基于GPS定位的自動引導小車設計

許金鋼，常計東，劉思聰，王福心

（華北理工大學電氣工程學院，河北唐山，063000）

基于GPS定位的自動引導小車設計

許金鋼，常計東，劉思聰，王福心

（華北理工大學電氣工程學院，河北唐山，063000）

針對未來汽車的發(fā)展，本文設計了一種無人駕駛的自動引導小車。系統(tǒng)通過GPS定位導航模塊獲得小車的位置，當給定終點位置后，利用坐標比對的方式實現(xiàn)自主導航。通過測試驗證，可以將導航精度控制在10米之內(nèi)。

自動引導小車；GPS；自主導航

0　引言

隨著GPS技術的迅猛發(fā)展，人們對移動載體的定位更加快速、精確，這為實現(xiàn)無人駕駛技術提供了一個平臺。本文以GPS定位技術為基礎，結合通信、自動控制、單片機等技術，設計并開發(fā)出了一輛具有自動引導功能的智能小車，對無人駕駛技術的研究具有重要意義。

1　系統(tǒng)的總體方案設計

以STM32單片機為核心處理器，包括主控系統(tǒng)模塊，電源模塊，GPS定位模塊，GSM通信模塊，電子羅盤模塊，電機驅(qū)動模塊等。上位機軟件采用MFC編程，界面友好、易于操作，通過上位機與智能小車通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的自主導航功能。

2　系統(tǒng)的硬件設計

2.1STM32主控系統(tǒng)模塊

基于小車整體性能的考慮，選用了STM32F103ZET6作為主控芯片，相對于51單片機它高速、低功耗、抗干擾能力強。作為控制系統(tǒng)的核心其功能是采集信息和對數(shù)據(jù)進行處理。

2.2電源模塊

由于系統(tǒng)中的各個電路模塊所需要的工作電壓和工作電流各不相同，因此電源模塊應該包括多種穩(wěn)壓電路。對于7.2V的電源，只進行簡單的濾波處理，防止電壓出現(xiàn)大的波動。5V電源采用三端穩(wěn)壓芯片LM2940，它的優(yōu)點是穩(wěn)壓壓差可以小于500mV。3.3V供電電源由單片機最小系統(tǒng)提供。

圖1　控制程序流程圖

2.3GPS定位模塊

在定位系統(tǒng)中主要采用坐標比較來實現(xiàn)汽車的自主導航。當上位機設定目的地后，由上位機生成導航路徑。根據(jù)該路徑，每隔10米或遇到轉(zhuǎn)彎處，記錄一個坐標點，通過讀取GPS定位模塊信號來確定當前坐標點，即小車的當前位置。將當前位置與采集到的坐標點依序進行坐標比對，確定小車的行進方向，并不斷與終點坐標比較確定當前位置與目的地的距離，直到當前坐標值與終點坐標的差值在設定范圍內(nèi)時，即認為到達目的地，小車停下，導航結束。

2.4GSM通訊模塊

GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，并且它具有獨立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。它的傳輸速度快， 數(shù)據(jù)的傳輸價格便宜， 有雙向傳輸?shù)墓δ埽煞奖愕貙崿F(xiàn)對設備的信息采集和遠程控制，因此使用GSM作無線通訊是十分合理的。在本系統(tǒng)中它與單片機的串口相連接，用于接收上位機發(fā)送來的導航路徑信息。

2.5電子羅盤模塊

電子羅盤模塊選用的是霍尼韋爾HMC5883L，它是一種表面貼裝的高度集成模塊，帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片。HMC5883L 包括最先進的高分辨率磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路。在本系統(tǒng)中通過I2C總線與STM32單片機連接，通過比較傳輸數(shù)據(jù)的方位角進行轉(zhuǎn)彎角的判斷，同時在GPS信號較差的情況下輔助進行方向判別。

2.6電機驅(qū)動模塊

驅(qū)動電路為小車電機提供控制和驅(qū)動，電路要求能夠通過較大的電流。采用H橋驅(qū)動電路，基于HIP4082芯片設計，支持最大電流值為150A，電壓范圍為5～30V，測試表明該模塊有較好的驅(qū)動能力。

3　軟件部分

3.1控制程序設計

程序中通過GPS定位導航系統(tǒng)獲得小車的位置，并將位置信息實時傳輸?shù)缴衔粰C上。當給定終點位置后，利用上位機軟件規(guī)劃路徑，并將路徑信息發(fā)送給單片機，使小車按照規(guī)劃的路徑行駛，實現(xiàn)自主導航。主程序軟件流程如圖1所示。

3.2上位機界面

上位機界面采用MFC編寫，此操作界面易于設置，可以適合不同類型的硬件系統(tǒng)。操作界面易于操作，只需要輸入目的地的坐標，就會自動規(guī)劃出導航路徑，然后將相應信息發(fā)送給單片機，通過單片機內(nèi)部運算從而控制小車實現(xiàn)自主導航。

4　結束語

本系統(tǒng)完成了硬件和軟件設計，通過測試獲得了較滿意的結果，將小車放在華北理工大學校園的道路上進行測試，定位誤差小于10米。

［1］ 宋潔.無人駕駛智能車路徑引導的研究［D］.西安：西北工業(yè)大學，2013.

［2］ 楊帆.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和展望［J］.上海汽車.2014（03）：35-40.

［3］ 郭俊杰.無人駕駛車GPS自主導航系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［D］.西安：長安大學，2014.

Design of Automatic Guided Vehicle Based on GPS Positioning

Xu Jingang，Chang Jidong，Liu Sicong，Wang Fuxin
（College of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063000，China）

Aim at the future development of vehicle，we have designed an automatic guided vehicle which the position of the vehicle is obtained through the GPS positioning and navigation modular.The autonomous navigation system is realized by the way of the coordinate comparison when the final position is given. The accuracy of navigation can be controlled within 10 meters through the precise validation.

automatic guided vehicle；GPS；autonomous navigation

項目：華北理工大學2015年校級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目，項目編號X2015186