基于超聲波檢測的自動泊車系統(tǒng)

【摘 要】設(shè)計了基于超聲波檢測的自動泊車系統(tǒng)，采用51單片機作為控制核心，應(yīng)用電路知識與自動控制原理，搭建了硬件電路，編寫C語言代碼，設(shè)計閉環(huán)反饋的自動泊車系統(tǒng)，將系統(tǒng)搭載于飛思卡爾智能車模型上，小車能自動檢測空車位，順利完成側(cè)位泊車任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】超聲波傳感器 C語言 51單片機 飛思卡爾

一、選題背景

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，司家車擁有量激增，雖然司機都能掌握基本的開車技術(shù)，但在面對擁擠的道路側(cè)位停車時，許多司機尤其是新手或者女性遇到很大困難，經(jīng)常會發(fā)生車體蹭傷的事故，甚至?xí)＜暗剿緳C與行人的生命安全。

目前，一些大型汽車公司已經(jīng)陸續(xù)開發(fā)一些自動停車的系統(tǒng)，有些已經(jīng)投入生產(chǎn)，但是因為系統(tǒng)自身還有些局限性，同時價格昂貴，往往令消費者望而卻步。市場需要一套完善且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的自動泊車系統(tǒng)。

二、問題研究

經(jīng)過詢問駕校師傅，我的了解了司機停車的過程。一般來說，司機停車分為四個步驟，首先緩慢行駛觀察是否有足夠空間容納車體，可以停車；確定車位后，停車方向盤右打死，倒車至從后視鏡看到車位的邊緣；隨后方向盤左打死繼續(xù)倒車至車位后邊緣；停進車位后，方向盤打正。

我們對該過程進行分析，直接采用實體轎車進行實驗是沒必要的，只要選擇一款可以前進后退，左右轉(zhuǎn)彎，反應(yīng)靈敏，價格實惠的模型車就能達到我們實驗的要求。飛思卡爾智能車競賽用車機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造型成熟，經(jīng)過多次分析，本文選擇了飛思卡爾智能車B車作為實驗用車。

三、硬件設(shè)計

車體只是一架空殼，最重要的是我們對車體的控制。硬件設(shè)計主要是傳感器的設(shè)計，控制中心的選擇，驅(qū)動電路的設(shè)計，當(dāng)然還包括供電與穩(wěn)壓等基本單元。

（一）傳感器。本系統(tǒng)對傳感器要求較高，需要良好的動態(tài)性能，精度和靈敏度，達到快速鑒別車位的目的。本文主要考慮了激光傳感、紅外傳感、超聲波傳感三種方式。其中激光傳感精度較高但是造價昂貴違背了我們降低成本的意愿，紅外傳感雖然價格低廉但是在實際應(yīng)用中可能對兒童或者寵物的眼睛造成威脅，而超聲波傳感同樣具有價格實惠的優(yōu)點，同時精度高，反應(yīng)速度靈敏。本系統(tǒng)選擇超聲波傳感器。

（二）控制單元。模型車載系統(tǒng)的控制一般采用單片技術(shù)，目前主流的有430單片機、51單片機、FPGA控制單元、ARM控制器等。430單片機反應(yīng)靈敏，功能強大，缺點穩(wěn)定性差禁不住碰撞；FPGA控制反應(yīng)速度極快，缺點是不適合完成復(fù)雜控制過程；ARM控制器功能最強大，包含豐富的底層庫，能完成復(fù)雜的算法，同時對程序員的要求很高；51單片機功能較430弱一些，但是穩(wěn)定性極佳，抗摔抗碰撞。綜合考慮，本系統(tǒng)選擇簡單可靠的51單片機。

（三）驅(qū)動模塊。本系統(tǒng)需要車輪完成前行，后行，左右轉(zhuǎn)的功能，采用舵機控制轉(zhuǎn)向，直流電機作為動力，驅(qū)動部分需要輸出兩路占空比不同的信號，一路控制舵機轉(zhuǎn)向，一路控制電機前進后退以及車輛轉(zhuǎn)動速度。B車模型的舵機內(nèi)置放大電路，直接從單片機輸出即可；直流電機則需要驅(qū)動部分，將單片機輸出信號變換輸出大功率信號驅(qū)動電機動作。參考飛思卡爾競賽電路，我們選擇英飛凌公司的驅(qū)動芯片BTS7960B。

四、軟件設(shè)計

硬件電路和軟件程序是密不可分的，在硬件設(shè)計基本定型之后，就是軟件程序編寫環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)程序采用主程序子程序嵌套的形式，層次分明，思路清晰，同樣有利于分部調(diào)試。

（一）超聲波子程序。判斷是否可以停車時第一步，該部分，本文采用51單片機自帶的定時器與中斷，向超聲波傳感器模塊發(fā)送20的高電平信號，計時器開始計時，超聲波模塊自動發(fā)射幾組超聲波，超聲波遇到障礙物會反射回來，當(dāng)超聲波傳感器模塊接受到反射回來的超聲波時，計入中斷，得到從發(fā)射到回收的時間，計算得到障礙物距離。得到安裝在車體右側(cè)的幾個超聲波傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算分析區(qū)域是否達到可以停車的標(biāo)準。

（二）舵機控制子程序。舵機控制部分是單純的超聲波輸出占空比信號，本文中占空比周期20ms，當(dāng)高電平時間為1.5時，舵機位于中間位置。占空比調(diào)小時，舵機左轉(zhuǎn)，占空比調(diào)大，舵機右轉(zhuǎn)。

（三）電機驅(qū)動子程序。本文硬件采用的板橋驅(qū)動方式，輸出兩路電平，兩路的高低決定了電機的轉(zhuǎn)向，占空比決定了直流電機的轉(zhuǎn)速。

（四）主程序。將各子程序按照本文設(shè)計組合起來，就達到了控制車體自動泊車的目的。

五、優(yōu)化設(shè)計

考慮遇到突發(fā)緊急情況，本系統(tǒng)添加了緊急情況切換人為控制的功能，當(dāng)遇到緊急情況，司機可以掌握車子的控制權(quán)，完成緊急剎車，保證了司機的人身安全

六、研究成果

本系統(tǒng)在實驗中能夠準確分辨空閑地帶是否可以停車，流暢穩(wěn)定地將車停進預(yù)定停車區(qū)域，基本達到自動泊車的實驗?zāi)繕?biāo)。將本系統(tǒng)稍作改進就可以應(yīng)用在實體轎車，當(dāng)然精度與參數(shù)還需要進一步的調(diào)試。

參考文獻：

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