作者簡(jiǎn)介
作者：于文泰，段敏等
單位：遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院
摘要：針對(duì)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中車輛跟隨控制特性，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能車輛跟隨控制系統(tǒng)。以CC2430無(wú)線傳感器芯片為核心，采用超聲波測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)采集前車距離，通過(guò)ZigBee協(xié)議將前車與跟隨車組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行識(shí)別、同步、定位信息的無(wú)線傳輸，并能驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊進(jìn)行智能跟隨和控制，實(shí)現(xiàn)汽車的網(wǎng)聯(lián)化、智能化?；谥悄苘嚹＿M(jìn)行了跟隨與控制測(cè)試，結(jié)果表明，采集信息傳輸實(shí)時(shí)、可靠，跟隨控制準(zhǔn)確，與預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)相符，對(duì)ADAS研究和開發(fā)具有一定的工程預(yù)研價(jià)值。

前言
在“智能制造 2025”等時(shí)代科技背景下，汽車尤其是新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為了人們出行的重要交通工具。與此同時(shí)城市道路交通擁擠與堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致道路交通事故時(shí)有發(fā)生。隨著“人工智能”等電子通信技術(shù)的快速發(fā)展，在城市道路尤其是十字交叉口進(jìn)行多車跟隨控制成為了研究熱點(diǎn)。基于此，本文以智能車模為研究對(duì)象和載體，設(shè)計(jì)相應(yīng)道路交通環(huán)境，進(jìn)行多車跟隨控制研究。以 CC2430無(wú)線傳感器芯片為主控芯片，采用超聲波測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)采集前車距離，通過(guò) Zig Bee 協(xié)議將前車與跟隨車組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行識(shí)別、同步、定位信息的無(wú)線傳輸，并能驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊進(jìn)行智能跟隨和控制，實(shí)現(xiàn)汽車的網(wǎng)聯(lián)化、智能化。


1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在前后車上安裝跟隨控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，基于 Zig Bee 無(wú)線協(xié)議在兩車或者多車之間建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)在跟隨車前端安裝超聲波測(cè)距傳感器，用于實(shí)時(shí)采集與前車的距離信息，若與前車距離超過(guò)設(shè)定距離閾值，則進(jìn)行提速跟近，若距離過(guò)近，則進(jìn)行減速行駛，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)跟隨，總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要包括 CC2430 無(wú)線微控制器最小系統(tǒng)電路、電源供電電路、超聲波測(cè)距電路、Zig Bee 無(wú)線模塊接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等各個(gè)具體功電路。

圖 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖


2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
Zig Bee 技術(shù)是最新一代短距離無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其是一組基于 IEEE802.15.4 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制的通信技術(shù)。一個(gè) Zig Bee網(wǎng)絡(luò)主要包括協(xié)調(diào)器、路由器及終端節(jié)點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)采用 TI 公司生產(chǎn)的 CC2430無(wú)線微控制器，因此Zig Bee協(xié)議棧也是基于TI 開源的 Z-Stack 協(xié)議棧。本設(shè)計(jì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)中主要包括 2 部分：

圖 2 Zig Bee 協(xié)調(diào)器（跟隨車）軟件流程圖

（1）協(xié)調(diào)器嵌入式軟件
一個(gè) Zig Bee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè) Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器作為 Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)，具有網(wǎng)關(guān)的作用，它來(lái)建立 Zigbee網(wǎng)絡(luò)，等待其他路由器和終端節(jié)點(diǎn)加入，組成星型、樹型、網(wǎng)狀型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。這里將跟隨車上的 Zig Bee硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)成協(xié)調(diào)器，完成與前車的組網(wǎng)、識(shí)別、前車加入、接收前車車速值信息等功能。該嵌入式軟件包括 5 大模塊：網(wǎng)絡(luò)配置模塊、硬件初始化模塊、網(wǎng)絡(luò)棧事件管理模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理模塊、硬件中斷模塊等。其軟件流程圖如圖2所示。
（2）路由器嵌入式軟件
Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個(gè)路由器或者是終端節(jié)點(diǎn)，考慮到前車與跟隨車在行車時(shí)的速度多變的復(fù)雜工況，這里將前車的 Zig Bee 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)為路由器，使其具有路由和中繼的特性。前車上的路由器節(jié)點(diǎn)上電后執(zhí)行各種初始化后，開始加入跟隨車上的協(xié)調(diào)器創(chuàng)建的 Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)，若加入成功則通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器采集前車車速值，然后通過(guò) Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)將車速信息路由給協(xié)調(diào)器，因此該嵌入式軟件也包括 5 大模塊：網(wǎng)絡(luò)配置模塊、硬件初始化模塊、網(wǎng)絡(luò)棧事件管理模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理模塊、硬件中斷模塊等。系統(tǒng)框圖如圖 3 所示。

圖 3 Zig Bee 路由器（前車）軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

圖 4 跟隨控制測(cè)試實(shí)物圖

在鋪設(shè)的黑白賽道上，基于智能車模進(jìn)行了前后車的跟隨控制測(cè)試，首先跟隨車上電，啟動(dòng) Zig Bee 硬件平臺(tái)進(jìn)行協(xié)調(diào)器配置，同時(shí)進(jìn)行 2.4GHz 信道掃描，完成無(wú)線組網(wǎng)；接著前車上電，啟動(dòng) Zig Bee 硬件平臺(tái)進(jìn)行路由器配置，同時(shí)進(jìn)行加入 Zig Bee 網(wǎng)絡(luò)。的容量及更新困難，從而造成響應(yīng)速度變慢；范圍如果太小，便捷效果又很不明顯。當(dāng)前初步規(guī)劃只能是在同城或者同省范圍內(nèi)逐步實(shí)現(xiàn)，即使是這樣也需要大量的工作，例如停車場(chǎng)信息、修車企業(yè)、洗車店信息的登記與獲取，車主信息錄入及車輛定位等。因此，后期運(yùn)營(yíng)及維護(hù)才是項(xiàng)目重點(diǎn)。

4 結(jié)論
信息技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，合理利用各種開發(fā)環(huán)境和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以給我們的實(shí)際生活帶來(lái)許多幫助，本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于：
（1）創(chuàng)新服務(wù)方式，推出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的集“泊車、洗車、保養(yǎng)、維修、租賃、年檢、保險(xiǎn)”等在內(nèi)的一站式服務(wù)平臺(tái)，用戶只需下載一種軟件，就可以實(shí)現(xiàn)全方位的服務(wù)；
（2）創(chuàng)新新的服務(wù)功能，推出“代停代修”服務(wù)，解決用戶自身停車技術(shù)不高以及時(shí)間不足，可以通過(guò)平臺(tái)呼叫代理的辦法享受相應(yīng)的服務(wù)。 希望這個(gè)服務(wù)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)能夠給更多的人啟發(fā)。