單片機實(shí)現的智能泊車(chē)系統方案

引 言

隨著(zhù)我國汽車(chē)數量逐年急劇增多，泊車(chē)位、停車(chē)場(chǎng)的數量卻跟不上其增長(cháng)的步伐，越來(lái)越多的人為如何泊車(chē)而發(fā)愁。一個(gè)有效的智能泊車(chē)系統，不僅能幫助駕駛者快速、安全地完成泊車(chē)操作，從而減輕駕駛員負擔，減少交通事故，而且能夠有效提高汽車(chē)的智能化程度，增加汽車(chē)的附加值，從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益。使用AT89C52單片機作為小車(chē)的主控制器，在該控制器基礎上，添加了光電避障電路、測速電路、光源引導電路和電機驅動(dòng)電路，從而實(shí)現了智能泊車(chē)系統設計。該系統結構簡(jiǎn)單、成本低，并在實(shí)驗室中取得了預期的效果，能夠使小車(chē)進(jìn)入指定的停車(chē)位。

1 系統的工作原理及功能

智能泊車(chē)系統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(chē)系統基本模塊方框圖如圖1所示。



圖1 智能泊車(chē)系統基本框圖

系統工作原理如下：在小車(chē)啟動(dòng)之后，通過(guò)霍爾傳感器A44E進(jìn)行小車(chē)的速度檢測，對小車(chē)進(jìn)行智能限速，小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中通過(guò)紅外光電傳感器避障，車(chē)庫系統發(fā)送光源指示信號，光敏三極管接收車(chē)庫指示信息，使小車(chē)到達指定車(chē)庫后，停車(chē)。

1.1 單片機最小系統設計

AT89C52是51系列單片機的一種，是一個(gè)低功耗，高性能，CMOS 8位單片機，片內含8KB的可反復擦寫(xiě)的FLASH只讀程序存儲器和256B的隨機存取數據存儲器(RAM)，由ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，片內有ROM/EPROM,因此，這種芯片構成的最小系統簡(jiǎn)單可靠，只要將單片機接上時(shí)鐘電路和復位電路即可。

1.2 避障電路設計

紅外光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠、體積小、安裝輕便等諸多特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和智能小車(chē)中獲得廣泛應用。本設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：當接收到載波頻率為38kHz的脈沖調制信號時(shí)，首先，HS0038B內的紅外敏感元件將脈沖調制紅外光信號轉換成電信號，再由前置放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理，然后通過(guò)帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號由解調電路進(jìn)行解調，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(shí)，電路則輸出高電平。紅外發(fā)射電路由555定時(shí)電路產(chǎn)生方波，對紅外發(fā)射管進(jìn)行調制。

1.3 A44E測速電路設計

霍爾傳感器A44E在測速系統中的主要作用是車(chē)輪轉速采集。車(chē)輪每轉一周，磁鐵經(jīng)過(guò)A44E一次，A44E的第3腳就輸出一個(gè)脈沖信號，脈沖信號的周期與電機的轉速有下列關(guān)系：



式中：n為電機轉速;P 為電機轉一圈的脈沖數;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 電機驅動(dòng)電路設計

動(dòng)作執行單元為驅動(dòng)小車(chē)左右輪的兩個(gè)減速直流電機，控制它們的轉速，就控制了小車(chē)的運動(dòng)狀態(tài)。但是由動(dòng)作控制單元發(fā)出的控制信號非常微弱，無(wú)法直接驅動(dòng)直流電機，須匹配設計合理的驅動(dòng)電路，常用的驅動(dòng)電路為H 橋。在設計過(guò)程中發(fā)現，由于三極管導通、關(guān)斷的時(shí)間不統一，導致用三極管搭建的H 橋在電機電流換向的時(shí)候經(jīng)常發(fā)生微短路，使得三極管發(fā)熱現象很?chē)乐?，整個(gè)電路電源波動(dòng)很大，非常耗電。因此，本設計最終采用了集成H 橋L298.除此之外，在設計過(guò)程中發(fā)現電機轉動(dòng)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢會(huì )嚴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，導致小車(chē)經(jīng)常產(chǎn)生錯誤動(dòng)作。因此，本設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(zhuān)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 光源引導電路設計

本設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(jià)格便宜。光源引導模塊需要在小車(chē)前方安裝3個(gè)光敏三極管，通過(guò)車(chē)庫發(fā)出的光源信號來(lái)引導小車(chē)到指定車(chē)庫停車(chē)，使用LM324作為光源引導模塊的核心放大器件，將信號進(jìn)行放大處理。

1.6 停車(chē)場(chǎng)系統設計

為了更好地完成小車(chē)避障、光源引導和入庫過(guò)程，停車(chē)場(chǎng)系統設計也是十分重要的。停車(chē)場(chǎng)系統設計圖如圖2所示。



圖2　停車(chē)場(chǎng)系統設計圖

2 軟件設計

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



圖3　智能泊車(chē)系統總體流程圖

3 各模塊測試及連接

各模塊連接：小車(chē)舵機左轉輸入端接P3.4;小車(chē)舵機右轉輸入端接P3.5;小車(chē)驅動(dòng)電機前進(jìn)輸入端接P3.6;小車(chē)驅動(dòng)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;光源引導模塊左傳感器輸出端接P1.2;光源引導模塊中間傳感器輸出端接P1.3;光源引導模塊右傳感器輸出端接P1.4。

小車(chē)整體測試：把小車(chē)放在停車(chē)場(chǎng)入口處，打開(kāi)小車(chē)電源，打開(kāi)車(chē)庫中對應車(chē)庫位置的光源電源，小車(chē)避開(kāi)障礙通過(guò)停車(chē)場(chǎng)下坡區，到達指定車(chē)庫前面，依靠光源引導入庫，停車(chē)。



圖4 避障程序流程圖



圖5 光源引導程序流程圖

4 結 論

本文設計的智能泊車(chē)系統可以在實(shí)驗室內實(shí)現小車(chē)的自動(dòng)駛入指定停車(chē)位的功能。將小車(chē)停在停車(chē)場(chǎng)入口處，然后車(chē)主可以離開(kāi)小車(chē)，此時(shí)小車(chē)就可以根據停車(chē)場(chǎng)內的車(chē)輛誘導信號(光源引導信號)將車(chē)引入停車(chē)場(chǎng)，從而實(shí)現自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程。