基于ZigBee网络的智能车模跟随控制研究

于文泰 段敏 郑苏 杨晓丽 白松让

摘 要：针对高级驾驶辅助系统（ADAS）中车辆跟随控制特性，设计了一种基于ZigBee网络的智能车模跟随控制系统。以CC2430无线传感器芯片为核心，采用超声波测距传感器实时采集前车距离，通过ZigBee协议将前车与跟随车组成一个无线网络，进行识别、同步、定位信息的无线传输，并能驱动电机控制模块进行智能跟随和控制，实现汽车的网联化、智能化。基于智能车模进行了跟随与控制测试，结果表明，采集信息传输实时、可靠，跟随控制准确，与预期设计目标相符，对ADAS研究和开发具有一定的工程预研价值。关键词：车辆跟随;ZigBee网络;STM32微控制器;超声波测距中图分类号：TP23  文献标识码：A  文章编号：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，汽车尤其是新能源电动汽车产业得到了快速发展，汽车已经成为了人们出行的重要交通工具。与此同时城市道路交通拥挤与堵塞现象日趋严重，导致道路交通事故时有发生。随着“人工智能”等电子通信技术的快速发展，在城市道路尤其是十字交叉口进行多车跟随控制成为了研究热点^[1-2]。基于此，本文以智能车模为研究对象和载体，设计相应道路交通环境，进行多车跟随控制研究。以CC2430无线传感器芯片为主控芯片，采用超声波测距传感器实时采集前车距离，通过ZigBee协议将前车与跟随车组成一个无线网络，进行识别、同步、定位信息的无线传输，并能驱动电机控制模块进行智能跟随和控制，实现汽车的网联化、智能化。

1 系统总体结构

本系统设计在前后车上安装跟随控制系统硬件平台，基于ZigBee无线协议在两车或者多车之间建立无线网络。同时在跟随车前端安装超声波测距传感器，用于实时采集与前车的距离信息，若与前车距离超过设定距离阈值，则进行提速跟近，若距离过近，则进行减速行驶，实现车辆自动跟随，总体结构如图1所示。系统硬件平台主要包括CC2430无线微控制器最小系统电路、电源供电电路、超声波测距电路、ZigBee无线模块接口电路、电机驱动电路等各个具体功电路。

2 系统软件设计

ZigBee技术是最新一代短距离无线传感器网络，其是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制的通信技术。一个ZigBee网络主要包括协调器、路由器及终端节点^[3-4]。由于本设计硬件平台采用TI公司生产的CC2430无线微控制器，因此ZigBee协议栈也是基于TI开源的Z-Stack协议栈。本设计嵌入式软件设计中主要包括2部分：

（1）协调器嵌入式软件

一个ZigBee无线网络只有一个ZigBee网络协调器，协调器作为Zigbee网络中的汇聚节点，具有网关的作用，它来建立Zigbee网络，等待其他路由器和终端节点加入，组成星型、树型、网状型的无线网络。这里将跟随车上的ZigBee硬件平台设计成协调器，完成与前车的组网、识别、前车加入、接收前车车速值信息等功能。该嵌入式软件包括5大模块：网络配置模块、硬件初始化模块、网络栈事件管理模块、网络数据管理模块、硬件中断模块等。其软件流程图如图2所示。

（2）路由器嵌入式软件

ZigBee网络中可以存在多个路由器或者是终端节点^[5]，考虑到前车与跟随车在行车时的速度多变的复杂工况，这里将前车的ZigBee硬件平台设计为路由器，使其具有路由和中继的特性。前车上的路由器节点上电后执行各种初始化后，开始加入跟随车上的协调器创建的ZigBee网络，若加入成功则通过旋转编码器采集前车车速值，然后通过ZigBee网络将车速信息路由给协调器，因此该嵌入式软件也包括5大模块：网络配置模块、硬件初始化模块、网络栈事件管理模块、网络数据管理模块、硬件中断模块等。系统框图如图3所示。

3 系统测试

在铺设的黑白赛道上，基于智能车模进行了前后车的跟随控制测试，首先跟随车上电，启动ZigBee硬件平台进行协调器配置，同时进行2.4GHz信道扫描，完成无线组网;接着前车上电，启动ZigBee硬件平台进行路由器配置，同时进行加入ZigBee网络。

然后开始进行前后车行驶，同时前车每隔5秒无线传输车速值给跟随车协调器，跟随车根据超时波采集的车距值和前车的车速值，再结合本车的车速值进行计算判断，实现智能跟随控制，达到了本设计的研究目标。其测试图如图4所示。

4 结论

基于无线通信技术、电子控制技术等高科技技术，以智能车模为研究对象，设置相应道路交通环境，研究与设计了多车跟随控制系统。以CC2430无线传感器芯片为主控芯片，采用超声波测距传感器实时采集前车距离，通过ZigBee协议将前车与跟随车组成无线网络，进行识别、同步、车速等信息的无线传输，并能驱动电机控制模块进行智能跟随和控制，

实现汽车跟随控制的网联化、智能化。

参考文献

[1] 张耀丹.无人驾驶汽车的现状及发展趋势[J].汽车实用技术，2018 （06）：10-11.

[2] 胡永舉，施俊庆，陶珏强，等.城市道路十字交叉口通行能力研究[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2015，38（04）：466-472.

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[4] 卫玉梁，靳伍银.智能车跟随系统开发[J].传感器与微系统，2017，36 （08）：75-77.

[5] 黄衍玺，钟山，吴奇，等.基于ZigBee的车联网辅助驾驶平台设计[J].电子测量技术，2013，36（11）：119-123.