單片機實現(xiàn)的智能泊車系統(tǒng)方案

引 言

隨著我國汽車數(shù)量逐年急劇增多，泊車位、停車場的數(shù)量卻跟不上其增長的步伐，越來越多的人為如何泊車而發(fā)愁。一個有效的智能泊車系統(tǒng)，不僅能幫助駕駛者快速、安全地完成泊車操作，從而減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，減少交通事故，而且能夠有效提高汽車的智能化程度，增加汽車的附加值，從而帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。使用AT89C52單片機作為小車的主控制器，在該控制器基礎(chǔ)上，添加了光電避障電路、測速電路、光源引導(dǎo)電路和電機驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)了智能泊車系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并在實驗室中取得了預(yù)期的效果，能夠使小車進(jìn)入指定的停車位。

1 系統(tǒng)的工作原理及功能

智能泊車系統(tǒng)可分為控制部分和信號檢測部分。

其中信號檢測部分包括障礙物檢測模塊，光源檢測模塊和速度檢測模塊;控制部分包括控制器模塊，電機控制模塊。智能泊車系統(tǒng)基本模塊方框圖如圖1所示。



圖1 智能泊車系統(tǒng)基本框圖

系統(tǒng)工作原理如下：在小車啟動之后，通過霍爾傳感器A44E進(jìn)行小車的速度檢測，對小車進(jìn)行智能限速，小車行進(jìn)過程中通過紅外光電傳感器避障，車庫系統(tǒng)發(fā)送光源指示信號，光敏三極管接收車庫指示信息，使小車到達(dá)指定車庫后，停車。

1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計

AT89C52是51系列單片機的一種，是一個低功耗，高性能，CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，由ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，片內(nèi)有ROM/EPROM,因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。

1.2 避障電路設(shè)計

紅外光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠、體積小、安裝輕便等諸多特點，因此在工業(yè)自動化裝置和智能小車中獲得廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中采用的光電避障傳感器是HS0038B.紅外光電接收電路工作原理為：當(dāng)接收到載波頻率為38kHz的脈沖調(diào)制信號時，首先，HS0038B內(nèi)的紅外敏感元件將脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進(jìn)行放大處理，然后通過帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，最后由輸出電路進(jìn)行反向放大并輸出低電平;未接收到載波信號時，電路則輸出高電平。紅外發(fā)射電路由555定時電路產(chǎn)生方波，對紅外發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制。

1.3 A44E測速電路設(shè)計

霍爾傳感器A44E在測速系統(tǒng)中的主要作用是車輪轉(zhuǎn)速采集。車輪每轉(zhuǎn)一周，磁鐵經(jīng)過A44E一次，A44E的第3腳就輸出一個脈沖信號，脈沖信號的周期與電機的轉(zhuǎn)速有下列關(guān)系：



式中：n為電機轉(zhuǎn)速;P 為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù);T 為輸出方波信號的周期。

脈沖信號作為單片機AT89C52的外中斷信號，從P3.2口輸入。

1.4 電機驅(qū)動電路設(shè)計

動作執(zhí)行單元為驅(qū)動小車左右輪的兩個減速直流電機，控制它們的轉(zhuǎn)速，就控制了小車的運動狀態(tài)。但是由動作控制單元發(fā)出的控制信號非常微弱，無法直接驅(qū)動直流電機，須匹配設(shè)計合理的驅(qū)動電路，常用的驅(qū)動電路為H 橋。在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，由于三極管導(dǎo)通、關(guān)斷的時間不統(tǒng)一，導(dǎo)致用三極管搭建的H 橋在電機電流換向的時候經(jīng)常發(fā)生微短路，使得三極管發(fā)熱現(xiàn)象很嚴(yán)重，整個電路電源波動很大，非常耗電。因此，本設(shè)計最終采用了集成H 橋L298.除此之外，在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反向電動勢會嚴(yán)重影響傳感器的輸出狀態(tài)，將錯誤的路徑信息送給處理器，導(dǎo)致小車經(jīng)常產(chǎn)生錯誤動作。因此，本設(shè)計采用了雙電源供電，即傳感器和芯片共用一組電源，電機專用一組電源，中間信號的傳輸采用了4N25光耦電路進(jìn)行電氣隔離。

1.5 光源引導(dǎo)電路設(shè)計

本設(shè)計采用光敏三極管作為光源檢測傳感器，因為其感光電壓變化明顯(電壓值變化在60~100mV 左右)，價格便宜。光源引導(dǎo)模塊需要在小車前方安裝3個光敏三極管，通過車庫發(fā)出的光源信號來引導(dǎo)小車到指定車庫停車，使用LM324作為光源引導(dǎo)模塊的核心放大器件，將信號進(jìn)行放大處理。

1.6 停車場系統(tǒng)設(shè)計

為了更好地完成小車避障、光源引導(dǎo)和入庫過程，停車場系統(tǒng)設(shè)計也是十分重要的。停車場系統(tǒng)設(shè)計圖如圖2所示。



圖2　停車場系統(tǒng)設(shè)計圖

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計在Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。軟件主要包括系統(tǒng)主程序、避障子程序、光源引導(dǎo)子程序和測速限速子程序等。泊車系統(tǒng)整體流程如圖3所示，避障程序流程圖、光源引導(dǎo)程序流程圖分別如圖4,圖5所示。測速限速電路軟件設(shè)計思路是將每圈的時間換算成速度，再與設(shè)定的速度比較，如果所測速度大于設(shè)定值，則控制電機減速到設(shè)定值;如果所測速度小于設(shè)定值，則控制電機加速到設(shè)定值，完成小車的智能限速。



圖3　智能泊車系統(tǒng)總體流程圖

3 各模塊測試及連接

各模塊連接：小車舵機左轉(zhuǎn)輸入端接P3.4;小車舵機右轉(zhuǎn)輸入端接P3.5;小車驅(qū)動電機前進(jìn)輸入端接P3.6;小車驅(qū)動電機后退輸入端接P3.7;光電避障模塊左傳感器輸出端接P1.0;光電避障模塊右傳感器輸出端接P1.1;光源引導(dǎo)模塊左傳感器輸出端接P1.2;光源引導(dǎo)模塊中間傳感器輸出端接P1.3;光源引導(dǎo)模塊右傳感器輸出端接P1.4。

小車整體測試：把小車放在停車場入口處，打開小車電源，打開車庫中對應(yīng)車庫位置的光源電源，小車避開障礙通過停車場下坡區(qū)，到達(dá)指定車庫前面，依靠光源引導(dǎo)入庫，停車。



圖4 避障程序流程圖



圖5 光源引導(dǎo)程序流程圖

4 結(jié) 論

本文設(shè)計的智能泊車系統(tǒng)可以在實驗室內(nèi)實現(xiàn)小車的自動駛?cè)胫付ㄍ＼囄坏墓δ堋⑿≤囃Ｔ谕＼噲鋈肟谔?，然后車主可以離開小車，此時小車就可以根據(jù)停車場內(nèi)的車輛誘導(dǎo)信號(光源引導(dǎo)信號)將車引入停車場，從而實現(xiàn)自動泊車過程。