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1、论文原创性声明我以诚信声明： 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉纺织大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同学习的同学对本次写论文做的贡献均会在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者（签字）： 签字日期：20010年 112 月155 日版权使用授权书书武汉纺织大学有有权保存学位位论文的电子子和纸质文档档，可以借阅阅或上网公开开本学位论文文的全部或部部分内容，允允许论文被查查阅，可以向向有关部门或或机构送交并并授权其保存存、借阅或上上网公
2、布本学学位论文的全全部或部分内内容。对于保保密论文，按按保密的有关关规定进行法法律处理。作者（签字）： 签字日期： 年 月月 日指导老师（签字字）：签字日期： 年 月月 日目 录摘要.II一 引 言1（一） 社会背背景及意义1（二） 国内外外研究现状1（三） 设计思思路1（四） 论文组组织结构3二 系统关键键技术分析3（一） 模数转换技技术31. 模数转换换模块（ADC）32. ADC工工作原理43. ADC采采样时间和转转换时间5（二） 寻迹导导航技术8（三） 红外检检测技术9（四） 脉宽调调制技术10三 系统架构构设计11（一） 系统功功能结构设计计11（二） 各模块块功能分析12四 系统
3、硬件件电路设计14（一）稳压电源源电路设计14（二） 模拟光光电传感器电电路设计15（三） 红外避障传传感器控制电电路设计17（四） 声光指指示电路设计计19（五） 电机驱驱动电路设计计19五 系统统测试21（一）系统测试试工具21（二） 测试结结果与分析23结束语25参考文献277致谢29摘要随着人们生活水水平的日益提提高，汽车数数量也与日俱俱增，因此汽汽车的行驶安安全就显得尤尤为重要。介介绍一种基于于单片机Fuusion FPGA AFS6000芯片的汽车防防追尾碰撞报报警系统，他他是自动检测测行进中汽车车前后方障碍碍物的距离，当当达到安全极极限距离时，会会发出声光报报警，提示驾驾驶员进行
4、相相应的操作。给给出该报警系系统的软硬件件设计，实践践证明该系统统有效且准确确。为提高汽车运行行的安全性和和降低碰撞发发生的可能,本文讲述一种种主动型汽车车防追尾碰撞报警系统统。该系统装置将单单片机的实时时控制及数据据处理功能，与与毫米波雷达达的测距技术术、传感器技技术相结合，可可检测汽车运运行中前方、后方障障碍物与汽车车的距离及汽汽车车速，通通过数显装置置显示距离，并并由发声电路路根据距离远远近情况发出出警告声。 关键词：单单片机；碰撞撞；报警；检检测AbstracctWith riising of liiving stanggard,tthe nuumber of caars inncre
5、assed evvery dday,soo carss drivving ssafetyy is pparticcularlly impportannt. Thhe sysstem oof auttomobiile annti-coollisiion allarminng sysstem bbased on siingle Fusioon FPGGA AFSS600-cchip iis inttroducced,itt can auto detecct disstancee fronntage an reear frraise,when reachh crittical securrity d
6、distannce,allarminng of soundd an llight are ggiven,the ssystemm harddware compoositioon anff softtware projeect arre shoowed,EExperiiment resullts prrove vvalidiity annd verracityy.In ordeer to enhannce thhe saffety oof carrs andd reduuce thhe posssibillity oof a ccollission, the ppaper aboutt a pr
7、ro-acttive aanti-vvehiclle colllisioon warrning systeem. Thhe sysstem wwill bbe insstalleed reaal-timme conntrol of thhe miccroconntrolller annd datta proocessiing fuunctioons, aand miillimeeter-wwave rradar rangiing teechnollogy, sensoor tecchnoloogy, ccould be deetecteed in the vvehiclle runnning
8、in frront, the rrear vvehiclle barrrierss and the ddistannce annd vehhicle speedd, thrrough the ssignifficantt numbber off Deviice shhows tthat ddistannce byy disttance voicee circcuits basedd on tthe siituatiion isssued a warrning soundd.Keywordds:singlle chiip commputerr; colllisioon; allarminng;d
9、ettectioon一 引 言（一） 社会背背景及意义为有效降低小汽汽车碰撞事故故的高发率，近近年来广大电电子爱好者始始终都在试图图通过制作模模型的方式，努努力探寻解决决该问题的可可行方案，而而模型制作所所需的硬件基基础尤其成为为解决问题的的关键。第二二届“Actell”杯中国大学学生电子竞赛赛的举办，为为这一问题的的解决提供了了契机，主办办方提供的FFusionn StarrtKit FPGA开开发板上AFFS600芯芯片独特的资资源设计和强强大的执行能能力，为高速公路汽汽车防追尾系系统模型的研研究与实现奠奠定了坚实的的硬件基础。这这一系统研究究的成功将为为汽车安全驾驾驶提供一个个具有价值的
10、的参考，在一一定程度上可可减少或消除除追尾事故的的发生，防止止行车过程中中对行人造成成安全隐患，从从而达到安全全行驶的目的的。（二） 国内外外研究现状通过资料的收集集和网上相关关的查阅，得得知汽车防追追尾的话题在在国内外一直直很受关注。国国内近年来也也出现了轮胎胎气压检测、汽车防追尾仪和防追尾指示灯等汽车防追尾装置的研发与投产，但这类装置有些只为解决由于汽车硬件故障造成防追尾事故而设计，有些装置虽然以发出警示信息等方式，为驾驶者在突发状况下采取应急措施提供条件，但都在很大程度上忽略了人为因素对追尾事故的影响，此外这类装置较高的成本也阻碍其投产与推广。基于Fusioon StaartKitt F
11、PGAA的高速公路路汽车防追尾尾系统模型的的研究将对以以后这类产品品的研究提供供一个更好的的构想。本课课题将以人为为本作为核心心出发点，弥弥补驾驶者因因主观失误造造成事故而设设计。通过进进一步改进可可附加在成品品汽车上，在在整车设计中中可把其作为为一个标准的的汽车电子配配件。随着时时间和技术的的推移，市场场中将会出现现更多汽车安安全类的产品品，但由于市市场接受需要要一个过程，截截止目前，还还没有一个类类似的安全产产品在成品汽汽车上应用。（三） 设计思思路本系统模型采用用两辆智能小小车进行汽车车防追尾的设设计与实现3。智能能小车有两个个电机，后轮轮为驱动电机机，前轮为转转向电机，可可通过PWMM
12、控制电机的的转向和转速速。黑色路径径为智能小车车的识别标志志，模拟高速速公路中的实实际道路。系系统中设计了了两条黑色路路径，一条为为慢车道，另另一条为快速速车道，也就就是超车道。设设计的重点在在路径识别和和智能避障上上，首先要实实现智能小车车在指定的路路线上行驶，之之后实现智能能小车的避障障功能。考虑虑到实际道路路中不同的情情况，系统在在设计中放置置了固定障碍碍物和移动中中的障碍物（车车速较慢的智智能小车2，以以下简称车22），为了能能够更好的体体现路况，着着重对直道、普普通弯道和SS形弯道等33种走向的黑黑色路径做了了设计。黑色色路径识别是是通过模拟光光电传感器来来实现的，根根据光敏电阻阻的
13、阻值随光光强度变化而而变化的原理理，在检测中中取其一端电电压为输出信信号，当模拟拟光电传感器器在跑道上不不同位置时，通通过输出信号号电压的变化化来判断和识识别智能小车车的位置；障障碍物检测是是通过红外避避障传感器来来实现的，在在3-80ccm范围内可可调，可根据据不同的情况况调整其检测测的距离。根根据动量守恒恒原理，速度度越快惯性越越大，所以在在应用中，调调车2的检测测距离为200cm，调车车1（速度较较快的智能小小车，以下简简称车1）的的检测距离为为50cm。系统开发了智能能小车高性能能的仿真平台台，对模拟光光电传感器的的前瞻性能进进行了深入研研究。由于转转向电机、驱动电机和车车身都是高阶惯
14、惯性延迟环节节，从输入到到输出需要一一定的时间，越越早知道前方方道路的信息息，就越能减减小从输入到到输出的滞后后。为了使智智能小车达到到一定速度，模模拟光电传感感器在安装时时，采用了一一定的前瞻性性。前瞻能检测车前方方一定距离的的赛道，在一一定的前瞻范范围内，前瞻瞻越远的传感器方方案，其极限限速度就会越越高，其高速速行驶过程中中对引导线的的跟随精度也也相对较高，系系统的整体响响应性能较好好。因此路径径识别模块将将模拟光电传传感器置于车车身的前方，以以利于更好地地调整车辆的的姿态。 除了车1速度上上的优势和车车2的倒车功功能外，两车车几乎具有完完成相同的功功能。在行驶驶中，将两车车同时放在慢慢车
15、道上，车车1在前车22在后，因为为车1的速度度较快，所以以在行驶过程程中车1必然然会追上车22，这样就模模拟了高速公公路上防追尾尾和超车的功功能，有效的的解决了在同同一车道上，因因为两车速度度的不同而发发生的追尾事事故。因为在在沿途中还放放置有固定障障碍物，模拟拟车坏在路上上或前方道路路维修等情况况，所以车22也追加了避避障功能，这这样使整个模模型显得更具具有说服力。硬件设计以Fuusion StarttKit FFPGA开发发板为核心，结结合自制的电电源电路、数数据采集电路路、电机驱动动电路、声光光指示电路和和车距检测电电路共同实现现要求的功能能。智能小车车通过模拟光光电传感器采采集路径信息
16、息，并将所检检测到信号送送至控制系统统，控制系统统经判断后选选择相应的执执行程序，控控制智能小车车将要执行的的状态。利用用红外避障传传感器检测前前方路面的情情况，当检测测到前方有障障碍物时，小小车将减速或或驶向快速车车道，在快速速车道上能自自动实现加速速超车功能，并并返回慢速车车道。车2还还额外的增加加了倒车功能能，当前端的的模拟光电传传感器检测到到倒车标志时时，小车会自自动停车，并并开启后端模模拟光电传感感器，检测车车后路况信息息，执行倒车车功能；当后后端模拟光电电传感器检测测到停车标志志时，小车停停止，尾灯电电亮，电机关关闭，以示倒倒车完成。智智能小车车速速与转向功能能是通过PWWM调节来
17、控控制的，控制制中心根据外外界路况信息息调节PWMM占空比，实实现小车的智智能控制。（四）论文组织织结构 论文分五部分介介绍整个设计计过程：第一部分主要介介绍课题来源源的背景和课课题研究的社社会意义；分分析国内外类类似课题的研研究状况；对对课题的设计计思路和整个个系统模型的的创新性做了了介绍；概述述论文的整体体结构和各章章节内容要点点。第二部分对系统统中应用的关关键技术做了了分析，主要要包括模数转转换技术、寻寻迹导航技术术、红外检测测技术和脉宽宽调制技术。第三部分结合系系统功能框图图整体描述了了系统的功能能设计，并对对各模块功能能进行了分析析。第四部分介绍了了系统硬件电电路设计，对对系统中各模
18、模块的应用电电路做了较为为详细的分析析。第五部分首先介介绍了系统所所需的测试工工具及其性能能指标，之后后对系统硬件件电路各个模模块进行了测测试，并对测测试结果进行行了较为详细细的分析。二 系统关键技技术分析（一） 模数转转换技术Fusion StarttKit 是基于Acttel 公司司的Fusiion 混合信号FPPGA 而设计的开开发平台，核核心芯片采用用Actell 公司Fusiion 系列60 万门的的AFS6000，该系列列是世界上首首个混合信号号FPGA，将将模拟的ADD、RC 振振荡器、模拟拟I/O、RRTC等融入入到数字的FFPGA 中中，为实现真真正的SOC 提供特有有的解决
19、方案案1。1. 模数转换换模块（ADDC）系统在应用中并并不需要外加加ADC转换换器，结合FFusionn内部的模数数转换功能对对模拟信号进进行采集和处处理。Fussion模拟拟系统的核心心是一个可编编程的逐次逼逼近型（SAAR）模数转转换器ADCC。可通过设设计将其配置置为8位、110位和122位的操作模模式，利用片片内一个322：1的多路路选择器实现现32个采样样通道输入。在在8位操作模模式下，ADDC单个通道道的采样率最最高可达6000kspss，多个通道道同时使用时时，则所有通通道分时采样样，平分采样样速率。ADC与模拟多多路选择器如如图1所示。图图中显示了模模拟Quadd、模拟输入入
20、多路选择器器MUX和AADC的系统统框图，ADDC提供多个个自监测的模模式（例如：监测内核电电压、内部的的温度等）以以保证在上电电和运行期间间的稳定性和和高可靠性。这这些模拟模块块、多路选择择器和ADCC都是通过实实实在在的硬硬件连线连接接在一起。图1 ADCC与模拟多路路选择器2. ADC工工作原理Actel FFusionn 器件中的的ADC是一一个12位逐逐次逼近型（SSAR）ADDC，它内部部主要由采样样保持电路、比比较器、逐次次逼近寄存器器和DAC等等模块组成，采采样保持电路路主要是对外外部模拟信号号进行采样，并并保持采样得得到的模拟信信号，它将和和DAC的输输出结果通过过比较器来比
21、比较，比较器器的输出结果果来控制逐次次逼近寄存器器中的移位寄寄存器是否继继续移位，寄寄存器输出的的结果送给DDAC实现数数字量与模拟拟量转换，最最终又回到原原先的比较器器输入端，构构成一个反馈馈系统，直到到输入电压与与DAC输出出的电压相等等时，移位寄寄存器停止工工作，此时逐逐次逼近寄存存器输出的值值即为最后转转换的数字结结果8。ADDC结构图如如图2所示。图2 ADCC结构图3 ADC采采样时间和转转换时间在ADC的参数数中，采样时时间和转换时时间是使用者者非常关心的的一个参数，它它决定了外部部输入信号的的带宽。在FFusionn的ADC中中，采样时间间和转换时间间是不同的，采采样时间定义义
22、为转换时间间加上ADCC控制器操作作的时间，在在Fusioon中ADCC控制器为AASSC（AADC采样序序列控制器），这这个模块在生生成模拟模块块的时候可以以自动生成9。采样样和转换的时时间示意图如如图3所示，AADC采样和和转换时间描描述如表1所所示。图3 采样和和转换时间示示意图表1 ADCC采样和转换换时间描述名称含义Tsamplee采样保持电路采采样模拟信号号的时间，储储存在输入电电容中，它的的时间（2+STC） ADCCCLKTprescaaler_ssettinng或Tsttrobe当使用电压检测测时并使用PPrescaaler,则则为Tpreecalerr_setttingPP
23、recaller的设置置时间，没有有使用时这个个时间是不存存在的当使用电流或温温度检测时，则则为Tstoorbe选通时间，一一定存在Tacquissitionn_holdd获取和保持时间间，包括Tssamplee和Tpreescaleer_settting或或Tstroobe前两者的时时间，在电压压监控中如果果使用Preescaleer，最小值值为10uss，不使用则则只有Tsaample,在电流和温温度监控中最最小值为5uusTconverrsion转换时间，包括括Tacquuisitiion_hoold和ADDC内部处理理时间TturnarroundADC控制处理理时间，从读读取转换结果果
24、到下次开采采样的时间，根根据控制器的的不同时间也也不同，Fuusion自自带的ADCC控制器IPP为ASSCC，由SmaartGenn软件生成，该该时间与通道道数目、标准准信号个数都都有关系Tsamplee_fusiionFusion的的ADC两次次采样的时间间间隔，从模模拟信号输入入到转换结果果输出并启动动下次采样（1）单通道转转换时间计算算公式：T_conveersionn=t_syync_reead+t_acquiisitioon_holld+t_ddistriib+t_ppost_ccal+t_sync_writee T_conveersionn=SYSCCLK+(2+STCC)ADC
25、CCLK+(Tpresscalerr_settting或Tstrobee)+(88/10/112)ADDCCLK+2ADCCCLK+SSYSCLKKADCCLK=SYSCLLK4(1+TVVC) 其中：t_sync_read= SYSCCLK， 模拟软软IP锁存AADC结果的的时间t_acquiisitioon_holld=Tsaample+( Tprrescaller_seettingg或Tstroobe)=(2+STCC)ADCCCLK+(Tpresscalerr_settting或Tstroobe)， 获取和和保持时间t_distrrib=(88/10/112) AADCCLKK， AD
26、CC内部转换一一次的时间t_post_cal=22ADCCCLK， 后期校校准的时间t_sync_writee= SYSSCLK， 模拟软软IP将ADDC结果锁定定输出的时间间【7】（2）单通道采采样时间和采采样率计算公公式： 单通道道采样时间 Tsammple_ffusionn= T_cconverrsion+ Tturrnarouund 单通道道采样率 Fsammple_ffusionn=1/ TTsamplle_fussion 其中：Tturnnarounnd为ASSC的控控制时间（3）多通道采采样时间和采采样率关系： 假如AADC有多个个通道同时使使用，则总的的采样率为每每个通道的采采
27、样率的和，可可以根据如下下关系计算： 总采样样率=总通道道数目/（每每个通道的TTsamplle_fussion的总总和）每个通道的采样样率=各通道道的Tsammple_ffusionn/各通道TTsamplle_fussion的总总和总采样率111（4）举个例子子：例1：系统时钟钟SYSCLLK=40MMHz，分频频后ADC的的时钟ADCCCLK=110MHz，采采样10位AADC模式，使使用电压监控控，不使用PPrescaaler，无无标志信号，AASSC的处处理时间Tturnarround=0.25uus，则：T_conveersionn=t_syync_reead+t_acquiisi
28、tioon_holld+t_ddistriib+t_ppost_ccal+t_sync_writee =25nss+(2+00) 1000ns+1101000ns+2100nss+25nss =1.455usTsamplee_fusiion=1.45us+0.25uus=1.77usFsamplee_fusiion=11.7uss=588.23kspps例2：假如有33个采样通道道，每个通道道的Tsammple_ffusionn都为10uus，则总的采样率为=3(3100)=3000ksps每个通道的采样样率=(100/30)300kssps=1000kspss表2 采样保保持时间寄存存器(S
29、TCC)STC7:00采样时间= (STC+22) ADCCCLK时钟周周期00000000002个ADC时钟钟周期10000000013个ADC时钟钟周期254111111110256个ADCC时钟周期255111111111257个ADCC时钟周期要实现最高6000kspss的采样率必必须满足一定定的条件，首首先，ADCCCLK必须须达到最高110MHz，选选择8位ADDC模式；其其次，不能使使用Presscalerr以及内部的的数字滤波功功能，也就限限制了外部的的输入电压不不能超过电压压基准源的范范围；第三，没没有设定阀值值变化信号；第四，只能能对电压监控控的条件下才才能达到，在在电流和
30、温度度监控下都无无法实现最高高600kssps的采样样率。(二). 寻迹迹导航技术路径识别是体现现智能小车智智能水平的一一个重要标志志，而传感器器是智能小车车进行路径识识别的关键检检测元件。针针对智能小车车在特殊路劲劲条件下的路路径识别，提提出了基于模模拟光电传感感器的路径识识别方案与基基于数字光电电传感器的路路径识别方案案，并对两种种方案的应用用性能进行了了比较。具体体分析如下：1. 数字式光光电传感器数字式光电传感感器的输出信信号类型为开开关量，所以以也叫开关式式光电传感器器，对应于光电电信号“有”、“无无”受到光照照两种状态，即即输出特性是是断续变化的的开关信号。在在应用中这类类传感器要
31、求求光电元件灵灵敏度高，而而对元件的光光照特性要求求不高。采用用数字式光电电传感器均匀匀分布于车模模前端，但受车模宽宽度限制，分分布后对道路路的探测精度度只能达到117mm左右右，这样赛车车在前进过程程中很难达到到很高的控制制精度和响应应速度。从本本质上讲，数数字式光电传传感器的劣势势就在于它丢丢掉了路径探探测中的大量量信息。 2. 模拟式光光电传感器模拟式光电传感感器的输出量量为连续变化化的光电流，因因此在应用中中要求光电器器件的光照特特性呈单值线线性，光源的的光照要求保保持均匀稳定定2。模拟式光电电传感器的发发射和接收都都是锥角一定定的圆锥形空空间，其电压压大小与传感感器距离黑色色路径标记
32、线线的水平距离离有定量关系系：离黑线越越近，电压越越高，离黑线越越远，则电压压越低（具体的对对应关系与发发光二极管型型号以及离地地高度有关），从从理论上可以以大大提高路路径探测精度度。因此，只只要掌握了传传感器电压和和偏移距离特特性关系，就就可以根据传传感器电压大大小确定各传传感器与黑色色标记线的距距离（而不是是仅仅粗略判判断该传感器器是否在线上上），进而获获得车身纵轴轴线相对路径径标记线的位位置，得到连连续分布的路路径信息。根根据实车试验验，可以将路路径探测的精精度提高到 1mm。这样样传感器采集集的信息就能能保证Fussion FFPGA AAFS6000可以获得精精确的赛道信信息，从而为
33、为提高赛车的的精确控制提提供了保证。模拟式光电传感器寻迹的优点是电路简单、信号处理速度快。在不受外部因素影响的前提下，模拟式光电传感器检测前方距离越远，行驶效率越高，即小车的前瞻性能越好。模拟式光电传感器电压与偏移距离关系示意图如图4所示3。基于上述理论分分析，最终选选择模拟式光光电传感器。图4 模拟式式光电传感器器电压与偏移移距离关系示示意图（三）红外检检测技术车距检测为系统统重要的组成成部分之一，为为了能实现快快速、可靠和和稳定的智能能避障效果，针针对红外避障障传感器的测测距方案与超超声波传感器器的测距方案案的应用性能能做了比较。具具体分析如下下：1.超声波传感感器超声波发生器总总体上可以
34、分分为两大类：一类是用电电气方式产生生超声波，一一类是用机械械方式产生超超声波。它们们所产生的超超声波的频率率、功率和声声波特性各不不相同，因而而用途也各不不相同。超声波测距原理理是由超声波波发射器向某某一方向发射射超声波，在在发射时刻的的同时开始计计时，超声波波在空气中传传播，途中碰碰到障碍物就就立即返回来来，超声波接接收器收到反反射波就立即即停止计时。超超声波在空气气中的传播速速度为3400m/s，根根据计时器记记录的时间tt，就可以计计算出发射点点距障碍物的的距离(s)，即：s=340t/2。超声波传感感器既可以作作为发射器又又可以作为接接收器，传感感器用一段时时间发射一束束超声波，只只
35、有待发送结结束后才能启启动接收，设设发送波束的的时间为T00，则在T0时间内从从物体反射回回的超声波是是无法捕捉的；另外，超声波波传感器具有有一定的惯性性，发射结束后还留留有一定的余余振，这种余余振同样能产生电压信信号，影响系系统捕捉返回回信号。因此，在余余振未消失以以前，是不能启动系系统进行回波波接收。根据据上述两个原原因可知，惯惯性和余振是是影响超声波传感器测距的的重要因素，而而且超声波传传感器电路比比较复杂，信信号处理也具具有一定难度度。此外，超超声波传感器器也容易受到到外界环境的的干扰。 2.红外避障传传感器红外避障传感器器是集发射与与接收于一体体，主要用于于障碍物的检检测。对障碍碍物
36、的感应距距离可以根据据要求通过后后部的旋钮进进行调节。这这种传感器具具有探测距离离远、受可见见光干扰小、价价格便宜、易易于装配、使使用方便等特特点，可以广广泛应用于机机器人避障、流流水线计件等等众多场合。传传感器正常工工作电压为55VDC，输输出电流为1100mA，可可监测380cm范围围内的障碍物物。在所调节节范围内有障障碍物时，信信号管脚将输输出低电平。应应用中并不需需要将其输出出信号进行处处理，可直接接输入主控芯芯片。基于上述理论分分析，最终选选择红外避障障传感器。（四） 脉宽宽调制技术1.采用电阻网网络或数字电电位器调整电电动机的分压压，从而达到到调速的目的的，但是电阻阻网络只能实实现
37、有级调速速，而数字电电阻的元器件件价格比较昂昂贵，更主要要的问题在于于一般电动机机的电阻很小小，但电流很很大，分压不不仅会降低效效率，而且实实现很困难。2.采用继电器器对电动机的的开或关进行行控制，通过过开关的切换换对小车的速速度进行调整整。这个方案案的优点是电电路较为简单单，缺点是继继电器的响应应时间慢、机机械结构易损损坏、寿命较较短、可靠性性不高。3.采用L2998N集成电电路来驱动电电机。L2998N采用由由达林顿管组组成的H型脉脉宽调制（PPWM）电路。PWWM电路由四四个大功率晶晶体管组成HH桥电路构成成，四个晶体体管分为两组组，交替导通通和截止，用用单片机控制制达林顿管使使之工作在
38、开开关状态，根根据调整输入入控脉冲的占占空比，精确确调整电动机机转速。这种种电路由于管管子工作只在在饱合和截止止状态下，效效率非常高。HH型电路使实实现转速和方方向的控制的的简单化，且且电子开关的的速度很快，稳稳定性也极强强，是一种广广泛采用的PPWM调整技技术。L298NN芯片可以驱驱动两个二相相电机，也可可以驱动一个个三相电机，输输出电压最高高可达50VV，可以直接接通过电源来来调节输出电电压，可直接用单单片机的IOO口提供信号号；而且电路路简单，使用用比较方便。通过比较分析，使使用L2988N芯片可充分发挥速度度调制的功能能，能稳定地地驱动直流电机，且且价格不高。使用L2998N时，可可
39、以直接由主主控芯片输出出时序信号，控制电电机的加速、减减速、停止和和刹停，在一定程度度上节省了主控芯芯片 IO口口的使用，控制也不复杂，故故选用L2998N来驱动电机55。三 系统架构设设计（一） 系统功功能结构设计计智能小车系统主主要由电源管管理模块、路路径检测模块块、电机驱动动模块、车距距检测模块、声声光指示模块块和ACTEEL公司的Fussion SStartKKit FPPGA开发板板组合而成，以以黑色路径为为引导，寻迹迹导航行驶。智智能小车能按按指定路线行行驶，在行驶驶过程中能自自动进行加速速、减速、避避障、自动倒倒车以及相应应声光指示。系系统中充分体体现了高速公公路汽车放追追尾的功
40、能，两两辆智能小车车车1和车22，分别仿真真超车和被超超车，两车硬硬件略有不同同，车1前端端装有4个模模拟光电传感感器和一个红红外避障传感感器，主要完完成寻迹避障障功能；车22前端和后端端均安装有44个模拟光电电传感器，可可完成寻迹避避障和倒车功功能，两车的的不同点体现现的前后端有有无模拟光电电传感器上，但但车1在速度度上是大于车车2的。在安安全距离内车车1检测到前前方有障碍物物（行进中的的车2或固定定障碍物）时时，智能小车车红外指示灯灯将点亮，小小车将自动减减速或驶向快快速车道，在在快速车道上上能自动实现现加速超车功功能，并返回回慢速车道，与此同时，蜂鸣器的报警声和对应的转向指示灯会间歇性的
41、闪烁16。车2除了能寻迹迹避障外，还还额外增加了了自动倒车功功能。当前端端的模拟光电电传感器检测测到倒车标志志时，小车会会自动停车，并并开启后端模模拟光电传感感器，检测车车后路况信息息，执行倒车车功能；当后后端模拟光电电传感器检测测到车库停车车标志时，小小车停止，尾尾灯电亮，电电机关闭，以以示倒车完成成。倒车过程程中右侧转向向指示灯与蜂蜂鸣器及其指指示灯将同频频率间歇性进进行声光指示示，直至控制制倒车过程结结束。系统基于Fussion SStartKKit FPPGA开发板板而设计，主主要利用其独独特的模拟部部分和flaash架构设设计构成核心心控制模块，并并结合红外测测距、路径检检测、驱动电
42、电机控制、转转向电机控制制、电源管理理、声光指示示等6个模块块共同实现系系统前述的各各项功能。系系统功能框图图如图5所示示。图5 系统功功能框图（二） 各模块块功能分析1.路径检测路径检测通过模模拟光电传感感器对外界路路况信息进行行实时检测15。模模拟光电传感感器由高亮发发光二极管和和光敏电阻组组成，由于高高亮发光二极极管发射的光光线在黑色路路径和白色跑跑道上反射光光强度的不同同，引起了光光敏电阻接收收光线强度的的变化，通过过变化来确定定小车当前的的位置和应执执行的状态。光光敏电阻的两两端阻值是随随接收光照强强度大小而变变化的，光照照强度越小，两两端的电阻值值越大，电路路中反馈信号号的电压值越
43、越大。当模拟拟光电传感器器的高亮发光光二极管照射射在黑色路径径时，反射光光的强度最小小，得到的反反馈信号电压压值最大。在在同一跑道上上，光线的强强弱与电压信信号值的大小小是成反比的的。模拟光电电传感器检测测到的电压值值经片内模数数转换，程序序判断后，实实现相应的控控制功能。2.红外测距红外测距模块为为系统重要的的一个组成部部分，通过红红外避障传感感器可实现一一定范围内的的障碍物检测测。它是一种种集发射与接接收于一体的的光电传感器器，检测距离离在3cm-800cm范围内内可调。系统统中两辆智能能小车前端均均安装有一个个红外避障传传感器，二者者可检测的距距离不同，车车1红外避障障传感器检测测距离设
44、置为为50cm，车车2检测距离离设置为200cm。在设设定的范围内内，当智能小小车前端的红红外避障传感感器检测到前前方有障碍物物（固定或移移动障碍物）时时，经其内部部处理后将信号号反馈至Fuusion FPGA AFS6000。红外避避障传感器反反馈的信号类类型为开关信信号，检测到到障碍物时，输输出信号为低低电平，否则则为高电平。此此外，红外避避障传感器的的工作状态由由Fusioon FPGGA AFSS600来控控制，控制信信号为低电平平时，红外避避障传感器开开始工作，否否则不工作。3.驱动电机控控制驱动电机控制模模块主要由FFusionn FPGAA AFS6600主控芯芯片和L2998N
45、驱动芯芯片组成。LL298N的的输入端接FFusionn FPGAA AFS6600的信号号输出端，由由Fusioon FPGGA AFSS600来控控制L2988N的输出状状态，从而达达到控制电机机的作用。驱驱动电机的控控制主要体现现在程序的设设计上，通过过改变占空比比，实现智能能小车的加速速、减速、前前进与后退。在在系统中专门门设计了个占占空比调制模模块，可以随随时调整高低低电平的占空空比，实现较较准确的速度度控制，这里里规定“10”为前行，“01”为倒车，“00”为停车。4.转向电机控控制转向电机控制模模块与上述的的速度控制模模块相似，控控制功能主要要由程序实现现，可较准确确的实现智能能
46、小车在行进进过程中前轮轮转向与转动动角度的控制制。通过占空空比调制模块块，由Fussion FFPGA AAFS6000输出信号控控制L2988N的输出状状态，从而控控制转向电机机转动的方向向及其转动角角度的大小。转转向电机占空空比变量越大大，转动的角角度就越大；相反，转向向电机占空比比变量越小，转转动的角度就就越小。5.声光指示声光指示模块主主要由蜂鸣器器和发光二极极管组成，在在避障和自动动倒车过程中中都会伴有相相应的声光指指示。声光指指示电路比较较简单，难点点在控制逻辑辑上，可通过过Fusioon FPGGA AFSS600控制制相应的声光光指示。当红红外避障传感感器在安全距距离内检测到到障碍物时，用用于指示障碍碍物存在的发发光二极管将将点亮，同时时蜂鸣器及其其指示灯将同同频率进行间间歇性鸣响与与闪烁以示报报警。智能小小车遇到障碍碍物时，将会会自动左转，其其左侧转向指指示灯将进行行间歇性闪烁烁，频率与蜂蜂鸣器相同。智智能小车在快快速车道上完完成加速超车车后，自动返返回慢速车道道，