(上接第2页) r23：if d1 is FAR and d2 is NEAR and d3 is NEAR and A is Z
then B is TRS; r24：if d1 is FAR and d2 is NEAR and d3 is NEAR and A is RS
系 统 的 研 究 [D].成 都 :西 南 交 通 大 学 ，2003. [2] 韩秀媛.铁路建设项目管理信息系统(RCPMIS)研发的思 考
[J].铁 道 建 筑 ，2006，(5):102-105. 作者简介：
阴鹏（1981-），男，黑龙江牡丹江人，西南交通大学硕士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 ： 地 理 信 息 系 统 、WebGIS。
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技术研发
TECHNOLOGY AND MARKET Vol.18,No.6,2011
障碍物的距离。红外光电传感器选用的是Arduino数字型红外 开关。使用时设定其探测距离为70 cm，传感器正常状态下输出 高电平，检测到障碍物目标输出低电平。 1.4 电机驱动模块设计
智能小车的驱动轮分别使用两个直流电机单独驱动，由主 控制器内部的通用定时器产生两路PWM信号输出控制两个驱 动电机的转速。因直流电机工作所需的电压、电流较大，且转动 方向的改变需要通过调整所加电压极性来实现。因此，必须通 过专门的电机驱动电路来进行控制。系统使用意法半导体公司 的L293D专用电机驱动芯片作为小车左、右驱动轮的直流电机 的核心功率模块。
智能小车的两个驱动轮上加装增量光电编码器，随被测轴 一起转动，在轴旋转一周中编码器在固定位置上产生一个脉 冲，通过检测单位时间的脉冲数，即可确认电机的转速。速度 检测采用M/T测速法，也称为频率/周期法，即同时测量时间以 及在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数得到转速。 1.6 通信扩展模块设计
主控制器STM32F103C有各种通信外围接口可供扩展，包 括USART、CAN、I2C、SPI和USB。本文设计的通信扩展主要分 为有线和无线两部分。有线通信模块使用CAN总线，主控制器 STM32F103C8内嵌CAN总线控制器，可通过CAN总线接收芯片 TJA1050与CAN总线连接，CAN总线可为机器人间提供可靠的 有线通信；而无线通信模块主要是通过串行接口（USART）扩 展的无线射频模块PTR2000。 2 智能小车控制系统的软件设计
r22：if d1 is FAR and d2 is NEAR and d3 is NEAR and A is LS then B is TRS;
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技术研发
TECHNOLOGY AND MARKET Vol.18,No.6,2011
1.4 报警功能 监测单位在监测数据达到设定的各监测项目和各测点的
WebGIS技术以数字化信息为核心的信息系统对土木工程 领域原有的设计模式、检测和监测技术产生了深远的影响。信息 系统的自动化、网络化、以及数据库技术为解决现存监测工作的
图1 铁路隧道监测系统的用户界面
不足提供了重要途径。为了能及时对铁路隧道线下工程稳定程 度和变形进行分析，并能长期安全地保存监测信息，以实现信息 化施工，有必要建立一套隧道地下工程监测系统。它不仅用于分 散的、各自独立的施工现场的监测数据的管理，还可以对所有监 测数据进行集中统一管理和长期保存，让用户及时、准确地查询 信息、获取监测信息，为施工决策、施工安全、降低施工成本提供 科学依据，也为今后类似的工程提供良好的管理经验。(图1为系 统用户界面展示)
当探测到障碍物接近智能小车时，智能小车应改变运动轨 迹，以避免碰撞。智能小车转动的基本规则是，当探测到智能小 车左（右）和前方出现障碍物时，智能小车应及时转向右（左）方 向。设计的模糊控制器规则库共有四十条规则，以传感器在左 侧和前侧均探测到障碍物接近智能小车为例，规则如下
r21：if d1 is FAR and d2 is NEAR and d3 is NEAR and A is LB then B is TRS;
避障路径规划模糊控制器的输入量包括小车前方左、中、
图4 系统主程序流程图
图5 模糊控制器的结构
右三个方向上的障碍物距离信息，再加上通过自主定位时得到 的目标点与小车当前行进方向夹角A。设置模糊推理控制器的 输入为d1、d2、d3和A，输出为小车的转动角度B。其中：d1、d2和d3 分别表示智能小车右方、前方和左方距离障碍物的距离；A表 示智能小车运动方向与目标中心连线的目标定位。当目标在智 能小车右方时，目标定位A为正，否则A为负。输出变量B表示智 能小车的转动角。当智能小车转向为右方向时，转向角B定义 为正；当转向为左方向时，B定义为负。
块电路设计主要为主控制器添加电源电路、晶振电路、复位电路 以及JTAG电路。其最小系统电路图如图2所示，图3为JTAG电路：
图2 主控制器最小系统电路
图1 系统总体框图 1.1 电源系统设计
本文设计的智能小车,其能耗主要为控制电路和电机驱动 电路两部分。其中控制电路部分使用+3.3 V和+5 V直流供电， 驱动电机部分使用+12 V直流供电。因此设计选用10节1.2 V， 4 500 mAh的锂电池串联作为系统的供电电源，+12 V的电压可 以直接由电池组得到，控制电路部分所需的+5 V电压通过三端 稳压块7805转换得到。而主控制器所需的+3.3 V，需通过低压 差电压调节芯片LM1117转换+5 V电压得到。 1.2 微控制器模块设计
系统依据现有的管理体系和用户要求，把现有用户按区域 进行划分。系统设立一个总管理员来管理各区域管理员，各区 域管理员把自己区域的用户分为监测公司用户、监管公司用 户、设计单位用户、监理单位用户等不同用户角色，并对不同角 色赋予不同的用户权限。各用户分配一定角色，赋予不同权限 职责后，登陆到系统进行操作。这可以有效地保证数据访问的 安全，同时保证当各工点或监测对象出现异常状态时，可以及 时地通知到相关负责人。 2 结束语
小车的控制方式分两种，一种是远程无线指令控制，另一 种是自主行进，即在小车向前行进的时候通过传感器检测到信 号后，根据左侧、正前、右侧判断障碍物距离，同时使用里程统 计的方式进行自主定位，从而得到与目标点的定位信息，然后 通过改变电机驱动模块的输入信号，调节电机的转速和方向， 使左右驱动轮产生速度差，从而使小车避开障碍物，继续行进。 图4为智能小车控制系统的主程序流程图。 3 智能小车避障的模糊控制 3.1 模糊控制原理
系统对于监测数据进行分析，预测数据的变化趋势，用来 指导实际的施工。系统可以利用一些以往的施工案例，对于监 测项目或各测点的时态变化数据、变化速率进行科学的分析。 对于关键区域、关键时刻给出重点监测建议，有利于保证铁路 隧道施工的安全，降低施工带来的风险。 1.6 文档资料管理功能
系 统 可 以 把 所 有 监 测 项 目 中 以 Word、Excel、JPG、PDF、 DWG等格式存在的设计文档资料、设计图纸资料、监测方案资 料、关键的巡视图片资料等信息一起上传服务器，以便用户查 询访问。 1.7 用户权限设置功能
L293D为四重推挽驱动电路，可驱动2个直流电机。EN为电 机使能端。使用主控制器通用计时器输出二路PWM信号给EN 端。当EN端输入为高电平的时候，电机处于使能状态，当EN端 输入为低电平时，电机就停止。另外使用四个I/O引脚与L293D 的INPUT1,2,3,4引脚相连，用于改变电机的转速和方向。OUT1 和OUT2分别与两个电机的输入端相连，可带动电机转动。 1.5 速度检测模块设计
智能小车采用差速驱动式的四轮轮式机构作为小车的机 械结构，驱动电机选用额定电压12 V，额定功率5 W的直流电 机。智能小车控制系统具备了障碍物检测、自主定位、自主避 障、外部通讯扩展等功能。相应的控制系统模块主要包括：电源 模块、微控制器模块、障碍物检测模块、电机驱动模块、速度检 测模块、CAN总线通信模块，无线通信模块等部分。系统总体框 图如图1所示。
模糊控制是一种基于模糊数学理论的新型控制方法。模糊推 理控制方式借助模糊数学这一工具通过推理来实现控制。经典数 学以精确方法来描述事物。模糊数学与之不同，它以隶属函数恰 当的描述事物的模糊性，并且把具有模糊现象和模糊概念的事物 处理成精确的东西。模糊控制器的结构如图5所示。它是由模糊输 入接口、模糊推理模块以及模糊输出接口三个部分组成的。 3.2 模糊控制器的设计
系统采用STM32F103C08作为控制系统的主块使用超声波传感器和红外光电传感器对前方障碍物 信息进行检测。超声波传感器采用HC- SR04超声波测距模块， 此测距模块可提供2～400 cm的非接触式距离感测功能。其测 距精度可达到3 cm。它与外界相连接的四个端口分别为Vcc， GND，TRIG，ECHO。其工作原理为主控制器提供一个10 μs以 上脉冲触发信号到TRIG端，该模块内部将发出8个周期为40 kHz电平并检验回波，一旦检测有回波信号ECHO端则输出回 响信号，在主控制器端产生中断。通过主控制器内部通用定时 器计算发出触发信号到收到回响信号的时间间隔，从而可确定
基于WebGIS的铁路隧道监测系统的建立，借助了地理信 息系统平台，直观有效地展示了地铁施工中各监测对象和监测 点的空间分布状态和监测数据。其迅捷的监测数据和属性信息 查询功能，动态的预报警功能，使地铁施工工程管理能够从全 局把握，也使第三方监测真正起到指导施工，及时发现问题，有 效地预防地铁施工中可能出现的事故的作用，从而保证地铁施 工和人民生命财产的安全。 参考文献： [1] 甘 泉.基 于oracle空 间 数 据 库 的 铁 路 工 务WobGIS网 上 发 布
0 引言 智能小车是能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在
有障碍物的复杂环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作 业功能的机器人系统。它的系统设计是以汽车电子为背景，涵 盖机械、电子技术、传感器技术、控制等多学科的创意设计。本 设计采用意法半导体公司的STM32F103C08芯片作为主控制芯 片，该芯片具有先进的内核结构、优秀的功耗控制、性能出众而 且功能创新的片上外设、高度的集成整合、易于开发等特点，适 宜作为小车的主控制芯片。 1 智能小车控制系统设计