Abstract
According to requirements of the Fifth Freescale Cup National Undergraduate Smart Car Contest, the hardware system design proposal of the smart car guiding by MR sensor is proposed in this paper. In this paper, the general structure of the smart car system is introduced briefly. Further, the design and implementation of the hardware system based on MR sensor in detail including power modules, motor drive modules, memory modules and human interface module. Finally, the functional modules are testified as well as the whole system. The results show that using the MR sensor to guide the car can achieve the requirements of the competition.
Keywords Smart Car MCU MR Sensor
V
第一章 引言
1.1 课题研究背景及意义
智能汽车就是一种无人驾驶汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶[25]。它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人一车一路”闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性。现代无人驾驶汽车以汽车工业为基础，以高科技为依托，遵循由低到高、由少到多、由单方面到多方面、螺旋上升的规律发展。其横向发展离不开各种用途的实际需要，而其纵向发展的生命力在于持续不断的技术创新。
1.2 智能车发展概况
达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，目前在可行性和实用性方面，美国和德国走在前列。我国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚，但是经过不懈努力也取得了丰硕的成果
在20世纪80年代，美国就提出自主地面车辆(ALV)计划，这是一辆8轮车，能在校园的环境中自主驾驶，但车速不高。
1995年，一辆由美国卡耐基梅隆大学研制的无人驾驶汽车Navlab—V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。在全长5000 km的美国州际高速公路上，整个实验96％以上的路程是车辆自主驾驶的，车速达50—60 km／h。尽管这次实验中的Navlab—V仅仅完成方向控制，而不进行速度控制(油门及档位由车上的参试人员控制)，但这次实验已经让世人看到了科技的神奇力量。
2005年，美国国防部“大挑战”比赛上，最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆大众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛，第一个到达了终点。在赛道上，无人驾驶汽车需要穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行使，整个行程无人驾驶汽车需要
1
第五届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
绕过无数个障碍[33]。
在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司，最近推出了其研制的无人驾驶汽车。这辆无人驾驶智能汽车由德国大众汽车公司生产的帕萨特2．0改装而成，外表看来与普通家庭汽车并无差别，但却可以在错综复杂的城市公路系统中实现无人驾驶。行驶过程中，车内安装的全球定位仪随时获取汽车所在准确方位的信息数据。隐藏在前灯和尾灯附近的激光扫描仪是汽车的“眼”，它们随时“观察”汽车周围约183 m内的道路状况，构建三维道路模型。除此之外，“眼”还能识别各种交通标识，如速度限制、红绿灯、车道划分、停靠点等，保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。最后由无人驾驶汽车的“脑”——安装在汽车后备厢内的计算机，将两组数据汇合、分析，并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换档、加速、转弯、刹车甚至倒车。在茫茫车海和人海中，它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人，从容前行。
我国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚。国防科技大学从20世纪80年代开始进行该项技术研究。1989年，我国首辆智能小车在国防科技大学诞生，这辆小车长100 cm、宽60 cm、重175 kg，有3个轮子，前轮是一个导向轮，后边有两个驱动轮。它包含了自动驾驶仪、计算机体系结构、视觉及传感器系统、定位定向系统、路径规划及运动控制系统，还有无线电通信、车体结构及配电系统。1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。2000年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76 km，创下国内最高纪录。其智能控制系统主要由3部分组成：传感器系统、自动驾驶仪系统和主控计算机系统。
由上海和欧盟科学家合作的中国城市交通中的无人驾驶技术(Cyberc3)项目取得了阶段性成果，首辆城市无人驾驶车在上海交通大学研制成功。“无人驾驶
2
第一章 引言
技术”主要依靠车上的5个“器官”来保证。首先是位于车头上的俯视摄像头，它是车辆的“眼睛”，能够准确识别地上的白线，从而判断前进方向。在“眼睛”的一旁，一个凸出车头的激光雷达就像车辆的“鼻子”，随时“嗅”着前方80 m范围内车辆和行人的“气息”。而在车辆的左右两侧，两只超声传感器就像车辆的“耳朵”，倾听着四面八方的声音。除了用“眼睛”指挥前进外，该车还可以通过另一种方式——用一只无形的“手”来感知地面的磁性物体，从而判断前进方向，而这只“手”就是位于车头底部的磁传感器。但这种方法需要在车辆运行的道路上埋入磁钉。最后的“器官”便是车辆的“脑”了，位于远处的遥控指挥中心是车辆的“大脑”，通过无线传输向车辆下达特殊指令；而车辆内部的计算机则是它的“小脑”，通过汇聚“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”、“手”所得到的信息来避开周围车辆和行人。再配合程序中设计好的各景点的位置，无人驾驶车便能顺利地将乘客送到他们想去的地方[34]。
1.3 智能车主要关键技术
无人驾驶汽车开发的主要技术有两个方面：车辆定位和车辆控制技术。这两方面相辅相成共同构成无人驾驶汽车的基础。 1.3.1 车辆定位技术
车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础。目前主要的定位技术有电缆导航、电磁导航、激光导航、GPS导航。
(1) 电磁传感器导航技术要点
该技术的实现方法是在车辆将要经过的道路下埋设磁铁（每个相距一定的间隔）。当车辆经过磁铁时，可以对位置进行检测和校正。这项技术的优点是可以减低对基础设施的要求，但是车体的制造费用将会提高。也可以通过软件对智能车辆的运行轨道进行调整，因为并不要求轨迹通过每个磁铁。
(2) 电磁传感器导航优缺点
电磁导航是目前最成熟可靠的方案，现大多数均采用这种导航技术。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响，即使风沙或大雪埋没路面也一样有效，而且便于维护。另外，通过变换磁极朝向进行编码，可以向车辆传输道
3