單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能泊車(chē)系統(tǒng)方案

引 言

隨著我國(guó)汽車(chē)數(shù)量逐年急劇增多，泊車(chē)位、停車(chē)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(chē)而發(fā)愁。一個(gè)有效的智能泊車(chē)系統(tǒng)，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(fù)擔(dān)，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(jì)效益。使用AT89C52單片機(jī)作為小車(chē)的主控制器，在該控制器基礎(chǔ)上，添加了光電避障電路、測(cè)速電路、光源引導(dǎo)電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)了智能泊車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并在實(shí)驗(yàn)室中取得了預(yù)期的效果，能夠使小車(chē)進(jìn)入指定的停車(chē)位。

1 系統(tǒng)的工作原理及功能

智能泊車(chē)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(chē)系統(tǒng)基本模塊方框圖如圖1所示。



圖1 智能泊車(chē)系統(tǒng)基本框圖

系統(tǒng)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(cè)，對(duì)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(kù)系統(tǒng)發(fā)送光源指示信號(hào)，光敏三極管接收車(chē)庫(kù)指示信息，使小車(chē)到達(dá)指定車(chē)庫(kù)后，停車(chē)。

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(xiě)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(chē)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(chē)輪轉(zhuǎn)速采集。車(chē)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(chē)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(chē)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?chē)?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(chē)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(chē)前方安裝3個(gè)光敏三極管，通過(guò)車(chē)庫(kù)發(fā)出的光源信號(hào)來(lái)引導(dǎo)小車(chē)到指定車(chē)庫(kù)停車(chē)，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(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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



圖2　停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在Keil C51 集成開(kāi)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(chē)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(chē)的智能限速。



圖3　智能泊車(chē)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(chē)舵機(jī)左轉(zhuǎn)輸入端接P3.4;小車(chē)舵機(jī)右轉(zhuǎn)輸入端接P3.5;小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)輸入端接P3.6;小車(chē)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(chē)整體測(cè)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(kù)中對(duì)應(yīng)車(chē)庫(kù)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(qū)，到達(dá)指定車(chē)庫(kù)前面，依靠光源引導(dǎo)入庫(kù)，停車(chē)。



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(chē)系統(tǒng)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)駛?cè)胫付ㄍ＼?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(jù)停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的車(chē)輛誘導(dǎo)信號(hào)(光源引導(dǎo)信號(hào))將車(chē)引入停車(chē)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程。