無人駕駛車輛終端控制的研究

　　無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。無人駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發(fā)展的產物，也是衡量一個國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標志，在國防和國民經濟領域具有廣闊的應用前景。

　　從20世紀70年代開始，美國、英國、德國等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究，目前在可行性和實用化方面都取得了突破性的進展。我國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究，國防科技大學在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。

　　2005年，首輛城市無人駕駛汽車在上海交通大學研制成功，該車有望于兩年之內率先在上海世紀公園進行示范運營，并在2010年世博會上一展身手。到時游客只需在公園的入口處按下一個按鈕，一輛沒有司機的四座敞篷汽車就會從遠處開過來緩緩停下，然后搭載著乘客前往他們想去的景點。

　　1 系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心和無人駕駛車輛終端構成，如圖1所示，而無人駕駛車輛終端又包含GPS，GIS，GPRS等部分：

　　（1）GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）是利用24顆人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網，可以向地球不斷發(fā)射定位及時間信號。地球上的任何一個GPS接收機，只要接收到4顆以上的衛(wèi)星信號，經過計算處理后就可報出GPS接收機的位置（經度、緯度、高度）、時間和運動狀態(tài)（速度、航向）。本系統(tǒng)采用GPS是為了使車輛在行駛過程中能夠準確顯示自己的位置。

　　GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P（Y）碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。

　　（2）GIS（Geography Information System，地理信息系統(tǒng)）GIS是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。這是GIS的本質，也是核心，是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析和可視化表達的信息處理和管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，他與GPS模塊相結合，以地理空間數據為基礎，在計算機系統(tǒng)中提供動態(tài)的電子地圖，可以實時將交通信息通過GIS界面友好地顯示給用戶。

　?。?）GPRS，通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service）的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業(yè)務。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸的方式不同，是以封包（Packet）式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps，是在GSM（（Global System）全球移動通信系統(tǒng)的網絡基礎上疊加的一個專業(yè)的高速數據通信網絡，共用GSM頻率（900／1 800 MHz）。共享GSM網絡絕大部分基礎設施?？梢越尤嘶赥CP／IP的外部網絡，具備了Internet所能提供的一切功能。本系統(tǒng)采用GPRS作為車載終端與監(jiān)控端無線通信橋梁，主要是考慮到他有資源利用率高、傳輸速率高、接人時間短、網絡覆蓋面廣等幾個優(yōu)勢。

　?。?）射頻識別讀卡器。射頻識別技術又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸，在交通系統(tǒng)一般用于高速公路站上不停車收費，車牌自動識別或者停車場定時收費等。這些系統(tǒng)是將標簽放置在車載終端上，在地面上安裝天線、射頻模塊和計算機，利用射頻模塊中讀寫器來進行一定范圍內的射頻識別。射頻識別模塊通過裝有標的車輛接近傳感器來判別是否有車輛通過。識別模塊在一定區(qū)域內產生微波信號，當車輛進入該識別區(qū)域時，就能激活標簽。標簽將數據反射給識別模塊，射頻讀寫器完成數據讀取。

　　2 車輛終端硬件構成

　　車輛終端由GPS接收模塊、GPRS接收設備、主控制模強、讀卡器模塊、顯示模塊和輸入操作模塊構成，系統(tǒng)框架如圖2所示。

　　（1）自主懸掛式獨軌車體上裝有嵌入式控制系統(tǒng)，主要用于對整個車輛的控制以及各個模塊之間的調度。主控制模塊芯片采用了飛利浦公司生產的LPC2000 系列處理器，該系列產品是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，并帶有0／128／256kB嵌入的高速片內FLASH存儲器。片內128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使得32位代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。

　　通過在該系列處理器芯片的基礎上擴展一系列完整的通用外圍器件，使系統(tǒng)硬件成本降到最低，并且根據設計需要再進行裁減，就能為本車載系統(tǒng)提供一個低功耗、低成本、高性能的方案。

　　（2）該系統(tǒng)以GPRS無線傳輸方式與因特網保持連接，與軌道交通信息網站交換數據。本系統(tǒng)采用了BenQ公司生產的M22模塊，他符合ETSIGSM phase 2+標準和 AT指令集，支持GSM語音數據傳真短消息和GPRS數據傳輸。

　　（3）顯示模塊主要是用來顯示車輛行駛狀態(tài)，包括地理信息位置，路徑采集情況等。本系統(tǒng)采用TFT6758液晶顯示模塊，工作電壓為3.3 V，內帶白光LED背光燈。由于液晶模塊內部包含了HD66781和HD66783液晶控制驅動，因此他可以直接使用8位、16位或者18位總線方式與控制器相連接。

　　（4）輸入模塊功能是通過按鈕查閱通過讀卡器接收到終端的路徑信息。

　　（5）GPS模塊用來對車輛進行定位。本系統(tǒng)采用M12定位模塊，Motorola公司生產的導航設備，具有很低的功耗，支持RTCM （Radio Technical Commission forMaritime）格式的差分功能，采用NAEA0183格式輸出。該接收器在 汽車定位和調度系統(tǒng)中應用廣泛。