一種基于gps和rfid的車輛自動控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車輛自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GPS和RFID的車輛自動控 制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦用機(jī)械行業(yè)（如礦山機(jī)械作業(yè)過程中）、公共衛(wèi)生行業(yè)（如垃圾掩埋）、港口貨 運(yùn)以及倉庫物流等行業(yè)或者工作環(huán)境惡劣、粉塵濃厚，或者有害氣體濃度較高，或者機(jī)械性 重復(fù)工作較多，不僅給運(yùn)輸車輛司機(jī)帶來嚴(yán)重的安全隱患，而且機(jī)械性重復(fù)大量的工作也 使司機(jī)容易疲勞。實現(xiàn)工作中，一方面需要給司機(jī)做好足夠的安全防護(hù)措施，另一方面在實 際作業(yè)過程中，例如轉(zhuǎn)彎等情況由于無法預(yù)知，給司機(jī)帶來很大的安全威脅。同時由于在工 作中可能需要司機(jī)不間斷的工作，這也給司機(jī)的體力帶來的巨大壓力。再則，在實際工作中 由于通訊不及時，可能需要調(diào)度室人員配合各機(jī)車司機(jī)進(jìn)行工作，浪費(fèi)了人力，且整體工作 效率偏低。
[0003] GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然 后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用 1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。C/A碼頻率1. 023MHz，重 復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m ;P碼頻率10. 23MHz，重復(fù)周期266. 4天，碼間距 0. 1微秒，相當(dāng)于30m。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣 折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電 文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更 新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與 自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出 衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。這種 通過GPS系統(tǒng)即可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的車輛導(dǎo)航定位。
[0004] RFID設(shè)備工作原理是：當(dāng)裝有無源電子標(biāo)簽的物體在距離0~10米范圍內(nèi)接近 讀寫器時，讀寫器受控發(fā)出微波查詢信號；安裝在物體表面的電子標(biāo)簽收到讀寫器的查詢 信號后，將此信號與標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息合成一體反射回電子標(biāo)簽讀出裝置，反射回的微波 合成信號已攜帶有電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，讀寫器接收到電子標(biāo)簽反射回的微波合成信號后， 經(jīng)讀寫器內(nèi)部微處理器處理后即可將電子標(biāo)簽貯存的識別代碼等信息分別讀取出。
[0005] 由于礦山機(jī)械行業(yè)的露天工作特性，信號接收能力較強(qiáng)，且RFID技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng) 較為成熟，可以考慮將這兩方面的技術(shù)應(yīng)用于礦用車輛的自動控制上。到目前為止，對于 GPS&RFID信息相互補(bǔ)充的車輛自動控制系統(tǒng)尚無相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可避免出現(xiàn)上述技 術(shù)缺陷的基于GPS和RFID的車輛自動控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明旨在利用現(xiàn)有的GPS定位系 統(tǒng)以及RFID技術(shù)獲取車輛在行進(jìn)過程中的車輛實時位置信息之后，根據(jù)該信息驅(qū)動車輛 進(jìn)行自動控制，從而達(dá)到車輛在作業(yè)情景較惡劣、作業(yè)路況較復(fù)雜的環(huán)境下無人操作、自動 駕駛的目的。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種基于GPS和RFID的車輛自動控制系統(tǒng)，包括車輛、紅外線探測器、RFID標(biāo)簽、 車載RFID閱讀器、GPS、車輛信號接收裝置、車載GPS定位系統(tǒng)、信息解讀裝置、車輛自動控 制系統(tǒng)，其中：
[0009] 所述紅外線探測器分別安裝在車輛前端和兩側(cè)；
[0010] 所述RFID標(biāo)簽布置在所述車輛行駛沿線的位置；
[0011] 所述車載RFID閱讀器設(shè)置在所述車輛上，用于閱讀所述車輛行駛沿線布置的 RFID標(biāo)簽；
[0012] 所述車輛信號接收裝置安裝在所述車輛上，用于接收所述GPS的GPS定位信息；
[0013] 所述車載GPS定位系統(tǒng)接收所述車輛信號接收裝置接收到的GPS定位信息；
[0014] 所述信息解讀裝置接收并分析所述RFID閱讀器接收到的信息和所述GPS定位信 息；
[0015] 所述車輛自動控制系統(tǒng)接收所述信息解讀裝置的指令并對所述車輛進(jìn)行控制。
[0016] 進(jìn)一步地，所述車輛自動控制系統(tǒng)包括主控單元、數(shù)據(jù)總線、控制裝置和步進(jìn)電 機(jī)，所述主控單元通過所述數(shù)據(jù)總線將信號傳遞給所述控制裝置，所述控制裝置對所述步 進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。
[0017] 進(jìn)一步地，所述主控單元為ARM9。
[0018] -種基于GPS和RFID的車輛自動控制系統(tǒng)的車輛自動控制方法，包括以下步驟：
[0019] 步驟一：在車輛行駛路線上布置RFID標(biāo)簽，同時在車輛本身加裝車載GPS定位系 統(tǒng)，并在車輛前端布置紅外線探測器；
[0020] 步驟二：將車輛當(dāng)前要行駛的路徑信息以二維網(wǎng)格圖的形式輸入到主控單元中， 用以確定車輛行駛的范圍，進(jìn)行實際路徑地形匹配；
[0021] 步驟三：通過車載GPS定位系統(tǒng)獲得當(dāng)前車輛的定位信息，用以初次確定車輛的 行駛路徑是否偏離原有的二維網(wǎng)格圖；
[0022] 步驟四：啟動車載RFID閱讀器，獲取不同路段的標(biāo)簽信息，將該信息通過軟件轉(zhuǎn) 換車輛行駛方式的指令，傳給主控單元，以實現(xiàn)車輛的自動控制；
[0023] 步驟五：打開紅外線探測器進(jìn)行路障探測；
[0024] 步驟六：主控單元通過獲得的GPS信息、RFID信息以及紅外線探測器信息對車輛 進(jìn)行控制，驅(qū)動車輛行駛并進(jìn)行避障操作，直至車輛到達(dá)目的地。
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟六中的避障操作方法如下：
[0026] 1)當(dāng)紅外線探測器探測到道路上有障礙物時，則啟動避障程序，判斷當(dāng)前障礙物 的大小來確定是否要避障；
[0027] 2)如果前方道路的障礙物僅處于車輛一側(cè)或目標(biāo)較小時，則車輛在不影響前進(jìn)的 前提下可以向另一側(cè)做±45。角度行走且啟動車輛兩側(cè)的紅外線探測器，在紅外線探測器 和RFID、GPS導(dǎo)航信息的指引下行進(jìn)；
[0028] 3)如果前方障礙物太大，位于車輛前方的紅外線探測器均可以探測到該障礙物 時，說明障礙物完全擋住了車輛的行進(jìn)道路，此時車輛在有限寬度的路上無法行進(jìn)，則主控 單元發(fā)出停車制動命令，且車輛停止前進(jìn)，另外尋找其他道路；
[0029] 4)如果RFID信息讀到終點信息，說明車輛處于終點，此時主控單元發(fā)出停車制動 指令，停止車輛運(yùn)行，否則車輛將繼續(xù)行走，繼續(xù)掃描下一個RFID標(biāo)簽。
[0030] 進(jìn)一步地，所述二維網(wǎng)格圖的使用方法包括：
[0031] 1)將已有路徑信息存入主控單元中，用以確定車輛行駛路徑所在的范圍；
[0032] 2)將二維網(wǎng)格圖信息作為車輛在行駛過程中的基準(zhǔn)進(jìn)行路徑匹配，當(dāng)行駛的路徑 嚴(yán)重偏離該路徑信息時，則系統(tǒng)發(fā)出報警并作停車制動處理。
[0033] 進(jìn)一步地，車輛前端紅外線探測器的布置以及使用方法包括：
[0034] 1)在車輛的前端布置5~7個紅外線探測器，用以探測在正前方安全距離上是否 有障礙物以及障礙物和車輛的實際距離；
[0035] 2)在車輛兩側(cè)各布置一個紅外線探測器，用以確保車輛在通過狹窄道路時，留有 足夠的安全距離。
[0036] 進(jìn)一步地，所述車載GPS定位系統(tǒng)的定位方法包括：
[0037] 1)通過車載GPS定位系統(tǒng)獲取當(dāng)前車輛的位置，同二維網(wǎng)格圖進(jìn)行匹配，當(dāng)誤差 不超過2米時，則認(rèn)為是正確的行進(jìn)路線，主控單元發(fā)出行駛命令，車輛行駛