基于DSP的划线车定位系统的研究

论文摘要

近年来，我国高等级公路的建设高速发展，公路的发展必然带动对公路养护的需求，公路划线是这些需求中的重要部分。道路交通标线是由标划于路面上的各种线条、箭头、文字、立面标记、突起路标和轮廓标等构成的交通安全设施，它的作用是管制和引导交通。过去的划线工作多为人工手动完成，现在已有的划线设备虽然能提高工作效率，但仍然存在车辆自行能力差，操作工人工作条件差，价格昂贵等诸多缺点。因此，研究开发智能型公路自动划线系统具有十分重要的现实意义。本文主要研究智能划线车在公路上的定位技术，采用超声波测距定位方式，即用超声波测量距离路边参照物的距离，来判定车辆在道路中的位置变化。超声波的产生、发射和接收均采用超声专用芯片LM1812，它简化了系统的设计过程，也减少了电路设计中的干扰，增加了系统的稳定性。超声波测距系统的发送和接收控制采用TI公司的TMS320LF2407 DSP芯片。该芯片是TI公司专门针对电机控制设计的控制器，它集高速运算与面向电机的高速控制能力于一体，可以软件取代模拟器件，实现控制系统的全数字化，并可方便的修改控制策略和参数，同时又兼具故障检测、自诊断和上位机管理与通信等功能。系统采用TMS320LF2407芯片作为主要的控制系统，一方面是考虑DSP的快速运算和处理数据的功能，另一方面是出于与后续的驱动电机相配合。系统经调试和实验验证，测距系统可以证明达到预期的设计效果。本研究还为系统设计了相关的外围电路，以保证系统的测距精度和充实整个划线车系统的功能。以模拟的理想环境、模拟的护栏以及真实路牙进行实验，经过静态的测量，测量数据分析，得到了测距系统的量程、测距精度以及测量护栏和路牙的最佳位置；在运动中模拟实际的测量情况，实验结果表明，在运动条件下，可以以护栏作为参照物进行车辆定位，而以路牙为参照物的可操作性不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国公路发展现状
• 1.2 公路标线的作用
• 1.3 公路划线现状
• 1.4 论文的研究目的和意义
• 第二章 超声波测距原理及方法
• 2.1 超声波测距原理与特征
• 2.1.1 超声波的测距原理
• 2.1.2 超声波传感器的特征
• 2.2 测距公式的修正
• 2.2.1 系统的精度要求
• 2.2.2 超声测距误差
• 2.2.3 在空气中对声速进行修正
• 2.3 测时方法
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 超声波发射及接收电路
• 3.1.1 脉冲调制C类振荡器
• 3.1.2 接收器
• 3.1.3 脉冲检测电路
• 3.1.4 LM1812的内部框图及特性
• 3.1.5 LM1812的特点
• 3.1.6 超声波发送接收电路
• 3.2 DSP控制系统
• 3.2.1 TMS320LF2407简介
• 3.2.2 TMS320LF2407的特点
• 3.2.3 TMS320LF2407的电路图
• 3.3 温度补偿电路
• 3.3.1 DS18B20介绍
• 3.3.1.1 DS18B20的特点
• 3.3.1.2 DS18B20的内部结构
• 3.3.2 DS18B20的测温原理
• 3.3.3 DS18B20与DSP的接口设计
• 3.3.4 DS18B20的使用
• 3.3.5 DS18B20的精确延时问题
• 3.4 LCD显示
• 3.4.1 HD44780U介绍
• 3.4.2 HD44780U与DSP的连接
• 3.5 键盘
• 3.6 电源系统和复位电路
• 3.6.1 系统电源
• 3.6.2 DSP电源和复位电路
• 3.7 JTAG电路
• 3.7.1 JTAG电路
• 3.7.2 JTAG电路接线图
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 DSP系统软件开发工具
• 4.1.1 软件开发工具
• 4.1.2 C语言和汇编语言的混合编程
• 4.1.3 CCS开发界面
• 4.2 DSP系统软件设计方案
• 4.3 程序模块功能的实现
• 4.3.1 系统初始化
• 4.3.2 超声波发送控制模块
• 4.3.3 其他模块
• 4.4 系统调试结果
• 第五章 测距系统测试实验
• 5.1 实验设备
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验一:测定DSP测距系统测距范围
• 5.3.1 盲区的判定
• 5.3.2 最大测量距离的判定
• 5.3.3 实验一结果分析
• 5.4 实验二:测定DSP测距系统的精度
• 5.4.1 测量数据和误差分析
• 5.4.2 实验二结果分析
• 5.5 实验三:模拟实际路面测量
• 5.5.1 模拟护栏
• 5.5.1.1 实验方法
• 5.5.1.2 测量数据
• 5.5.1.3 数据分析
• 5.5.1.4 结论
• 5.5.2 测量路牙
• 5.5.2.1 实验方法
• 5.5.2.2 测量数据
• 5.5.2.3 数据分析
• 5.5.2.4 其他距离数据分析结果
• 5.5.2.5 结论
• 5.6 实验四:模拟运动测量
• 5.6.1 模拟护栏
• 5.6.1.1 实验方法与数据分析
• 5.6.1.2 结论
• 5.6.2 路牙
• 5.6.2.1 实验方法与数据分析
• 5.6.2.2 结论
• 5.7 系统改进方案
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文