基于無(wú)線通信的智能泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件工程系 曾維鵬

海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系 蔡莉莎

基于無(wú)線通信的智能泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件工程系 曾維鵬

海南軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系 蔡莉莎

本文闡述了一套自動(dòng)泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程,設(shè)計(jì)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心,結(jié)合尋跡傳感器、光電傳感器、超聲波、直流電機(jī)、震動(dòng)傳感器、LED、蜂鳴器、光電開關(guān)、LCM12864液晶屏、USR-C215 Wi-Fi模塊及木工板等,構(gòu)成一套完整的自動(dòng)泊車系統(tǒng).用戶可在控制系統(tǒng)中輸入停車位信息,顯示在液晶屏上并通過(guò)WiFi把車位信息發(fā)送給小車,小車接收到位置信息后自動(dòng)駛?cè)胪＼囄煌Ａ羧缓笞詣?dòng)駛出.控制系統(tǒng)可檢測(cè)小車進(jìn)出停車場(chǎng)狀態(tài),實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上并進(jìn)行計(jì)費(fèi).

自動(dòng)泊車系統(tǒng);STC12C5A60S2單片機(jī);傳感器;USR-C215 Wi-Fi模塊

0 引言

在汽車行業(yè)里,自動(dòng)泊車系統(tǒng)已開始普及,在高端車領(lǐng)域,自動(dòng)泊車系統(tǒng)已非常成熟.但與之配套的智能停車場(chǎng)仍不多見,目前的自動(dòng)泊車系統(tǒng)仍需駕駛員在車上完成整個(gè)泊車流程,顯得還不是完全智能.本文所研究的自動(dòng)泊車系統(tǒng)模型是基于Wi-Fi通信的智能自動(dòng)泊車系統(tǒng),停車場(chǎng)管理系統(tǒng)可與汽車進(jìn)行無(wú)線通信,實(shí)現(xiàn)汽車的智能停放以及管理.停車管理還具備指派車位、管理車位、計(jì)費(fèi)及顯示等功能.目前在市場(chǎng)上,實(shí)用性強(qiáng),擁有極強(qiáng)的推廣性.

1 自動(dòng)泊車系統(tǒng)功能分析

1.1 功能總體概述

自動(dòng)泊車系統(tǒng)由小車控制裝置和停車場(chǎng)控制裝置兩部分組成,停車場(chǎng)控制裝置負(fù)責(zé)進(jìn)行車位選擇及計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)顯示,小車控制裝置負(fù)責(zé)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作,兩個(gè)模塊通過(guò)無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信,系統(tǒng)功能框圖如圖1所示.

圖1 自動(dòng)泊車系統(tǒng)功能框圖

1.2 汽車智能泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述

汽車控制裝置由STC12C5A60S2單片機(jī)、直流減速電機(jī)和驅(qū)動(dòng)模塊、超聲波傳感器、光電傳感器、降壓模塊等部分構(gòu)成.由傳感器來(lái)控制小車電機(jī)的轉(zhuǎn)向從而來(lái)使小車準(zhǔn)確的停入指定的停車位,在車頭和車尾安裝超聲波傳感器和光電傳感器用于檢測(cè)小車在停車場(chǎng)中所處的位置,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能框圖如圖2所示.

1.3 汽車智能泊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述

停車場(chǎng)控制裝置由STC12C5A60S2單片機(jī)、矩陣鍵盤、12864液晶屏、LED燈等部分構(gòu)成.由矩陣鍵盤的按鍵來(lái)選擇小車要停入的車位,并點(diǎn)亮車位上的LED燈.當(dāng)小車駛?cè)牒笥?jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)并計(jì)算費(fèi)用顯示在液晶屏上.初步設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能框圖如圖3所示.

圖2 汽車控制裝置功能框圖

圖3 停車場(chǎng)控制裝置功能框圖

2 系統(tǒng)方案合計(jì)

2.1 汽車模型電機(jī)方案

方案一:選擇普通有刷電機(jī),速度可調(diào),精度不高,速度調(diào)節(jié)時(shí)因電機(jī)速度較快,使小車速度過(guò)快不好控制,且價(jià)格比較高.

方案二:選擇直流減速電機(jī),速度可調(diào),速度較慢,精度適中,穩(wěn)定性好,價(jià)格較低.

綜上所述,考慮到本題對(duì)小車速度控制不需要太快,且性價(jià)比高,所以我們選擇方案二:直流減速電機(jī).

2.2 小車位置檢測(cè)方案比較與選擇

方案一:選擇超聲波傳感器,超聲波測(cè)試距離精準(zhǔn)度高,靈敏度高,檢測(cè)物的方向不斷的改變,可以檢測(cè)多段不同的距離.

方案二:選擇光電傳感器,該感器靈敏度較高,體積小可隨意擺放比較靈活,控制簡(jiǎn)單,但是距離檢測(cè)單一.

方案三:使用超聲波進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位,使用光電傳感器進(jìn)行近距離精確位置調(diào)整,兩種傳感器共同使用可使小車在"停車場(chǎng)"內(nèi)定位更準(zhǔn)確,但是需要消耗控制核心的資源與引腳.

綜上所述,我們采用的單片機(jī)處理效率是普通51單片機(jī)的12倍,處理能力完全能夠滿足方案三的要求,為了提高小車的定位精度,我們選擇方案三來(lái)對(duì)小車的位置進(jìn)行檢測(cè).

2.3 供電方案比較與選擇

方案一:單電源供電,方便占用空間小,連接方便,但是電量消耗較快.

方案二:雙電源供電,可以解決單電源供電存在的缺點(diǎn),可以任意調(diào)節(jié)電機(jī)電壓,但是占用小車的位置過(guò)多,安裝過(guò)于麻煩.

綜上所訴,供電方案采用方案一.

2.4 顯示屏比較與選擇

方案一:選擇LCM1602,1602只能顯示字母、數(shù)字和符號(hào)能顯示16*2個(gè)字符,但是不能顯示漢字[1].

方案二:選擇LCM12864,12864能顯示8*4個(gè)漢字,因型號(hào)不同,帶有漢字庫(kù),能顯示圖像效果[2],功能比1602強(qiáng)大.

綜上所述,因?yàn)樽詣?dòng)泊車系統(tǒng)需要計(jì)時(shí)和顯示收費(fèi),所以在停車場(chǎng)控制裝置上我們選用方案二,在小車自動(dòng)運(yùn)行裝置上,我們選用方案一.

經(jīng)過(guò)上述論證,我們決定采用STC12C5A60S2單片機(jī)為主控核心,結(jié)合超聲波傳感器[3]、光電傳感器、直流減速電機(jī)、矩陣鍵盤、LED、蜂鳴器及LCM12864液晶屏構(gòu)成一套完整的自動(dòng)泊車系統(tǒng),系統(tǒng)框圖如4所示.

圖4 自動(dòng)泊車系統(tǒng)總功能框圖

3 自動(dòng)泊車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測(cè)

3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測(cè)

系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5所示,將光電傳感器分別安裝到小車不同位置上,用來(lái)檢測(cè)小車在停車場(chǎng)中的位置,利用超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)小車與停車場(chǎng)擋板的距離,震動(dòng)傳感器分別裝在停車場(chǎng)的各塊擋板上,使停車場(chǎng)能夠記錄小車的碰撞次數(shù).系統(tǒng)通過(guò)超聲波和光電傳感器檢測(cè)小車的位置,然后將數(shù)據(jù)送到單片機(jī)處理,單片機(jī)通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向,從而使小車任意轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、后退,根據(jù)不同任務(wù),使用小車駛?cè)氩煌耐＼囄徊Ⅰ偝鐾＼噲?chǎng).

圖5 自動(dòng)泊車系統(tǒng)模型實(shí)物圖

3.2 小車控制設(shè)計(jì)與檢測(cè)

將1個(gè)超聲波傳感器與單片機(jī)P3口相連,將3個(gè)光電傳感器與單片機(jī)P2口相連,利用光電傳感器對(duì)小車在停車場(chǎng)的位置進(jìn)行檢測(cè)[4],傳感器放置在小車的不同位置,將超聲波檢測(cè)到小車距離隔板的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)處理,通過(guò)單片機(jī)控制小車進(jìn)入不同的車位.

3.3 停車場(chǎng)控制裝置設(shè)計(jì)與檢測(cè)

將紅外、震動(dòng)傳感器[5]與單片機(jī)P2口相連,12864與單片機(jī)P2口與P0口相連,LED燈與單片機(jī)P1口相連.利用紅外傳感器檢測(cè)小車是否駛?cè)胪＼噲?chǎng),然后單片機(jī)開始計(jì)時(shí)并顯示在屏幕上,當(dāng)小車駛出停車場(chǎng)時(shí)計(jì)時(shí)停止并計(jì)算費(fèi)用.

4 電路與程序設(shè)計(jì)

4.1 汽車模型電路設(shè)計(jì)

超聲波傳感器、光電傳感器和單片機(jī)連接將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī),單片機(jī)再進(jìn)行信號(hào)處理,將處理后的數(shù)據(jù)送至與單片機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,從而控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)[6],再通過(guò)連接振動(dòng)傳感器檢測(cè)小車是否有碰撞產(chǎn)生.顯示電路是單片機(jī)與LCD1602顯示模塊組成,將小車在停車場(chǎng)中的碰撞次數(shù)記錄顯示.電路圖如圖6所示.

圖6 總控制電路

圖7 顯示電路

4.2 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

通過(guò)矩陣鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入鍵值選擇車位并點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)車位的LED燈.使用WIFI模塊[7]與小車通信告訴小車要停入的車位.電路圖如圖7所示.顯示電路是單片機(jī)與LCM12864顯示模塊組成,將小車進(jìn)入停車場(chǎng)所用的時(shí)間和收費(fèi)記錄顯示.電路圖如圖7所示.

4.3 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)要求,需要設(shè)置多個(gè)不同功能的按鍵,由于使用的按鍵較多,為了節(jié)省控制器的引腳資源,我們采用矩陣鍵盤進(jìn)行輸入.在程序設(shè)計(jì)思路方面,停車場(chǎng)控制裝置負(fù)責(zé)發(fā)送停車位信息,并檢測(cè)小車是否入庫(kù)、出庫(kù),進(jìn)行計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)操作.小車控制裝置負(fù)責(zé)接收停車位信息,并根據(jù)路徑規(guī)劃完成入庫(kù)、出庫(kù)動(dòng)作,程序流程圖如圖8所示.

圖8 自動(dòng)泊車控制系統(tǒng)程序流程圖

5 結(jié)論

5.1 系統(tǒng)測(cè)試方法及數(shù)據(jù)

測(cè)試前,將小車放在進(jìn)出口中間擺正,啟動(dòng)電源,便可進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試時(shí),根據(jù)任務(wù)要求,按下相應(yīng)的按鍵便能完成對(duì)應(yīng)的任務(wù),任務(wù)進(jìn)行時(shí),液晶屏實(shí)時(shí)顯示任務(wù)時(shí)間、碰撞次數(shù)和收費(fèi),6個(gè)LED顯示小車將要停入的車位.系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)如下:

表1 任務(wù)測(cè)試數(shù)據(jù)(一)

表2 任務(wù)測(cè)試數(shù)據(jù)(二)

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,智能泊車系統(tǒng)模型運(yùn)行快速而穩(wěn)定,此外,電動(dòng)小車具有檢測(cè)并實(shí)時(shí)顯示在泊車過(guò)程中碰撞隔板次數(shù)的功能,電動(dòng)小車周邊任何位置碰撞隔板都能檢測(cè)到.汽車模型采用超聲波與光電傳感器共同進(jìn)行定位,使小車在"停車場(chǎng)"內(nèi)的定位更加準(zhǔn)確,且采用路徑規(guī)劃算法,使小車更加智能[8].

5.2 結(jié)果分析

本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心,根據(jù)各種傳感器采集的信息,控制直流減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)從而使小車任意轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、后退,從而達(dá)到小車駛?cè)胫付ǖ耐＼囄坏哪康?在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,力求硬件線路簡(jiǎn)單,充分發(fā)揮軟件編程靈活的特點(diǎn),來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求.因?yàn)闀r(shí)間有限,該系統(tǒng)還有許多值得修改的地方;比如對(duì)此系統(tǒng)來(lái)講,還有很多改進(jìn)的算法可以采用;硬件電路的設(shè)計(jì)還需優(yōu)化,采用室內(nèi)三點(diǎn)定位的方式等.因此,系統(tǒng)還有待改進(jìn).

[1]郭營(yíng)營(yíng).LCD 1602液晶顯示屏[J].內(nèi)江科技,2016(7):37-38.

[2]陳光源,鄧明,金勝,王猛,吳承璇,宗芳伊.井地電磁發(fā)送機(jī)嵌入式人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2016(5):2319-2325.

[3]穆衛(wèi)誼,張廣鵬,黃玉美,閆雯,高恒.移動(dòng)機(jī)器人的超聲波傳感器發(fā)散角標(biāo)定及應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2017(3):560-567.

[4]王林軍,門靜,張東,許立曉,鄧煜,呂耀平,陳艷娟.太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中光電傳感器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015(14):179-185.

[5]汪嘉洋,劉剛,華杰,劉冰,張家林,穆文君.振動(dòng)傳感器的原理選擇[J].傳感器世界,2016(10):19-23.

[6]侯一民,朱志超.單神經(jīng)元PID控制算法在智能車控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表,2015(02):134-138.

[7]尹學(xué)愛,趙榮霞,馬國(guó)利.基于Wi-Fi模塊手機(jī)控制小車的設(shè)計(jì)與制作[J].物理通報(bào),2015(10):110-112.

[8]左培文,孟慶闊,李育賢.自動(dòng)泊車系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].上海汽車,2017(02):44-46+56.

Design and implementation of intelligent parking system based on wireless modular

Zeng Weipeng1,Cai Lisha2
(1.Hainan Software Profession Institute,Department of Software Engineering,Qionghai 571400,China;2.Hainan Software Profession Institute,Department of Electronic Engineering,Qionghai 571400,China)

This paper describes the design and fabrication process of a set of automatic parking system,designed to STC12C5A60S2 microcontroller as control core,combining tracing sensor,photoelectric sensor,ultrasonic,DC motor,vibration sensor,photoelectric switch,buzzer,LED,LCM12864,USR-C215 Wi-Fi LCD module and wood board,constitute a complete set of automatic parking system.Users can input parking space information in the control system,displayed on the LCD screen,and sent the parking information to the car through the Wi-Fi.After the car receives the position information,it automatically enters the parking space to stay and then automatically leaves.The control system can check the status of the car in and out of the parking lot and display it on the LCD screen in real time.

intelligent parking system;STC12C5A60S2 MCU;sensor;USR-C215 Wi-Fi modular

2016海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20166229);海南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究基金項(xiàng)目(Hnky2017-76).

曾維鵬(1982-),海南海口人,碩士,副教授,研究方向:片上系統(tǒng)研究、嵌入式.

蔡莉莎【同為第一作者】(1984-),海南?？谌?碩士,副教授,研究方向:故障診斷、路徑規(guī)劃.