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1、专业文献傑述U馆tl WJ凹张光ipy爪现収丄II学院自动自动833228308李 林IS:讲师题 目:姓名:学院:专业:班级:学号:指导教师:Ub2012年3月12日南京农业夫学教务处制公路自动划线车控制系统的设计作者张光彭指导教师李林 摘要：随着经济的高速发展，我国的道路交通事业也在近数十年中迅猛发展，道路交通标 线成为规范道路交通的一个有效手段。理想的道路标线划线机划出的标线应当线条鲜明、 整齐饱满、有力度，涂料厚且均匀。但是，冃前许多公路尤其是农村道路的道路标线线迹 混乱，不符合有关规定。因此，划线机的控制操作系统成为划线机的核心与关键技术。本 文拟提出一种基于ARM公司出产的高性能“
2、Cortex-M3”内核的STM32系列芯片的嵌入式 公路自动划线车。研究冃标为设计岀一款能够处理人工或者计算机采集的路面数据并根抑 运算结呆，通过驱动步进电机进行划线的精确、低成本划线车。关键词：道路标志标线；STM32； Cortex-M3；步进电机Title Design of con trolling system about the automa tichighwaylineation carGuangpeng Zhang Lin LiAbstract： With the high speed developm ent of econo my, Chinas tran sportat
3、io n in dustry also developed rapidly in recent decades So, road traffic signs and markings are considered as the effective means to regulate the public traffic. The ideal pavement striping and pavement marki ng that marked by sprayi ng marki ng machi neshould be regular, bright and the coati ngshou
4、ld be thick and well-distributed. But, nowadays, on many roads especially rural roads, the pavement striping and pavement marking are chaos, which do not accord the releva nt provisions at all. Therefore, the control operating system of the spraying marking machine become the core and key part of th
5、e tech no logy of the machi ne. In this paper, we intend to come up with a kind of automatic highway-lineation car based on STM32 serious chip produced by ARM compa ny. STM32 serious chip is based on the high performs nee inner core of nCortex-M3n and is often used for data acquisition and processin
6、g system typically The research target is to design and make a automatic highway-lineation car that could deal with the data collected by the operator or computer. The car is promoted and oriented by a doublemotor system while the step motors in the car is driven by drive signal according to the ope
7、ration result.Key words: Road traffic sig ns and marki ngs； STM32； Cor texM3； step motorI 引言木人通过一段吋间的学习研究，在网络上浏览了百余篇有关于道路标线划线车以及 STM32系列芯片相关的专业文献，并且下载并仔细研读了其中三十余篇文献资料。本文将 举例介绍儿个有代表性的国产机型和进口进行，总结并概括道路标线划线车的用途、分类, 以及国内外在近四十年來划线车运动控制方面的系统设计的方法、特点和存在的问题。此 外，还通过查阅相关文献资料了解了 STM32系列芯片的性能特点、应用领域，着重研究了 该系列芯片
8、在电机运动控制方面的应用现状和发展前景，提出并讨论了 STM32系列芯片于 道路标线划线车运动控制方而应用的优点和可行性。II 道路标线划线机的用途及分类随着经济的高速发展，我国的道路交通事业也在近数十年中迅猛发展，道路交通标线 成为规范道路交通的一个有效手段。道路交通标线是由标划丁路面上的各种线条、箭头、 文字、立面标记、突起路标和轮廓标等所构成的交通安全设施，相关部门用这种图形符号 语言划分各种车道以及特殊区域，实现道路交通的标准分划，保证交通道路的畅通和安 全。为顺利完成各，级标线划线工作，道路标线自动划线机成为公路养护机械配套中急需 开发的公路养护机械Z，也是与高等级公路及城市道路的迅
9、猛发展相适应的一种机械。冃前，国内外使用的道路标线划线机可做如下分类：1、按行走方式分类，可分为手扶式、自行式和车载式。其中，手扶式划线机按驱动 方式可分为人力驱动以及发动机驱动两种。手扶式划线机成本较低，运动控制方式简单灵 活，但行进速度较为迟缓，多适用于特种图形以及地理走势复杂的地形；自行式划线机通 常由驾驶员和操作员分別控制行进和划线工作，行进速度快，多适用于简单的大范閑划线 任务；车载式划线机特点是所有划线相关器械装载于大型卡车上，故可存储大量涂料，适 用丁长距离划线任务。2、按照喷涂材料分类，可分为冷漆划线机和热塑划线机。由于本课题主耍讨论划线 机的运动控制与操作系统，对于涂料及喷涂
10、系统分类不做详细介绍。III. 常见划线机控制系统的设计方法、特点国内早期使用的传统的道路标线划线机多为落后的人工控制划线机，无论是手扶式、 自行式还是车载式都要求有操作员参与操作，采用人工放水线，然后用车载喷涂画线机作 业的方式，自动化程度差、效率低。冃前，国外机型的控制系统设计趋向于计算机控制整 机工作，有人T操作流程缩减化的趋势，自动化程度大大提高。同时，国内设计生产的划 线机也与国外先进技术有着相同的设计思想，多采用计算机控制，通过物理传感器采集路 况后驱动运动部件执行划线工作。例如徳国HOFMANN公司生产的TRASSAR- T S280P型多 功能口行式划线机配备了电脑控制系统，可
11、以实现设置自动、半口动、手动、单枪、双枪 等工作情况，自动工况划虚线时，可设定实线和间隔的长度，是以实线开始还是以虚线开 始，并能消除误差。当前国内低成本的划线机采用低端单片机作为划线机的控制处理器，但是低端单片机 受丁寄存器控制方式简单、I/O 口数量少等因素的限制，常常只能对整个系统做出简单控 制，同时也无法满足恶劣工作环境的要求。丁是国内有设计者提岀了采用可编程序逻辑量 控制器和人机界面作为划线机的控制器，它有着体积小、移动灵活、效率高、划线质量高 等优点因而被广泛采用。但相对于传统单片机处理器，PLC控制器存在成本较高、功耗高 的缺点。此外，国内外对于道路基准线的自动检测与跟踪功能的实
12、现也提出类不同的理论。包 括基于超声测距仪的公路划线自动跟踪系统、公路划线计算机辅助标识系统以及基于机器 视觉的道路划线车跟踪基准线的检测方法。各种方法各有优劣，均能完成检测、跟踪任务, 但是超声测距方法要求路面基准完整无缺，否则易出现线条歪斜H成木较高；计算机辅助 标识法需耍在路而安放一定数量的坐标定位装置并需耍PC机实时控制，成本相对较高； 而机器视觉法即采用CCD摄像机采集公路标线图像，该方法信息采集效果更好、成本相对 较低，但技术复杂，划线机运动速度受到较大限制。IV. STM32系列控制器的性能、特点及应用领域综上，笔者提出一种基于ARM公司出产的高性能“Cortex-M3”内核的S
13、TM32系列 芯片的嵌入式公路自动划线车。STM32系列处理器包含CortexM3内核，具有三级流水线，可实现32位单周期乘法，具备硬件除法，采用哈佛处理器架构，在加载或者存储数 据的同时能够执行指令取指，具有极高的工作效率和更低功耗，该系列芯片拥有丰富的片 内、外设，RAM和FLASH容量大、寻址方式灵活、处理速度快，典型应用于数据采集处理 系统。该系列处理器可以综合实现传统单片机和PLC的各项优点并实现史加优秀的控制效 果。STM32系列芯片在Cortex-M3架构上进行了多项改进，具有更多的口身优势，在提升性 能的同时，所有新功能都具有较低的功耗,其内核电压为1.8V,芯片电压为3. 3
14、 V,可以选择 睡眠模式、待机模式，保证低功耗要求；相对于ARM系列其他芯片,STM32运行速度更快；7 个TIM最多可以产生28个精准的PWM信号，方便地用于步进电机控制；丰富的通信模块便 于与上位机进行通信。虽然STM32系列芯片仅仅推出约五年时间，却在销售终端、身份识别系统、工业口动 化、消费电子、建筑安防（HVAC）、医疗、通讯、家电以及各种仪器仪表控制等众多领域 中得到了极其广泛的应用。尤其是在T业自动化领域作为仪器仪表、数据采集处理等工作 任务中作为嵌入式的可编程控制器起到了重耍的作用，在民用家电如电动车、变频空调以 及自动洗衣机等方面的电机转速控制中表现出了优越的性能。V. 控制
15、系统实现的可行性分析理想的道路表现划线机划岀的标线应当线条鲜明、整齐饱满、有力度，涂料厚且均匀, 但是冃前许多公路尤其是农村道路的道路标线线迹混乱，不符合有关规定，喷划的线条不 清晰、整洁，这些在很大程度上是由丁划线机的运动控制系统设计不合理造成的。因此， 划线机的控制操作系统成为划线机的核心与关键技术。由前文根据大量的文献分析可以得出结论，传统的低端单片机已经无法适应当前道路 标线划线机的工艺耍求，选用STM32系列芯片作为系统的控制器可以很好的协调解决控制 精度、工作环境、生产成本等多方面存在的问题。冃前，前辈们在STM32 T-电机控制领域做了大量的研究与实践，设计了大量的论证实 验并形
16、成了统一共识，认为STM32芯片可以出色的完成电机转速、角度等多方面的控制任 务。同时，为了解决对于道路基准线的自动检测与跟踪功能的实现方法复杂或者成本过高 的问题，本课题提出一种线型预设的方法，在划线机控制器中预先设定好不同线型，人工 简单测量路面实际数据后在人机界面上选用不同线型后分段划线。该方法只需进行一次性 的软件设定，后人工简单操作后即可完成标准的划线T作，避免了实时监测、跟踪中不确 定性带来的误差，降低了大量硬件成本，预计具有良好的可行性。参考文献：1沈松云国外划线机J建筑机械1998, 10.2杨庆风、刘徳营、陈坤杰.基于DSP的公路喷字划线车控制系统的设计J机电工 程技术2007, 36 (7)3周枉、孟文、田环宇.基-T STM32的智能小
