基于STC89C52單片機(jī)的自動泊車智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

喻偉闖,劉世焯,錢 楷*,楊 標(biāo),陳家茜

(1.湖北民族學(xué)院科技學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

?

基于STC89C52單片機(jī)的自動泊車智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

喻偉闖1,劉世焯2,錢 楷2*,楊 標(biāo)2,陳家茜2

(1.湖北民族學(xué)院科技學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

設(shè)計(jì)一款具有自動泊車功能的智能小車，小車以STC89C52單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外避障模塊、超聲波測距模塊、LCD顯示模塊等部分組成.單片機(jī)產(chǎn)生兩路PWM波控制小車的轉(zhuǎn)向和速度，避障模塊采用紅外對管交叉避障方式檢測小車在行駛過程遇到的障礙物，超聲波測距模塊用于測量小車在泊車過程中車身與車庫墻壁之間的距離，LCD顯示模塊用于顯示小車的實(shí)時速度、當(dāng)前距離等基本信息.測試結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，小車能實(shí)現(xiàn)智能避障和自動泊車功能.

智能小車；紅外避障；自動泊車；單片機(jī)

隨著普通家庭小車擁有量的增多，在車庫容積量有限的情況下，如何快速泊車成為車主尤其是新手司機(jī)面臨的難題.自動泊車系統(tǒng)在國外并不罕見，目前我國各大汽車公司已開始了對此系統(tǒng)的研究，但這項(xiàng)技術(shù)還未發(fā)展成熟.本文設(shè)計(jì)的自動泊車智能小車系統(tǒng)，模擬現(xiàn)實(shí)汽車，利用多路傳感器檢測小車行駛和泊車過程中周圍障礙物的方位、距離等信息，通過單片機(jī)控制小車的速度和行駛方向，從而實(shí)現(xiàn)小車自動泊車功能.

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，使用直流電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)動，前輪使用舵機(jī)控制方向，模擬現(xiàn)實(shí)小車實(shí)現(xiàn)避障和智能泊車功能.系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、測速模塊、紅外避障模塊、超聲波模塊以及顯示模塊六部分組成[1].系統(tǒng)總體框圖如圖1所示.

1.2 電機(jī)驅(qū)動模塊

圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig.1 Block diagram of system

設(shè)計(jì)中使用L298N作為電機(jī)驅(qū)動模塊，L298N是一種大功率電機(jī)驅(qū)動芯片，它的工作電壓可以達(dá)到46V，持續(xù)工作電流為2A，額定功率為25W[2-3].模塊內(nèi)部集成了兩個H橋，采用高低電平信號控制電機(jī)正反轉(zhuǎn).將IN1、IN2端口分別接單片機(jī)的I/O口，控制直流減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)[4]，將ENA端口接單片機(jī)的PWM波輸出口控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速[5].電機(jī)驅(qū)動模塊如圖2所示.

1.3 紅外避障模塊

圖2 電機(jī)驅(qū)動模塊Fig.2 The motor driving module

圖3 紅外避障交叉檢測模式Fig.3 The cross detection mode ofinfrared obstacle avoidance

小車的避障分析主要考慮側(cè)面避障和正面避[6].當(dāng)小車只有一側(cè)的傳感器檢測到障礙物時，則小車會將方向盤轉(zhuǎn)向有障礙物一側(cè)倒車然后轉(zhuǎn)向另一側(cè)前進(jìn)，此時屬于側(cè)面避障[7]；當(dāng)小車進(jìn)入凹形的地形，小車會無后路可選，程序出現(xiàn)死鎖狀況，稱為小車落入陷阱[8]，若小車兩個傳感器同時檢測到有障礙物，說明其正前方出現(xiàn)障礙物，小車默認(rèn)直線倒車然后向左轉(zhuǎn)彎，此時屬于正面避障.本系統(tǒng)采用雙路紅外對管交叉式避障模式，如圖3所示，在小車車身前方兩端和車身后方兩端各安裝一個HJ-IR2紅外避障模塊，實(shí)現(xiàn)了小車對各個方位障礙物的判斷，克服了一般避障模式中無法克服的“點(diǎn)”避障[9]，當(dāng)檢測方向上遇到障礙物時，其信號輸出端口就會輸出一個低電平信號，可供單片機(jī)采集，此模塊還可通過調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)檢測障礙物的距離[10]，有效提高了小車的避障能力.

1.4 超聲波測距模塊

采用HC-SR04模塊，用超聲波的I/O口TRIG觸發(fā)測距，模塊自動發(fā)送方波信號，自動檢測是否有信號返回，如果有，I/O口ECHO就會輸出一個高電平[11-12]，超聲波測距就是對傳播時間進(jìn)行檢測，即發(fā)射信號到傳播信號的時間[13].本模塊使用方法簡單，使用定時器計(jì)時就可以算出時間，不斷測量就可測量出當(dāng)前距離.超聲波模塊接線圖如圖4所示.單片機(jī)根據(jù)檢測到的距離信息控制電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，并在LCD顯示模塊上進(jìn)行顯示.

圖4 超聲波模塊Fig.4 The ultrasonic module

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)產(chǎn)生不同占空比的PWM波控制小車的走向，完成對各種障礙物的避障，實(shí)現(xiàn)了自動泊車等功能.在軟件設(shè)計(jì)中要求小車有獨(dú)立判斷能力，并且能夠在單片機(jī)控制下正常工作，當(dāng)小車遇到障礙物時會自動選擇合適的線路避開障礙物.系統(tǒng)流程圖如圖5所示.

3 測試結(jié)果與分析

圖5 系統(tǒng)流程圖Fig.5 The flowchart of the system

圖6 泊車示意圖Fig.6 The parking schematic of diagram

小車避障測試選用一段較多無規(guī)律障礙物的實(shí)驗(yàn)場地，小車在行進(jìn)過程中不斷檢測周圍障礙物，自動選擇路線通過障礙物.其中障礙物位置改變小車行進(jìn)的路線也會改變[14].小車入庫分為三個步驟，首先將小車行駛到車位前方且車身方向與車位方向平行，然后開始倒車，當(dāng)小車后輪剛好到達(dá)車位左上角的拐角時，順時針轉(zhuǎn)動方向盤繼續(xù)倒車，當(dāng)小車左側(cè)車身與車庫右下角在一條直線上時，逆時針轉(zhuǎn)動方向盤直至小車完全倒入車位.本設(shè)計(jì)將速度調(diào)為恒定值，經(jīng)過多次試驗(yàn)，得到小車到車庫的距離與小車兩次轉(zhuǎn)動方向盤倒車行駛路程之間的函數(shù)關(guān)系，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度以及倒車時間使小車完成自動泊車.泊車示意圖如圖6所示.

4 結(jié)語

智能小車是綜合了多門學(xué)科的前沿課題，有著廣泛的應(yīng)用前景[15].為實(shí)現(xiàn)全方位避障，本設(shè)計(jì)采用雙路紅外對管交叉式避障模式，運(yùn)用超聲波模塊測量障礙物距離，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)小車的自動泊車功能.該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能耗較低，性價比高，具有一定的應(yīng)用價值.

[1] 曹月真.基于51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子世界, 2011(10):55-56.

[2] 李軍,王艷.基于單片機(jī)的智能泊車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(23):165-166.

[3] 李男,黃乘順.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制器設(shè)計(jì)[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013(4):30-32.

[4] 魏雅,杜云.基于單片機(jī)遙控超聲波測距智能小車[J].信息技術(shù),2014(11):67-69.

[5] 蘇琳.基于HC-SR04的超聲波測距器的設(shè)計(jì)[J].科技信息,2012(9):124-125.

[6] 李丹.基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制[J].中國新通信，2015(13)：12-13.

[7] 顧志華,戈惠梅,徐曉慧,等.基于多傳感器的智能小車避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào),2014,14(1):14-17.

[8] 梁玉清,李妍,何靜濤.一種改進(jìn)柵格蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,32(2):196-199.

[9] 強(qiáng)彥,葉文鵬,屈明月,等.基于紅外避障的智能小車的設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2013,(30)2:140-143.

[10] 周晶.室內(nèi)智能輪椅自動避障系統(tǒng)研究[D].南京：南京師范大學(xué),2014.

[11] 胡正興,李一民,詹躍東.自動導(dǎo)引小車局部智能避障的A*算法[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),2005,30(5):51-53.

[12] 黃麗華,胡古月,高越.汽車防追尾智能系統(tǒng)研究[J].科技風(fēng),2013(14):6.

[13] 李昌祿,蘇寒松.超聲波定位系統(tǒng)的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(2):39-44.

[14] 劉崇翔,高美鳳.基于多超聲波信息融合的小車避障算法實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2012(8):32-34 .

[15] 劉進(jìn),齊曉慧,李永科.基于攝像頭的智能小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].傳感器世界,2008,14(2):34-37.

責(zé)任編輯：時 凌

Design and Implemention of an Intelligent Car with Automatic Parking Based on STC89C52 MCU

YU Weichuang1,LIU Shizhuo2,QIAN Kai2,YANG Biao2，CHEN Jiaxi2

(1. Science and Technology College of Hubei University for Nationalities，Enshi 445000,China；2. School of Information and Engineering,Hubei University for Nationalities, Enshi 445000,China)

A kind of intelligent car with the function of automatic parking was designed in this paper. It adopted the STC89C52 MCU as the control core,and the system consists of the driver module of electric motor,infrared obstacle sensors,ultrasonic distance measuring module and LCD.The car′s steering and speed were controlled by two channels of PWM waves generated by the MCU.In driving,infrared emitting diode and photodiode sensors were used to crossways detect the barriers surrounding the car.During the process of parking,ultrasonic ranging system would measure the distance between the car and the garage wall.On the LCD screen,we could see the basic information such as real-time speed and the current distance of the car.The test results show that the system is stable,and the car is able to avoid obstacles intelligently and park automatically．

intelligent car;infrared obstacle avoidance;automatic parking;MCU

2017-01-14.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61665002)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015CFB609)；湖北民族學(xué)院信息工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(xgcx2016023).

喻偉闖(1982-),男，碩士，主要從事智能控制、嵌入式系統(tǒng)研究；*

錢楷(1982-)，男，博士，副教授，主要從事光纖傳感、智能控制的研究.

1008-8423(2017)02-0195-03

10.13501/j.cnki.42-1569/n.2017.06.019

TP311

A