基于ZigBee網絡的智能車模跟隨控制研究

于文泰 段敏 鄭蘇 楊曉麗 白松讓

摘 要：針對高級駕駛輔助系統（ADAS）中車輛跟隨控制特性，設計了一種基于ZigBee網絡的智能車模跟隨控制系統。以CC2430無線傳感器芯片為核心，采用超聲波測距傳感器實時采集前車距離，通過ZigBee協議將前車與跟隨車組成一個無線網絡，進行識別、同步、定位信息的無線傳輸，并能驅動電機控制模塊進行智能跟隨和控制，實現汽車的網聯化、智能化。基于智能車模進行了跟隨與控制測試，結果表明，采集信息傳輸實時、可靠，跟隨控制準確，與預期設計目標相符，對ADAS研究和開發具有一定的工程預研價值。關鍵詞：車輛跟隨;ZigBee網絡;STM32微控制器;超聲波測距中圖分類號：TP23 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）01-30-03

Research on Follow and Control of Intelligent Vehicle Model Based on ZigBee Network*

Yu Wentai， Duan Min， Zheng Su， Yang Xiaoli， Bai Songrang

（?College of Automobile and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001?）

Abstract：?Aiming at characteristics of vehicle follow and control in advanced driver assistance system （ADAS）， the intelligent vehicle model follow and control system based on zigbee network is designed. Take the CC2430 wireless sensor chip as the core， the ultrasonic distance measuring sensor is used to collect the front vehicle distance in real time. The zigbee protocol is used to form a wireless network for the front and following vehicle to carry out wireless transmission of identification， synchronization and positioning information， and can drive the motor control module for intelligent follow and control， to achieve the network and intelligentization of vehicle. The follow and control tests are carried out based on intelligent vehicle model. The results show that the acquisition information transmission is real-time and reliable， follow and control accurately， consistent with the expected design goals， and has certain engineering pre-research value for ADAS research and development.Keywords： vehicle follow; zigbee network; STM32 microcontroller; ultrasonic rangingCLC NO.： TP23??Document Code： A??Article ID：?1671-7988（2019）01-30-03

前言

在“智能制造2025”等時代科技背景下，汽車尤其是新能源電動汽車產業得到了快速發展，汽車已經成為了人們出行的重要交通工具。與此同時城市道路交通擁擠與堵塞現象日趨嚴重，導致道路交通事故時有發生。隨著“人工智能”等電子通信技術的快速發展，在城市道路尤其是十字交叉口進行多車跟隨控制成為了研究熱點^[1-2]。基于此，本文以智能車模為研究對象和載體，設計相應道路交通環境，進行多車跟隨控制研究。以CC2430無線傳感器芯片為主控芯片，采用超聲波測距傳感器實時采集前車距離，通過ZigBee協議將前車與跟隨車組成一個無線網絡，進行識別、同步、定位信息的無線傳輸，并能驅動電機控制模塊進行智能跟隨和控制，實現汽車的網聯化、智能化。

1?系統總體結構

本系統設計在前后車上安裝跟隨控制系統硬件平臺，基于ZigBee無線協議在兩車或者多車之間建立無線網絡。同時在跟隨車前端安裝超聲波測距傳感器，用于實時采集與前車的距離信息，若與前車距離超過設定距離閾值，則進行提速跟近，若距離過近，則進行減速行駛，實現車輛自動跟隨，總體結構如圖1所示。系統硬件平臺主要包括CC2430無線微控制器最小系統電路、電源供電電路、超聲波測距電路、ZigBee無線模塊接口電路、電機驅動電路等各個具體功電路。

2 系統軟件設計

ZigBee技術是最新一代短距離無線傳感器網絡，其是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制的通信技術。一個ZigBee網絡主要包括協調器、路由器及終端節點^[3-4]。由于本設計硬件平臺采用TI公司生產的CC2430無線微控制器，因此ZigBee協議棧也是基于TI開源的Z-Stack協議棧。本設計嵌入式軟件設計中主要包括2部分：

（1）協調器嵌入式軟件

一個ZigBee無線網絡只有一個ZigBee網絡協調器，協調器作為Zigbee網絡中的匯聚節點，具有網關的作用，它來建立Zigbee網絡，等待其他路由器和終端節點加入，組成星型、樹型、網狀型的無線網絡。這里將跟隨車上的ZigBee硬件平臺設計成協調器，完成與前車的組網、識別、前車加入、接收前車車速值信息等功能。該嵌入式軟件包括5大模塊：網絡配置模塊、硬件初始化模塊、網絡棧事件管理模塊、網絡數據管理模塊、硬件中斷模塊等。其軟件流程圖如圖2所示。

（2）路由器嵌入式軟件

ZigBee網絡中可以存在多個路由器或者是終端節點^[5]，考慮到前車與跟隨車在行車時的速度多變的復雜工況，這里將前車的ZigBee硬件平臺設計為路由器，使其具有路由和中繼的特性。前車上的路由器節點上電后執行各種初始化后，開始加入跟隨車上的協調器創建的ZigBee網絡，若加入成功則通過旋轉編碼器采集前車車速值，然后通過ZigBee網絡將車速信息路由給協調器，因此該嵌入式軟件也包括5大模塊：網絡配置模塊、硬件初始化模塊、網絡棧事件管理模塊、網絡數據管理模塊、硬件中斷模塊等。系統框圖如圖3所示。

3 系統測試

在鋪設的黑白賽道上，基于智能車模進行了前后車的跟隨控制測試，首先跟隨車上電，啟動ZigBee硬件平臺進行協調器配置，同時進行2.4GHz信道掃描，完成無線組網;接著前車上電，啟動ZigBee硬件平臺進行路由器配置，同時進行加入ZigBee網絡。

然后開始進行前后車行駛，同時前車每隔5秒無線傳輸車速值給跟隨車協調器，跟隨車根據超時波采集的車距值和前車的車速值，再結合本車的車速值進行計算判斷，實現智能跟隨控制，達到了本設計的研究目標。其測試圖如圖4所示。

4 結論

基于無線通信技術、電子控制技術等高科技技術，以智能車模為研究對象，設置相應道路交通環境，研究與設計了多車跟隨控制系統。以CC2430無線傳感器芯片為主控芯片，采用超聲波測距傳感器實時采集前車距離，通過ZigBee協議將前車與跟隨車組成無線網絡，進行識別、同步、車速等信息的無線傳輸，并能驅動電機控制模塊進行智能跟隨和控制，

實現汽車跟隨控制的網聯化、智能化。

參考文獻

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