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基于單片機(jī)的智能泊車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

  引 言

  隨著我國(guó)汽車數(shù)量逐年急劇增多,泊車位、停車場(chǎng)的數(shù)量卻跟不上其增長(zhǎng)的步伐,越來(lái)越多的人為如何泊車而發(fā)愁。日益擁擠的泊車環(huán)境要求人們對(duì)汽車的泊車技術(shù)更加地嫻熟,這就更加重了人們工作之外的緊張情緒,降低了人們的生活質(zhì)量。因此,如何解決泊車過(guò)程中的不便利,消除安全隱患,迅速、準(zhǔn)確、安全地將汽車??康胶线m的位置,逐漸引起了人們的關(guān)注。

  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(hào)檢測(cè)部分。

  其中信號(hào)檢測(cè)部分包括障礙物檢測(cè)模塊,光源檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊;控制部分包括控制器模塊,電機(jī)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(dòng)之后,通過(guò)霍爾傳感器A44E進(jìn)行小車的速度檢測(cè),對(duì)小車進(jìn)行智能限速,小車行進(jìn)過(guò)程中通過(guò)紅外光電傳感器避障,車庫(kù)系統(tǒng)發(fā)送光源指示信號(hào),光敏三極管接收車庫(kù)指示信息,使小車到達(dá)指定車庫(kù)后,停車。

  1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  AT89C52是51系列單片機(jī)的一種,是一個(gè)低功耗,高性能,CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),由ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元,片內(nèi)有ROM/EPROM,因此,這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠,只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可。

  1.2 避障電路設(shè)計(jì)

  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(diǎn),因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和智能小車中獲得廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)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(hào)時(shí),首先,HS0038B內(nèi)的紅外敏感元件將脈沖調(diào)制紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),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(hào)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(hào)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(duì)紅外發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制。

  1.3 A44E測(cè)速電路設(shè)計(jì)

  霍爾傳感器A44E在測(cè)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(guò)A44E一次,A44E的第3腳就輸出一個(gè)脈沖信號(hào),脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有下列關(guān)系: 


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

  脈沖信號(hào)作為單片機(jī)AT89C52的外中斷信號(hào),從P3.2口輸入。

  1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

  動(dòng)作執(zhí)行單元為驅(qū)動(dòng)小車左右輪的兩個(gè)減速直流電機(jī),控制它們的轉(zhuǎn)速,就控制了小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但是由動(dòng)作控制單元發(fā)出的控制信號(hào)非常微弱,無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),須匹配設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)電路,常用的驅(qū)動(dòng)電路為H 橋。在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于三極管導(dǎo)通、關(guān)斷的時(shí)間不統(tǒng)一,導(dǎo)致用三極管搭建的H 橋在電機(jī)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(xiàn)象很嚴(yán)重,整個(gè)電路電源波動(dòng)很大,非常耗電。因此,本設(shè)計(jì)最終采用了集成H 橋L298.除此之外,在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)嚴(yán)重影響傳感器的輸出狀態(tài),將錯(cuò)誤的路徑信息送給處理器,導(dǎo)致小車經(jīng)常產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。因此,本設(shè)計(jì)采用了雙電源供電,即傳感器和芯片共用一組電源,電機(jī)專用一組電源,中間信號(hào)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(jì)

  本設(shè)計(jì)采用光敏三極管作為光源檢測(cè)傳感器,因?yàn)槠涓泄怆妷鹤兓黠@(電壓值變化在60~100mV 左右),價(jià)格便宜。光源引導(dǎo)模塊需要在小車前方安裝3個(gè)光敏三極管,通過(guò)車庫(kù)發(fā)出的光源信號(hào)來(lái)引導(dǎo)小車到指定車庫(kù)停車,使用LM324作為光源引導(dǎo)模塊的核心放大器件,將信號(hào)進(jìn)行放大處理。 

  1.6 停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  為了更好地完成小車避障、光源引導(dǎo)和入庫(kù)過(guò)程,停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是十分重要的。停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖2所示。 



  圖2 停車場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖


 

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  2 軟件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)速限速電路軟件設(shè)計(jì)思路是將每圈的時(shí)間換算成速度,再與設(shè)定的速度比較,如果所測(cè)速度大于設(shè)定值,則控制電機(jī)減速到設(shè)定值;如果所測(cè)速度小于設(shè)定值,則控制電機(jī)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(cè)試及連接

  各模塊連接:小車舵機(jī)左轉(zhuǎn)輸入端接P3.4;小車舵機(jī)右轉(zhuǎn)輸入端接P3.5;小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)輸入端接P3.6;小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(cè)試:把小車放在停車場(chǎng)入口處,打開小車電源,打開車庫(kù)中對(duì)應(yīng)車庫(kù)位置的光源電源,小車避開障礙通過(guò)停車場(chǎng)下坡區(qū),到達(dá)指定車庫(kù)前面,依靠光源引導(dǎo)入庫(kù),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(jì)的智能泊車系統(tǒng)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)駛?cè)胫付ㄍ\囄坏墓δ?。將小車停在停車?chǎng)入口處,然后車主可以離開小車,此時(shí)小車就可以根據(jù)停車場(chǎng)內(nèi)的車輛誘導(dǎo)信號(hào)(光源引導(dǎo)信號(hào))將車引入停車場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車過(guò)程。