CN202703312U - 一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，包括埋于沿公交汽车行驶路线地下的闭合通电导线构成的磁性轨道，位于车辆前端的电磁传感器、运算放大电路和电子控制单元，装置基于电磁感应现象，电磁传感器检测并输出车辆相对于磁性轨道的偏移量，这一偏移量以电压信号的形式传输出来，NE5532对该电压信号进行放大运算，MC9S12XS128作为电子控制单元，接收被放大的信号，根据设定的重心算法计算出某一偏移量，并将偏移量作为控制信号控制车辆转向系统的动作。公交汽车即可根据磁性轨道的走势，自主完成沿特定路线行驶的任务。本实用新型工作状态稳定，维护简单，维修成本低，实现了公交汽车的无人驾驶功能，提高了传统公交系统的智能化程度。
Description
技术领域
本实用新型属于自动控制领域，涉及一种智能公交汽车的控制装置，特别是一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，该装置借助于电磁感应现象，实现公交汽车沿着期望路线自主行驶的功能。
背景技术
在信息化时代中，自动控制、人工智能、视觉计算等对提高产品的创新性和竞争力起到很大的推进作用，因而电子技术在加快现代化步伐的过程中扮演着越来越重要的角色。
在能源与环境的双重压力下，如今公交系统已成为交通战线的重要组成部分，传统公交汽车由专门人员驾驶，汽车的行驶状况受驾驶员主观影响较大，智能化程度低。同时，当人流量和车流量较大时存在一定程度上的安全隐患。另外，现有的无人驾驶全地下的旅客自动输送系统（简称APM系统），地下施工成本较高，技术难度大，维护成本高；基于摄像头的无人驾驶汽车受外界光环境影响较大，工作状态不稳定。
发明内容
针对上述现有状况的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，该装置通过电磁感应技术的应用，可使无人驾驶智能公交汽车自动按照期望的路线行走。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，其特征在于，包括：
埋于沿公交汽车行驶路线地下的闭合通电导线，该闭合通电导线产生的20khz的交变磁场构成磁性轨道，用于作为路径导航；
设置在无人驾驶智能公交汽车上的多个车载电磁传感器，车载电磁传感器通过运算放大器连接一个电子控制单元，该电子控制单元与无人驾驶智能公交汽车的转向系统相连接。
本实用新型的其它一些特点是：
所述的电磁传感器选用工字型100mH电感。
所述的运算放大器选用NE5532芯片。
所述的电子控制单元选用单片机MC9S12XS128。
本实用新型的无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，由电子控制单元控制转向系统，而不再需要驾驶员操纵，安全性好，智能化程度高。具有以下优点：
（1）装置成本低。已投入使用的无人驾驶全地下的旅客自动输送系统（APM）地下施工成本较高，技术难度大；本实用新型只需沿公交车行驶路线在地下铺设通电闭合导线与安装在车上的传感器即可实现公交汽车的自主循迹。
（2）工作状态稳定。基于电磁感应现象获得信号，可以有效的避免其它无线装置与光线的干扰。同时不受恶劣天气的影响；在专用车道上行驶，避免了交通拥堵现象。
（3）维护简单，维修成本低。
附图说明
图1是本实用新型的无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置硬件结构框图；
图2是电压信号处理流程图；
图3是NE5532运算放大器管脚图
图4是算法流程图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
1、硬件设计
1.1总体设计
如图1所示，本实施例给出一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，包括：
埋于沿公交汽车行驶路线地下的闭合通电导线，该闭合通电导线产生的20khz的交变磁场构成磁性轨道，作为路径导航；
设置在无人驾驶智能公交汽车上的多个车载电磁传感器，车载电磁传感器通过运算放大器连接一个电子控制单元，该电子控制单元与无人驾驶智能公交汽车的转向系统相连接。
车载电磁传感器在闭合通电导线的电磁场中感应出相应的电压信号。
通电闭合导线构成地下磁性路径，由麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变磁场，因此将该封闭导线通以20khz的交变电流，产生低频电磁波。基于电磁感应现象，导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，车载电磁传感器即为导体，与该磁性路径距离越近，感应电流越大，其传感器输出的信号越强。
车载电磁传感器为旋绕多次的线圈，其输出的电压信号与该传感器到地下磁性导轨的相对距离有关。在公交汽车前端横向均匀布置8个电磁传感器以精确探测汽车中心线相对于地下磁性路径的偏移距离。
本实施例中，电子控制单元选用单片机MC9S12XS128，由车载电磁传感器输出的信号被芯片NE5532进行运算放大，单片机接收到由NE5532输入的信号，计算出公交汽车中心线相对于地面磁性路径偏离的距离，为使汽车中心线始终与地下铺设的磁性路径重合，单片机输出相应的信号以修正偏离量，控制转向系统，实现公交汽车沿预定路线行驶的功能。
本实施例中，运算放大器选用NE5532芯片，车载电磁传感器输出的电 压信号处理流程图如图2所示，一个NE5532芯片可同时处理两路电压值，因而每两个车载电磁传感器和一个NE5532相连。车载电磁传感器一端接地，另一端输出信号送入NE5532的3系列引脚或5系列引脚，信号被运算放大后，由该芯片的1系列引脚或7系列引脚输出。输出的信号接入单片机MC9S12XS128的AD0系列引脚和AD1系列引脚。其余6个电磁传感器接法与此相同。单片机MC9S12XS128性能稳定，应用广泛，可很好满足系统控制要求。
该磁导航装置通过电磁传感器感知信号，以MC9S12XS128 为电子控制单元，实现了公交汽车检测偏移量与修正偏移量的功能，抗干扰能力强，数据传输实时性好。车辆行驶的轨道为埋入地下可产生特定频率交变磁场的通电闭合导线，成本低廉，性能稳定。NE5532与单片机MC9S12XS128为偏移量信号的接收和对车辆转向系统的控制提供了良好保证。整个装置基于电磁感应现象，实现了公交汽车沿特定路径的自主行驶功能，有效地减免了驾驶员的工作量。同时，该装置采用的元器件数目少，成本低，维修方便，在传统公交汽车上进行微小改动即可，在智能公交系统有很好的应用前景。
1.2 车载电磁传感器
车载电磁传感器实际为缠绕多次的闭合线圈，基于电磁感应现象，当闭合线圈切割磁感线时，在线圈中会有电流产生，线圈一端接地，另一端就会产生感应电动势，感应电动势即为电压信号输入下一级单元。
本实施例选用8个车载电磁传感器，安装于公交汽车前端横向平面内，两两传感器间等距，整体一字排布，且沿车辆纵向中心线左右对称，最外侧传感器超出汽车侧向平面0.5米-0.8米，侧伸过短导致信号检测不准确，过长则导致在转弯时其中一个最外侧传感器距离磁性轨道距离过大，检测不到有效信号，且整车宽度过大，所占用的路面宽度也增加。车载电磁传感器距离地面的高度大致与车辆底盘平齐，离地过高使得检测到的信号整体偏 小，精确度降级；离地过低电压信号增大，易造成信号饱和现象。车载电磁传感器距离车辆前端面应伸出1.2米-1.5米，使其具有一定的前瞻性，车辆转向动作灵敏，避免滞后反应；但是前瞻性不可超过一定的限度，导致车辆错误动作。
1.3运算放大集成电路
车载电磁传感器输出的电压信及其微弱，难以被MC9S12XS128单片机精确地检测到，且极易受环境的影响，为了克服上述缺点，需对传感器的输出信号进行放大，对此，采用芯片NE5532对信号做相应的处理。NE5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路，电源电压范围为3伏~20伏， 转换速率为9伏/毫秒，具有很好的噪声性能、优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，且能在一定强度的振动下正常工作，因此在车用运算放大电路中占有很大份额。其管脚图如图3所示。
NE5532以单片机MC9S12XS128为控制单元，输入端接收来自电磁传感器的电压信号。当公交汽车行驶于专用线路上时，由于电磁感应现象，车载电磁传感器中的线圈切割磁感线，产生相应的信号，信号经运算放大电路放大处理后，被传至MC9S12XS128控制单元进行分析计算。
2.软件设计：
2.1车载电磁传感器接收与处理模块的软件设计
根据每个车载电磁传感器检测到的信号大小，采用重心算法计算出公交汽车转向系统应调整偏移量的多少。
测量出每个传感器距离公交汽车纵向中心线的距离，规定左侧距离为负，则右侧距离为正。重心的计算方法为各传感器输出电压信号值与事先测量好的该传感器距离车辆纵向中心线的值相乘，再将8个传感器的计算结果求代数和。
当车辆中心线与地下磁性轨道重合时，由于两侧传感器两两对称，电压信号 值大小对应相等，距离值对应相反，乘积的代数和为零，则重心的偏移量为零，即转向系统不工作，车辆沿直线行驶；当有弯道出现时，车辆左右相对称的传感器检测到的电压不等，重心会向着大电压的一侧偏移，重心偏移量与车辆纵向中心线相对于磁性轨道的偏移量成正比，控制车辆转向系统，使其转向角度与重心偏移量成正比。通过这种方法调整车辆，使其纵向中心线重合于磁性轨道，继而保证了公交汽车沿特定路线行驶的能力。其算法流程图如图4所示。
Claims (4)
1.一种无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，其特征在于，包括：
埋于沿公交汽车行驶路线地下的闭合通电导线，该闭合通电导线产生的20khz的交变磁场构成磁性轨道，用于作为路径导航；
设置在无人驾驶智能公交汽车上的多个车载电磁传感器，车载电磁传感器通过运算放大器连接一个电子控制单元，该电子控制单元与无人驾驶智能公交汽车的转向系统相连接。
2.如权利要求1所述的无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，其特征在于，所述的电磁传感器选用工字型100mH电感。
3.如权利要求1所述的无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，其特征在于，所述的运算放大器选用NE5532芯片。
4.如权利要求1所述的无人驾驶智能公交汽车的磁导航装置，其特征在于，所述的电子控制单元选用MC9S12XS128单片机。
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