查懿倫

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)有的老年代步車(chē)功能上進(jìn)行智能化改造，在現(xiàn)有的功能基礎(chǔ)上增加避障功能、自動(dòng)巡航功能、電池管理系統(tǒng)等功能。其中避障功能采用超聲波檢測(cè)障礙物，使其遇到障礙物時(shí)能減速或停車(chē)。自動(dòng)巡航功能通過(guò)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使得車(chē)輛的行駛速度固定在某一個(gè)數(shù)值。防盜功能是在車(chē)輛上裝上傾角傳感器，當(dāng)車(chē)輛被移動(dòng)時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)的加速度與角速度，當(dāng)測(cè)量的速度超過(guò)某個(gè)固定數(shù)值時(shí)，即可人為車(chē)輛被移動(dòng)，從而車(chē)輛發(fā)出聲音警報(bào)。電池管理通過(guò)使用專(zhuān)用的電源芯片，編寫(xiě)程序來(lái)進(jìn)行電池的電量顯示、充放電等功能。

【關(guān)鍵詞】車(chē)載智能管理系統(tǒng);超聲波避障;自巡航;傾角傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)： TP391.44;TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）25-0031-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.014

Design of on-board Intelligent Management System Based on Elderly Scooter

ZHA Yi-lun

（School of electrical and electronic engineering，chongqing university of technology，Chongqing 400054，China）

【Abstract】Based on the existing functions of elderly mobility vehicles，intelligent transformation is carried out.On the basis of the existing functions，obstacle avoidance function，automatic cruise function，battery management system and other functions are added.The obstacle avoidance function adopts ultrasonic detection to slow down or stop when encountering obstacles.The automatic cruise function fixes the vehicle's speed at a certain value by limiting the motor speed.The anti-theft function is to install an inclination sensor on the vehicle.When the vehicle is moved，the sensor will detect the corresponding acceleration and angular velocity.When the measured speed exceeds a certain fixed value，the human vehicle can be moved，and the vehicle will issue sound alarm.Battery management through the use of a special power chip， write a program to display the battery power，charge and discharge functions.

【Key words】Vehicle intelligent management system;Ultrasonic obstacle avoidance;Since the cruise;Dip sensor

0 引言

作為老年代步車(chē)，避障是老年代步車(chē)在行駛過(guò)程中必須要解決的問(wèn)題[1]。常見(jiàn)的老年代步車(chē)避障有紅外避障和超聲波避障。紅外避障檢測(cè)范圍小，而且容易受到各種類(lèi)型光源的干擾;而超聲波避障檢測(cè)距離較廣，超聲波模塊與舵機(jī)相連還能檢測(cè)來(lái)自不同方向的障礙物，檢測(cè)范圍寬，檢測(cè)距離長(zhǎng)，不易受到外界其他因素干擾，是一種避障的好方法[2]。

目前，關(guān)于老年代步車(chē)在超聲波避障方面的研究相對(duì)比較多，其中大多數(shù)研究是從電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理、調(diào)速方案、測(cè)距原理方面等分析。

自巡航功能是老年代步車(chē)中較為重要的一個(gè)功能。常見(jiàn)的自巡航功能是通過(guò)在老年代步車(chē)上安裝一個(gè)車(chē)距傳感器，車(chē)距傳感器持續(xù)掃描前方車(chē)輛道路，當(dāng)檢測(cè)到行駛道路上存在速度更慢的車(chē)輛時(shí)，自巡航系統(tǒng)會(huì)降低車(chē)速并控制前方車(chē)輛的間隙。當(dāng)檢測(cè)到行駛道路上不存在車(chē)輛時(shí)，自巡航系統(tǒng)將加快車(chē)速使之回到原來(lái)的速度。該系統(tǒng)是通過(guò)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使車(chē)輛的行駛速度固定在某一數(shù)值上，以保障老年代步車(chē)的安全性。

防盜功能也是老年代步車(chē)中不可或缺的功能之一，在老年代步車(chē)中增加一個(gè)傾角傳感器也是實(shí)現(xiàn)防盜功能的主要手段之一。其中傾角傳感器大致有三類(lèi)[3]，擺式傳感器，利用角速度積分的傳感器和多種傳感器組成的復(fù)合式傾角傳感器。其中擺式傳感器又可以根據(jù)擺的不同而分為固體擺式跟液體擺式以及氣體擺式，通常，固體擺式傳感器是最常使用的傾角傳感器。在該系統(tǒng)中選擇的是利用角速度進(jìn)行積分的傾角傳感器[4]，車(chē)輛被移動(dòng)時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)的加速度與角速度，當(dāng)測(cè)量的速度超過(guò)某個(gè)固定數(shù)值時(shí)，即可人為車(chē)輛被移動(dòng)，從而車(chē)輛發(fā)出聲音警報(bào)。

1 車(chē)載智能管理系統(tǒng)的組成與各功能的原理

該車(chē)載管理系統(tǒng)主要包括以下幾部分：避障系統(tǒng)、自巡航系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)。

1.1 超聲波避障系統(tǒng)

超聲波檢測(cè)過(guò)程：在老年代步車(chē)的車(chē)頭正中間加一個(gè)超聲波避障模塊，該避障模塊是一個(gè)有發(fā)射器與接收器的傳感器。當(dāng)發(fā)射器發(fā)射出超聲波被障礙物接收時(shí)，會(huì)被障礙物將聲波反彈至接收器上，然后通過(guò)超聲波避障模塊將接收器接收到的聲波傳送至避障控制器進(jìn)行信號(hào)的處理得到避障信號(hào)，避障信號(hào)又通過(guò)電路將信號(hào)傳遞至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并且使舵機(jī)控制轉(zhuǎn)向，最后將處理好的信號(hào)發(fā)送給老年代步車(chē)，使得老年代步車(chē)能得以正常的運(yùn)行，最終起到避障的功能。主要是根據(jù)聲音在空氣中的傳播速度為340m/s，時(shí)間t為發(fā)射器發(fā)射超聲波到接收器接收超聲波的時(shí)間差？駐t，根據(jù)S=V·？駐t/2，即可求出避障物到代步車(chē)之間的距離。

1.2 自巡航系統(tǒng)

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)就是在老年代步車(chē)前部安裝一個(gè)車(chē)距傳感器，用車(chē)距傳感器掃描前方的路段，同時(shí)再用輪速傳感器收集信號(hào)。將信號(hào)傳遞給PID控制器里，然后PID控制器又將信號(hào)傳遞給被控對(duì)象，最后再傳遞給老年代步車(chē)。其中使用PID控制器是因?yàn)镻ID控制可以適應(yīng)各種控制對(duì)象，只要參數(shù)穩(wěn)定合適，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制，穩(wěn)定性好。自巡航原理圖如圖2所示。

1.3 防盜系統(tǒng)

防盜系統(tǒng)是在老年代步車(chē)上安裝傾角傳感器，利用傾角傳感器在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部雖然無(wú)法測(cè)量其速度，但是可以測(cè)量加速度，且在初速度已知的情況下，利用積分算出線(xiàn)速度，進(jìn)而計(jì)算出直線(xiàn)位移，當(dāng)位移達(dá)到一定的值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，從而起到防盜的作用。當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)，即側(cè)面跟垂直方向沒(méi)有加速度作用，那么作用在其表面的就只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏度之間的夾角就是傾斜角，其中傾角傳感器的角度計(jì)算公式可大致記為：

2 車(chē)載智能管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要由以下幾部分構(gòu)成：主程序控制，輪速傳感器的檢測(cè)的程序，超聲波避障程序，中斷程序等幾大部分構(gòu)成，其軟件流程圖如圖3所示。

3 車(chē)載智能管理系統(tǒng)測(cè)試

車(chē)載管理系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果可以在車(chē)載智能管理系統(tǒng)的界面上看到，界面上可以顯示出路況的實(shí)物照片，以及行駛里程數(shù)。車(chē)載智能管理系統(tǒng)的界面是由android studio軟件設(shè)計(jì)，該軟件主要是用來(lái)開(kāi)發(fā)各種android的游戲跟android app。運(yùn)用android studio開(kāi)發(fā)的車(chē)載智能管理系統(tǒng)，可用來(lái)顯示自巡航跟避障的結(jié)果，還可實(shí)現(xiàn)緊急聯(lián)系人的設(shè)置等，實(shí)物圖如圖4。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)可得，在此次基于老年代步車(chē)的車(chē)載智能管理系統(tǒng)中，增加的超聲波避障功能，自巡航與防盜功能對(duì)車(chē)載智能管理系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的作用，其他的實(shí)用性功能還可以繼續(xù)探索跟研究，讓車(chē)載智能管理系統(tǒng)更加完善。

【參考文獻(xiàn)】

[1]尚建榮，黃海燕，王福杰.基于LPC1769的智能小車(chē)設(shè)計(jì)[J].微電機(jī)，2014，47（10）：76-78.

[2]張萍.超聲波避障智能小車(chē)的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2017，38（9）：40-43.

[3]張維勝.傾角傳感器發(fā)展與原理[J].傳感器世界，2002，8：18-21.

[4]高國(guó)偉.傾角傳感器[J].傳感器世界，1995，8：29-38.

[5]谷文豪，王洪亮，皮大偉，等.基于傾角傳感器的坡道角度識(shí)別研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36（6）：566-572.