基于ARM嵌入式的智能小車的控制系統設計研究

潘曉貝

（三門峽職業技術學院 電氣工程學院，河南 三門峽 472000）

智能小車屬于當前社會的新產物，智能化是其最大的特點，尤其是不需要通過人為管理就可以完成相關的任務。此外，智能小車可以借助計算機等完成最佳線路的選擇，因此可以有效提高效率，并且可以保證準確性。智能小車可以借助電子、信息、傳感等多種知識于一體，因此對這一技術的研究能夠促進社會的發展。

1 嵌入式系統和智能小車概述

（1）嵌入式系統。嵌入式系統的使用，對于智能小車的發展來說具有重要意義。嵌入式系統主要指的是非桌面計算系統，比如一些計算機能夠實現嵌入，在嵌入之后可以發揮其專用的功能。嵌入式系統的中心是應用，而且其中的軟件和硬件都比較靈活，便于進行裁剪，而且具有足夠的可靠性，滿足功耗、體積等綜合性的要求。這種系統還是一個完全嵌入受控制器件內部，所以是為了特定的目的而設計的專用系統。比如一些帶有數字的設備，汽車、微波爐等都會使用這種嵌入式系統，這種嵌入式系統的使用可以有效保證效率，大部分的這種系統都是利用單個程序完成整個控制邏輯。嵌入式系統的主要特點是專一性、周期長、知識集成等，因此受到了很多人的歡迎，被應用于各種產品中。

（2）ARM硬件開發平臺。由于嵌入式系統中的處理器屬于嵌入式系統的核心，因此可以有效的輔助系統運行。隨著技術的不斷發展，處理器也在廣泛的使用，而且也有了明顯的變化，目前較多使用的是32位以及64位嵌入式CPU。嵌入式系統包含很多的相關處理器，比如DSP、FPGA等多個品種，而且這里的每個處理器品種都有巨大的價值，尤其是隨著技術的不斷發展，其功能在逐漸的增強，速度有了明顯的提升，其性能價格比也有所增高。文章列舉了兩種ARM的特點：①ARM7系列。ARM7系列微處理器的作用很明顯，這種處理器屬于一種低功耗的32位定位點RISC處理器，這一處理器中對功耗的要求較高的消費類應用具有明顯的實用性。ARN7使用的范圍交廣，而且經常應用于多媒體和嵌入式設備中；于ARM9系列。除了上述處理器之外，ARM9系列微處理器的主要優勢在于可以為用戶提供更高的性能和較低的功耗，隨著科學技術的發展，通過不斷的創新設計，ARM9系列微處理器使用了更多的晶體管，提高了處理能力。除此以外，還有很多的處理器系列，每一種處理器都有獨特的性能，而且在不同的領域發揮著巨大的作用。

（3）ARM操作系統。ARM屬于嵌入式產品的核心，因此人們經常會將其和嵌入式操作系統進行練習。嵌入式操作系統使用的范圍較廣，而且是軟硬件資源的控制中心，在組織資源的過程中發揮了巨大的總作用。使用嵌入式操作系統，可以為用戶提供更加有利的環境。在協調和觸發活動的過程中，可以裝卸某些模塊完成相應的任務，因此使用的頻率相對較高。

（4）基于ARM的智能小車的實現。基于ARM的智能小車控制系統的設計需要根據相關要求進行，如圖1所示，是智能小車系統結構層次圖，其中包含了4個層次：①策略應用層，主要是為了研究操作系統以及驅動程序的相關設計；于小車控制器層，主要是為了控制整個控制系統設計的實現；③傳感器執行層，這一層可以設定為小車的器官，保證小車的穩定形勢，通過傳感器采集信息，并且利用執行器完成任務；④小車機械層，主要是作為被控制對象的部件，因此具有基礎性的作用。

圖1 智能小車系統結構層次圖

2 智能小車控制系統硬件平臺設計

2.1 智能小車控制系統硬件的總體設計

在智能小車的硬件總體設計過程中，需要考慮到硬件設計是其中的關鍵部分，因此要引起足夠的重視。在其硬件設計的過程中，需要注意底板、核心板以及驅動電路部分。其中的電腦控制部分十分重要，負責程序的編寫等工作，此外，可以借助USB轉串口完成與智能小車的連接。核心的CPU使用的是S3C2440處理器，這一處理器是智能小車的大腦，可以有效保證信號的合理輸入和輸出。智能小車的整體硬件設計如圖2所示。

圖2 智能小車整體硬件設計

2.2 智能小車控制系統硬件電路設計

（1）智能小車核心板模塊設計。隨著產品的不斷開發，人們越來越重視中央處理器的作用，中央處理器的選擇直接關系著產品開發的質量，因此要保證中央處理器具備足夠的性能和可靠性。由于資源的豐富等原因，導致目前的產品開發時間逐漸縮短，但是也提高了成功率。不過在產品開發的過程中還是會存在很多問題，因此要根據產品的具體需求選擇合理的中央處理器，在選擇的過程中可以考慮以下因素：①應用領域。當產品的功能確定之后，就需要考慮到其應用領域的問題，在選擇了合適的領域之后，才能盡快的縮小產品的選型范圍。比如在有些工作條件下，對于芯片的工作溫度有較高的要求，所以需要選擇合適的芯片；于自帶資源。在選擇中央處理器的過程中，需要考慮相關的資源，比如某些類型存在接口上的區別，儲存器的擴展功能是否可用等；③可擴展資源。雖然可以選擇購買相應的微處理器，但是價格較高，可以利用價格較低的微處理器完成資源的擴展，可以有效提高微處理器的功能，同時也可以節約一定的成本。

（2）智能小車電源模塊設計。在智能小車的電源模塊設計中，需要考慮其供電的能力，尤其是要對不同的模塊進行持續供電，要求保證電源的質量，才能不斷提高各個模塊的運行效率。在主板電路上，包含了多個模塊，不過由于功能的不同，每個模塊的電源數值都存在差異，因此要注意將直流電源經過轉換生成不同的電壓。

（3）智能小車復位模塊設計。如果系統不能進行正常的工作，則需要復位電路對其進行初始化的操作，保證其可以完成重啟的目標。

（4）智能小車晶振模塊設計。智能小車中的Clock控制單元可以輸出中央處理器需要的時鐘信號，而且其中包含了CPU使用的FC蘊K、AHB總線使用的HC蘊K和ABP總線使用的PC蘊K。C蘊ock控制單元不需要依賴鎖相環，但是可以有效減少時鐘的頻率。通過這種模式，可以借助有關的程序，合理控制時鐘的連接和斷開，因此保證了能源的節約。

3 智能小車控制系統軟件設計

3.1 智能小車控制系統軟件環境組成

智能小車的控制系統軟件主要包含了三個部分，即開機引導裝載程序、蘊inux內核和根文件系統。開機引導裝載程序具有重要作用，主要是可以利用友善之臂提供SuperBoot程序，而且可以完成對硬件的初始化操作，并且為后續的工作做好準備，蘊inux內核是蘊inux操作系統的中心，其中包含著智能小車需要用到的相關驅動，而且可以完成設備管理、系統調用等任務。

軟件開發環境構建過程主要是，在軟件設計的過程中，為了不斷提高軟件開發的效率，要注意建設一個良好的軟件開發環境。首先，需要在Windows系統中安裝VMwareWorkstation軟件，在安裝的過程中，要注意安裝Fedora10操作系統。另外，還要建立一個交叉變異的環境，主要是為了保證程序可以在虛擬機中進行編譯，同時可以確保下載之后的正常執行，其目的在于避免儲存空間的浪費。之后要完成基礎的配置和編譯操作，最后進行軟件和驅動的編寫即可。

3.2 智能小車控制系統程序驅動和模塊軟件設計

（1）智能小車狀態模塊軟件設計。在智能小車的控制系統設計中，要考慮到其所處的狀態，停止、運動和空閑這三種狀態是最基本的狀態，智能小車會在這三種狀態中進行來回的變換，保證軟件控制的可靠性。

（2）智能小車電機驅動模塊軟件設計。智能小車主要使用直流電機，其主要的作用是保證供電。此外，核心板是利用RS232串口發送命令給單片機，單片機控制可以產生PWM脈沖，PWM脈沖的占控比和頻率直接影響著電機運轉的速度，因此關系著智能小車的速度。

（3）智能小車圖像采集模塊軟件設計。智能小車會在適當的區域停留并且進行拍照，因此要保證其攝像功能的穩定性，才能有效獲取照片。可以借助驅動程序來打開智能小車的攝像頭并且讀取信息，完成圖片采集的任務。智能小車的硬件系統和軟件系統設計都十分重要，因此在其系統設計的過程中，要兼顧二者的關系，采用有效的方式，不斷提高其運行的效率。

4 結語

綜上所述，基于ARM的智能小車設計，需要考慮很多的問題，而且未來的智能小車發展前景良好。智能小車作為一個集自動駕駛、環境感知等多種功能于一體的綜合系統，運用了多種技術。隨著技術的不斷發展，汽車的智能化發展已經勢在必行，因此還需要在相關領域進行更加深入的研究。

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