专利名称：基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法
技术领域：
本发明涉及无人驾驶领域，特别是一种基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，采用以Zigbee和RFID等为基础的无线互联网络，使得无人驾驶在更加低廉的成本与更加高效的环境下成为了可能。
背景技术：
为解决城市交通拥堵等问题，无人驾驶已被越来越多地应用于日常生活中，目前， 在校园里，或者企业园区、景点区等地方大多还采用传统的人工驾驶车辆方法，人们往往不能及时知道车辆信息，需要在站台上盲目地等候，若车辆在行车途中出现故障等情况，人们不能及时知道，不能及时更换其它线路，从而浪费了大量的等车时间，使得出行极为不方便，人工驾驶车辆不仅增加了成本，且不能确保行车过程中的安全性，无法避免行车过程中司机不按线路行车、司机与乘客发生争吵等情况的发生，现有的人工驾驶车辆不具备实时监控功能，管理中心无法实时知道车体情况，在事故发生时，无法第一时间做出补救，进行责任追究时也无法明确责任人，现有的无人驾驶不适用于低廉的成本与高效的环境等情况。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，采用以Zigbee和RFID等为基础的无线互联网络，构建无人驾驶系统，人们呼叫公交像按电梯一样，方便了人们出行，更体现了环保与节能高效。若使用传统方法构建一座30m的单管塔移动基站需要20万元，在本发明中，使用Zigbee构建网络，具有成本低廉，耗能低等优点。本发明通过Zigbee和RFID技术，具有实时监控等功能，使得无人驾驶在更加低廉的成本与更加高效的环境下成为了可能。本发明的目的是通过以下技术方案来实现基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它由至少一个车辆子系统、至少一个站台子系统和一个监控子系统组成， 其中，车辆子系统主要由主控制模块，以及通过传输介质与主控制模块连接的车载网关、 RFID站台识别模块、乘车卡读卡模块、停靠站设置模块和驱动模块组成；站台子系统主要由RFID卡、车辆呼唤器和Zigbee节点器组成，车辆呼唤器通过传输介质与Zigbee节点器连接，Zigbee节点器与车载网关通过无线线路连接组成Zigbee网络，监控子系统通过传输介质与车辆子系统连接，它包括以下步骤
(1)待机车辆停在道路上，待机等待站台的请求信号；
(2)待机状态下的站台呼叫当某一个站台发出请求信号时，车载网关接收并处理站台请求信息，车辆启动，开往请求信号发出的站台；
(3)自动循迹车辆行驶途中自动识别路线；
(4 )行驶途中的站台呼叫车辆行驶过程中若有其他站台发出请求信号，车载网关接收并处理站台请求信息，得出依次需要停靠的站台信息；(5)到达目的站台当RFID站台识别模块识别到已经到达目的站台后，停车，等待乘客上车，乘客上车后刷卡并选择要去的站台，当没有刷卡信息后，车辆等待一定时间(如车辆等待10秒)后自动启动开往下一个有请求的目的站台，重复步骤(4)，直至没有请求的目的站台，则回到步骤(1)，车辆处于待机状态。基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它还包括一个障碍处理步骤， 所述的障碍处理包括以下子步骤上位机实时监控车辆运行状况，当车辆发生意外紧急情况时，通过上位机软件对车辆进行强制控制，控制车辆执行停止、启动、后退、左转、右转操作。所述的车载网关接收并处理站台请求信息包括以下子步骤当有站台发出请求信号时，车载网关接收站台请求信息并存储，与此同时，将接收到的信息向主控制模块、上位机反馈；
所述的自动识别线路包括以下子步骤车辆行驶途中，对光电传感器进行扫描，根据扫描结果，主控制模块对车辆的转左、转右、直走、停止进行控制； 所述的RFID站台识别包括以下子步骤
(1)初始化读卡芯片RC522；
(2)车辆行驶过程中，RFID站台识别模块读取RFID卡信息，直至读取到RFID卡信息；
(3)判断读取到的RFID卡信息是否与站台号相对应，若不是，则继续行驶，若是，则停车等待乘客上车，并向上位机反馈；
(4)乘客刷卡后，车辆继续行驶，寻找与下一个目的站台相对应的RFID卡信息； 所述的上位机反馈包括以下子步骤上位机接收站台发出的请求信号、车辆到站信号、
车辆驶向下个站台信号，上位机显示并处理接收到的信号，控制车辆执行停止、启动、后退、 左转、右转操作。本发明的有益效果是本发明提供一种基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，采用以Zigbee和RFID等为基础的无线互联网络，构建无人驾驶车辆行驶系统， 人们呼叫公交像按电梯一样，方便了人们出行，更体现了环保与节能高效。使用传统方法构建一座30m的单管塔移动基站需要20万元，本发明使用Zigbee构建网络，具有成本低廉， 耗能低等优点。成熟的工业级发射模块实际测量可达700m以上，足以应对大型园区。车辆上搭载的CCM30模块Zigbee网关，能接收各个站台发出的请求信息，搭载的RFID读卡器能识别站台信息，搭载的无线模块与上位机软件进行通信，完成实时监控等功能。本发明通过Zigbee和RFID技术，使得无人驾驶在更加低廉的成本与更加高效的环境下成为了可能。
图1为本发明的应用分布框图； 图2为本发明的结构框图3为本发明的流程图4为本发明车载网关接收并处理站台请求信息流程图； 图5为本发明自动识别线路流程图； 图6为本发明RFID站台识别流程图； 图7为本发明上位机反馈流程图；图8为本发明主控制模块内部结构图； 图9为本发明M3的模块框图； 图10为本发明Zigbee网络关系图； 图11为本发明RFID卡结构示意图； 图12为本发明RFID系统结构示意图； 图13为本发明RFID读卡器功能框图； 图14为本发明循迹电路图； 图15为本发明L298N的外部引脚图； 图16为本发明L298N的输入输出关系表。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图1、图2所示，基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，其系统由至少一个车辆子系统、至少一个站台子系统和一个监控子系统组成，其中，车辆子系统主要由主控制模块，以及通过传输介质与主控制模块连接的车载网关、RFID站台识别模块、乘车卡读卡模块、停靠站设置模块和驱动模块组成；站台子系统主要由RFID卡、车辆呼唤器和 Zigbee节点器组成，车辆呼唤器通过传输介质与Zigbee节点器连接，Zigbee节点器与车载网关通过无线线路连接组成Zigbee网络，监控子系统通过传输介质与车辆子系统连接。如图3所示，基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它包括以下步骤
(1)待机车辆停在道路上，待机等待站台的请求信号；
(2)待机状态下的站台呼叫当某一个站台发出请求信号时，车载网关接收并处理站台请求信息，车辆启动，开往请求信号发出的站台；
(3)自动循迹车辆行驶途中自动识别路线；
(4 )行驶途中的站台呼叫车辆行驶过程中若有其他站台发出请求信号，车载网关接收并处理站台请求信息，得出依次需要停靠的站台信息；
(5)到达目的站台当RFID站台识别模块识别到已经到达目的站台后，停车，等待乘客上车，乘客上车后刷卡并选择要去的站台，当没有刷卡信息后，车辆等待一定时间(如车辆等待10秒)后自动启动开往下一个有请求的目的站台，重复步骤(4)，直至没有请求的目的站台，则回到步骤(1)，车辆处于待机状态。基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它还包括一个障碍处理步骤， 所述的障碍处理包括以下子步骤上位机实时监控车辆运行状况，当车辆发生意外紧急情况时，通过上位机软件对车辆进行强制控制，控制车辆执行停止、启动、后退、左转、右转操作。如图4所示，所述的车载网关接收并处理站台请求信息包括以下子步骤当有站台发出请求信号时，车载网关接收站台请求信息并存储，与此同时，将接收到的信息向主控制模块、上位机反馈。如图5所示，光电传感器从左到右依次为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，车辆通过时，向单片机反馈高电平，否则反馈低电平，所述的自动识别线路包括以下子步骤车辆行驶途中， 对光电传感器进行扫描，根据扫描结果，主控制模块对车辆的转左、转右、直走、停止进行控制。如图6所示，通过模拟SPI的方法向RC522写入读数据，每张RFID卡的地址是不一样的，只要能读取不同的地址信息，我们就可以判断是否和站台号对应，所述的RFID站台识别包括以下子步骤
(1)初始化读卡芯片RC522;
(2)车辆行驶过程中，RFID站台识别模块读取RFID卡信息，直至读取到RFID卡信息；
(3)判断读取到的RFID卡信息是否与站台号相对应，若不是，则继续行驶，若是，则停车等待乘客上车，并向上位机反馈；
(4)乘客刷卡后，车辆继续行驶，寻找与下一个目的站台相对应的RFID卡信息。如图7所示，车辆与上位机之间通过CCM30进行无线通信，上位机也通过CCM30 控制车辆执行停止、启动、后退、左转、右转操作，所述的上位机反馈包括以下子步骤上位机接收站台发出的请求信号、车辆到站信号、车辆驶向下个站台信号，上位机显示并处理接收到的信号，控制车辆执行停止、启动、后退、左转、右转操作。如图8所示，主控制模块采用STM32F103vc，32位的MCU，芯片内部拥有丰富的资源，主频可达到72MHz，精度可达13. 8ns。主模块上有8个LED与按键，其中，8个LED用于显示车辆的行径情况、站台的呼叫情况、上位机呼叫等，按键用于选择要去的站台。如图9 所示，主控制模块是基于ARM-cortexM3内核的，Cortex-M3是一款低功耗处理器，具有门数目少、中断延迟短、调试成本低等特点，是为要求有快速中断响应能力的深度嵌入式应用而设计的。该处理器采用ARMv7-M架构，同时，M3还可运行ucos-II操作系统，实现多线程、高实时性等需求。如图10所示，本发明通过网关先建立网络，节点再加入网络，从而形成Zigbee网络，具体的为本发明采用CCM30构建Zigbee网络，无线模块分网关和节点(站台)，网关固定于车体上，实时接收站台的信息。当有人呼叫车时，节点负责发送站台的请求信息。网关模块与处理器通过串口通信。本发明采用Mtack-1. 4. 3-1. 2. 1协议栈实现组网，一个网关、多个节点。使用按键触发事件，网关接收不同节点发送的信息，从而判断产生触发事件的站台(节点)，再反馈于主控制模块，控制电机驶向目的地。行驶途中若有任意站台发出请求(信号)，网关都将反馈于主控制模块，主控制模块将其存储并依次驶向站台。本发明采用的CCM30是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2. 4GHz IEEE 802. 15. 4/Zigbee协议。CCM30是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以Zigbee为基础的2. 4GHz ISM波段应用对低成本、低功耗的要求。它结合一个高性能2. 4GHz DSSS (直接序列扩频)射频收发器和一颗工业级小巧高效的8051控制器。在单个芯片上整合了 Zigbee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU (8051)，具有32/64/128 KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer )、AES1沘协同处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer )、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21个可编程1/0引脚。如图11、图12、图13所示，RFID读卡器模块基于MFRC522，不接触通信频率13. 56MHz，通信距离5cm。读卡器置于车底，RFID的卡片固定于站台旁的轨道上。这样读卡器就可以轻易读取到卡片信息。MFRC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在 13. 56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持IS014443A的多层应用。支持 IS014443 212kbit/s和424kbit/s的更高传输速率的通信。支持MIFAREOClassic加密； 支持的主机接口为一 lOMbit/s的SPI接口一 1 接口，快速模式的速率为4001cbit/S，高速模式的速率为34001cbit/S —串行UART，在本发明中，我们采用SPI接口；关于射频识别技术的简介射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术是一种非接触自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(电感或电磁耦合)实现无接触信息传递并通过传递的信息达到识别目的。射频识别技术的显著优点在于非接触性，因此完成识别工作时无须人工干预，能够实现识别自动化且不易损坏；可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便；射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境。当前， 射频识别技术在国内最广泛的应用是射频识别卡；射频识别卡的说明射频识别卡(简称射频卡、RFID卡)也被称作非接触式IC卡 (Contactless Smart Card, CSS)或非接触IC卡、非接触卡、感应卡，诞生于20世纪90年代初。由于成功地结合了射频识别技术和IC卡技术，解决了无源(卡内无电池)和免接触的难题，RFID卡拥有磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点。其一问世便立即引起广泛关注，并以惊人的速度得到推广应用；本发明中RFID卡由IC芯片、感应天线组成，完全密封在一个标准PVC卡片中，无外露部分；射频识别系统的结构和原理最基本的RFID系统由三部分组成，如下所示①电子标签(Tag，或称射频标签、应答器)由芯片及内天线组成。芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统真正的数据载体。其内天线用于和射频天线间进行通信；②阅读器读取或读/写电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，标签的对象标识对信息进行读取，并将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理；③天线标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置；RFID的工作原理电子标签进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
如图14所示，基于5个光电传感器的循迹电路，以H4为例(1)没有检测到黑线，则H4发光到白纸光反射到H4接收端，H4接收端导通，导通则Tl 接地=0 ；(2)有检测到黑线，则H4发光到黑线光全部被吸收，H4接收端，没有收到任何信号，因为H4不导通(截止)，则T1=VCC。
变速电机的驱动模块(1)电机电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速(减速)齿轮组，可以产生较大扭力。可选用减速比为1:74的直流电机，减速后电机的转速为lOOr/min。若车轮直径为6cm，则小车的最大速度可以达到V=2 π r · ν=2*3· 14*0. 03*100/60=0. 314m/s，能够较好地满足系统的要求；(2)驱动驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片U98N可以分别控制两个直流电机。图15 为L298N的外部引脚图，图16为L298N的输入输出关系表，L298N的5、7、10、12四个引脚接到控制芯片STM32F103VC上，通过对控制芯片的编程就可实现两个直流电机的PWM调速控制。
权利要求
1.基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它由至少一个车辆子系统、至少一个站台子系统和一个监控子系统组成，其中，车辆子系统主要由主控制模块，以及通过传输介质与主控制模块连接的车载网关、RFID站台识别模块、乘车卡读卡模块、停靠站设置模块和驱动模块组成；站台子系统主要由RFID卡、车辆呼唤器和Zigbee节点器组成，车辆呼唤器通过传输介质与Zigbee节点器连接，Zigbee节点器与车载网关通过无线线路连接组成Zigbee网络，监控子系统通过传输介质与车辆子系统连接，其特征在于它包括以下步骤(1)待机车辆停在道路上，待机等待站台的请求信号；(2)待机状态下的站台呼叫当某一个站台发出请求信号时，车载网关接收并处理站台请求信息，车辆启动，开往请求信号发出的站台；(3)自动循迹车辆行驶途中自动识别路线；(4 )行驶途中的站台呼叫车辆行驶过程中若有其他站台发出请求信号，车载网关接收并处理站台请求信息，得出依次需要停靠的站台信息；(5)到达目的站台当RFID站台识别模块识别到已经到达目的站台后，停车，等待乘客上车，乘客上车后刷卡并选择要去的站台，当没有刷卡信息后，车辆等待一定时间后自动启动开往下一个有请求的目的站台，重复步骤(4)，直至没有请求的目的站台，则回到步骤 (1)，车辆处于待机状态；它还包括一个障碍处理步骤，所述的障碍处理包括以下子步骤上位机实时监控车辆运行状况，当车辆发生意外紧急情况时，通过上位机软件对车辆进行强制控制，控制车辆执行停止、启动、后退、左转、右转操作；所述的车载网关接收并处理站台请求信息包括以下子步骤当有站台发出请求信号时，车载网关接收站台请求信息并存储，与此同时，将接收到的信息向主控制模块、上位机反馈；所述的自动识别线路包括以下子步骤车辆行驶途中，对光电传感器进行扫描，根据扫描结果，主控制模块对车辆的转左、转右、直走、停止进行控制；所述的RFID站台识别包括以下子步骤(1)初始化读卡芯片RC522；(2)车辆行驶过程中，RFID站台识别模块读取RFID卡信息，直至读取到RFID卡信息；(3)判断读取到的RFID卡信息是否与站台号相对应，若不是，则继续行驶，若是，则停车等待乘客上车，并向上位机反馈；(4)乘客刷卡后，车辆继续行驶，寻找与下一个目的站台相对应的RFID卡信息；所述的上位机反馈包括以下子步骤上位机接收站台发出的请求信号、车辆到站信号、车辆驶向下个站台信号，上位机显示并处理接收到的信号，控制车辆执行停止、启动、后退、 左转、右转操作。
全文摘要
本发明公开了一种基于Zigbee与RFID的无人驾驶车辆行驶控制方法，它包括以下步骤(1)待机；(2)待机状态下的站台呼叫当某一个站台发出请求信号时，车载网关接收并处理站台请求信息，车辆启动；(3)自动循迹；(4)行驶途中的站台呼叫车辆行驶过程中若有其他站台发出请求信号，车载网关接收并处理站台请求信息，得出依次需要停靠的站台信息；(5)到达目的站台当RFID站台识别模块识别到已经到达目的站台后，停车，乘客上车后刷卡并选择要去的站台，车辆启动开往下一个有请求的目的站台，重复步骤(4)，直至没有请求的目的站台，则回到步骤(1)。本发明使无人驾驶在更加低廉的成本与更加高效的环境下成为了可能。
文档编号G05D1/02GK102566575SQ20121003942
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者周冬梅, 李建敏, 王一飞, 王贝贝, 罗风 申请人:成都理工大学