驱动模块采用无刷直流电机的全桥驱动电路，所述电机采用含霍尔传感器的无刷直流电机。
如图2所示，本发明其中一个实施方案的控制流程如下：
步骤1：电源控制模块输入端接智能车辆蓄电池，电源控制模块内部的DC-DC斩波电路(直流转直流)将蓄电池电压转换为3.3V和336V，3.3V通过电源线分别传输给传感器模块、核心处理模块、显示模块，336V通过电源线传输给电机驱动模块；
步骤2：传感器模块采集车辆周围的环境信息，传感器模块中包含多种传感器，分别为摄像头传感器、超声波传感器、电磁传感器。
摄像头传感器通过摄像头采集周围环境的图像并通过信号传输线传输给核心处理模块，所述核心处理模块对图像进行二值化、滤波的处理并判断得出智能车辆下一步的运动状态，记为状态1；
超声波传感器用于距离测定，在车辆运行过程中由核心处理模块控制超声波传感器向车辆前方发出超声波信号，t秒后超声波传感器接收到返回的超声波信号，核心处理模块由公式(7)计算得到智能车辆前方的障碍物和车辆距离为L米，当L<50米时，核心处理模块控制车身转向避开障碍物，此种状态记为状态2；
电磁传感器的使用需要人工在智能车辆运行沿线铺设电磁导引线，电磁传感器采集到电磁信号并发送给核心处理模块，核心处理模块判断得出车辆下一步的运动状态，记为状态3；
步骤3：所述核心处理模块对由三种传感器中得到的三种运动状态进行综合判断，其中三种传感器的优先级为：超声波传感器>电磁传感器>摄像头传感器，即三种状态的优先级为：状态2>状态3>状态1，即当核心处理模块由超声波传感器判断距离车头直线距离50米范围内没有障碍物时，采用电磁传感器采集到的信息引导车辆运行，当车辆行至没有电磁引导线的位置时采用摄像头模块得到的信息引导车辆运行；
步骤4：所述核心处理模块根据无刷直流电机内部传感器的反馈信息判断桥式电机驱动模块的开关管导通顺序并且计算出电机当前转速，从传感器模块中判断出车辆下一步的运行状态之后，将会通过PID算法(Proportion Integral Differential)控制电机驱动模块实现控制车辆下一步运行状态，因为改变车辆运动状态通过改变电机运动状态实现，所以所述核心处理判断出的车辆下一步的运行状态为车辆下一步电机的运行状态即电机的目标转速，每两次判断之间的时间间隔为5毫秒；
所述控制模块判断得出电机下一步的运动状态记为目标转速Vout，电机当前转速记为Vnow，上一次判断时电机的目标转速为Voutl，上一次判断时电机的转速为Vlast，enow为电机的目标转速和电机当前转速之差，elast为上一次判断时电机的目标转速和上一次判断时电机的转速之差，则：
其中rpm为电机转速单位，即转每分，表示电机转轴每分钟转过的圈数。
enow＝Vout-Vnow (9)
elast＝Voutl-Vlast (10)
则：
ΔV＝kp*enow+ki*∑enow+ka*(enow-elast) (11)
实际输出转速为：
V＝Vnow+ΔV (12)
步骤5：核心处理模块根据实际输出转速V，采用脉冲宽度调制PWM波(Pulse widthmodulation wave)控制电机驱动模块，进而控制车身的运动状态。
步骤6：显示模块采用OLED屏，所述控制模块通过显示模块将摄像头采集到的周围环境的图像显示给用户，显示模块刷新时间为5毫秒。

Claims (1)

1.基于多传感器融合的智能车辆运行系统，其特征在于：所述智能车辆运行系统包括电机驱动模块、传感器模块、核心处理模块、电源管理模块、显示模块，其中传感器模块包括超声波传感器、电磁传感器、摄像头传感器。
所述电机驱动模块采用无刷直流电机的全桥驱动电路，所述电机采用含传感器的无刷直流电机，电机驱动模块用于驱动无刷直流电机运行。
所述传感器模块用于智能车辆判断周围的环境信息，传感器模块包含摄像头传感器、超声波传感器、电磁传感器，摄像头传感器通过摄像头采集周围环境的图像、超声波传感器用于距离测定、电磁传感器是根据无人驾驶汽车车辆运行沿线铺设的电磁导引线判断车辆下一步的运行状态。
所述核心处理模块用于处理传感器模块中三种传感器得到的周围环境信息并从中得到车辆下一步的运动状态、从无刷直流电机内部传感器的反馈信号计算得到电机当前转速、采用PID算法(Proportion IntegralDifferential)和脉宽调制PWM波(Pulse widthmodulation wave)对电机驱动模块进行控制、控制显示模块显示摄像头传感器采集到的图像。
所述核心处理模块在处理传感器模块的三种传感器得到的环境信息时，三种传感器判断得到的环境信息的优先级为：超声波传感器>电磁传感器>摄像头传感器，当核心处理模块从超声波传感器中判断得到距离车头直线距离50m范围内没有障碍物时，采用电磁传感器采集到的信息引导车辆运行，当车辆行至没有电磁引导线的位置时采用摄像头模块得到的信息引导车辆运行。
所述电源管理模块由多个DC-DC斩波电路(直流转直流)构成，用于将电池能够提供的电压转换为其余各个模块能够正常工作的电压。
所述显示模块用于向用户显示各个必要的信息，如摄像头传感器中采集到的周围环境的信息。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203838560U (zh) * 2014-06-01 2014-09-17 东莞理工学院 一种用于辐射环境的机械手载体agv小车
CN104149782A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 同济大学 一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统
CN104865846A (zh) * 2015-05-14 2015-08-26 电子科技大学 组合自主导航系统的地面半物理仿真平台
CN106325267A (zh) * 2015-06-26 2017-01-11 北京卫星环境工程研究所 具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车
CN108196554A (zh) * 2018-02-27 2018-06-22 合肥工业大学 一种基于磁感应器与陀螺仪的agv组合导引系统
CN108762276A (zh) * 2018-06-07 2018-11-06 安徽理工大学 一种agv小车的自动偏轨校正装置和自动偏轨校正方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203838560U (zh) * 2014-06-01 2014-09-17 东莞理工学院 一种用于辐射环境的机械手载体agv小车
CN104149782A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 同济大学 一种基于磁导航的多传感器融合智能车的自动驾驶系统
CN104865846A (zh) * 2015-05-14 2015-08-26 电子科技大学 组合自主导航系统的地面半物理仿真平台
CN106325267A (zh) * 2015-06-26 2017-01-11 北京卫星环境工程研究所 具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车
CN108196554A (zh) * 2018-02-27 2018-06-22 合肥工业大学 一种基于磁感应器与陀螺仪的agv组合导引系统
CN108762276A (zh) * 2018-06-07 2018-11-06 安徽理工大学 一种agv小车的自动偏轨校正装置和自动偏轨校正方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
苏凤，等: "基于多传感器的智能车系统设计", 《传感器世界》 *
陈扬: "自动导引车系统（AGVS）的设计与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *
高运兴: "智能变电站巡检机器人设计与实现", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 *

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