基于ID卡定位的智能汽车自主导航系统设计

许金钢，牛珊珊，唐晓伟，周亚罗

（华北理工大学电气工程学院，河北唐山，063000）

基于ID卡定位的智能汽车自主导航系统设计

许金钢，牛珊珊，唐晓伟，周亚罗

（华北理工大学电气工程学院，河北唐山，063000）

基于智能汽车的发展，本文设计了一种智能车的自主导航系统。该系统以ID卡定位为主导，模拟GPS系统来实现自主导航功能，以达到小车寻迹到达指定位置的目的。通过调试，小车可根据路面情况进行寻迹避障和定位，导航精度在3厘米之内。

自主导航系统；ID卡定位；寻迹

0 引言

随着社会的快速发展，小车越来越普及，并且成为人们生活中必不可少的交通工具，研究小车自主导航系统，是对小车性能提出的更高的要求。系统以ID卡识别定位为基础，实现了自主寻迹、红外避障、准确定位的功能。小车自主导航系统的发展是时代进步的要求，也是汽车行业未来发展的一个很好趋势。

1 系统的总体方案设计

自主导航系统是在实验室条件下研究小车的自主驾驶导航问题。以模型小车代替汽车，在2m*3m的泡沫板上规划网格形式的路径代表实际公路网，每个交叉点埋ID卡扣，用来表示实际地理坐标。首先设定终点坐标，然后在道路上任一点启动小车，小车通过寻迹功能会沿当前道路行进，当到达路口时读取路口坐标信息，与终点坐标比对，规划出行进方向。每到达一个路口，进行一次坐标比对，直到与终点坐标匹配，小车到达目的地，停止导航和行进。小车在行驶过程中可以实时显示终点坐标和当前坐标，当道路上有障碍物时，可以合理躲避。

2 硬件介绍

2.1 ATmega128芯片

基于对系统的性能和成本考虑，本系统采用ATmega128A作为主控芯片。ATmega128A是ATMEL公司的8位系列单片机的较高配置的一款单片机，稳定性极高，它具有高可靠性、功能强、高速度、低功耗、高性价比等优点，被广泛的应用在了汽车电车管理、门禁系统、遥控器、智能家居、以及计量电表等领域。

2.2 ID卡识别定位模块

ID卡全称为身份识别卡（Identification Card），是一种不可写入的感应卡，含固定的编号。ID卡是“感应式磁卡”，卡内除了卡号外，无任何保密功能，其“卡号”是公开、裸露的。我们在每一个路口会安放相应的ID卡，并且通过软件设计给其赋予相应的坐标值，系统通过线圈来读取ID卡卡号，然后与目的地坐标进行对比，每读一次卡，比较一次，直到坐标值相等汽车停下，导航结束。

2.3 直流电机和舵机驱动模块

本设计采用L298作为驱动芯片驱动直流电机和舵机。它的最大的输出电流是2A。1个芯片里包含了2个H桥，可以驱动两个电机实现正反转。本系统中，直流电机用来驱动小车前进，舵机用来控制转向。

2.4 光电寻迹模块

RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。该模块用于自主寻迹，控制小车沿给定路线前进。

2.5 数码管显示模块

数码管显示模块采用一块四位一体的数码管，利用一片具有串并转换功能的芯片74HC595驱动，采用动态显示方法，既提高了显示效率，又节省了IO口资源。小车行进过程中，数码管显示模块实时显示小车的终点坐标和当前坐标。

2.6 红外避障模块

当检测到障碍物时，红外光敏二极管接收到反射回来的红外光，其输出立即发生高低电平转换，该信号经放大器放大后送到单片机进行分析处理。然后将处理后的结果发送到电机驱动模块，进行校正。控制小车作出相应的向左或向右的规避动作。

图1 控制程序流程图

3 软件介绍

本系统主要是通过以ATmega128单片机为核心控制模块来实现汽车的自主导航。单片机系统依据RPR220探测器寻迹时会产生电平变化，从而驱动舵机转动不同角度，实现了小车的自主寻迹功能。在此基础上我们设定目的地的坐标，使用ID卡读取当前汽车的坐标，通过当前坐标与目的地坐标进行对比，来控制汽车的走向，准确的实现汽车的自主导航。到达指定位置汽车的语音芯片会发出声音，进行提示。程序流程如图1所示。

4 结束语

本系统完成了自主导航系统的硬件和软件设计，经测试小车能根据设置的终点坐标准确避开铁块、水瓶等障碍物到达目的地，到达目的地时误差在3厘米之内。

[1]杨帆.无人驾驶汽车的发展现状和展望[J].上海汽车.2014(03)：35-40.

[2]宋洁.无人驾驶智能车路径引导的研究[D].西安：西北工业大学,2013.

[3]尹念东.智能车辆的研究及前景[J].上海汽车.2002.2.

[4]陈铁军.智能控制理论及应用[M].北京：清华大学出版社,2009.1.

Autonomous Navigation System of intelligent vehicle based on ID card positioning

Xu Jingang,Niu Shanshan,Tang Xiaowei,Zhou Yaluo
(College of Electrical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei,063000)

Based on the development of intelligent vehicle, an autonomous navigation system of intelligent vehicle is designed in this paper.To achieve the purpose of the car tracing to designated position，this system employs ID card positioning as dominant element;simulates GPS system to realize the autonomous navigation function.By debugging，the car is able to avoid obstacles by tracing and to fix position. What’s more，the navigation accuracy can be controlled within 3 centimeters.

Autonomous Navigation System;ID card positioning;tracing

许金钢（1978），男，硕士，讲师，研究方向：机电一体化技术。

周亚罗，女，华北理工大学副教授，研究方向：复杂系统的建模与控制。