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[導讀]引 言 隨著我國汽車數量逐年急劇增多,泊車位、停車場的數量卻跟不上其增長的步伐,越來越多的人為如何泊車而發(fā)愁。一個有效的智能泊車系統(tǒng),不僅能幫助駕駛者快速、安全地完成泊車操作,從而減輕駕駛員負擔,減少

引 言

隨著我國汽車數量逐年急劇增多,泊車位、停車場的數量卻跟不上其增長的步伐,越來越多的人為如何泊車而發(fā)愁。一個有效的智能泊車系統(tǒng),不僅能幫助駕駛者快速、安全地完成泊車操作,從而減輕駕駛員負擔,減少交通事故,而且能夠有效提高汽車的智能化程度,增加汽車的附加值,從而帶來巨大的經濟效益。使用AT89C52單片機作為小車的主控制器,在該控制器基礎上,添加了光電避障電路、測速電路、光源引導電路和電機驅動電路,從而實現了智能泊車系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)結構簡單、成本低,并在實驗室中取得了預期的效果,能夠使小車進入指定的停車位。

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檢測部分。

其中信號檢測部分包括障礙物檢測模塊,光源檢測模塊和速度檢測模塊;控制部分包括控制器模塊,電機控制模塊。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:在小車啟動之后,通過霍爾傳感器A44E進行小車的速度檢測,對小車進行智能限速,小車行進過程中通過紅外光電傳感器避障,車庫系統(tǒng)發(fā)送光源指示信號,光敏三極管接收車庫指示信息,使小車到達指定車庫后,停車。

1.1 單片機最小系統(tǒng)設計

AT89C52是51系列單片機的一種,是一個低功耗,高性能,CMOS 8位單片機,片內含8KB的可反復擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256B的隨機存取數據存儲器(RAM),由ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲技術生產,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元,片內有ROM/EPROM,因此,這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠,只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可。

1.2 避障電路設計

紅外光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠、體積小、安裝輕便等諸多特點,因此在工業(yè)自動化裝置和智能小車中獲得廣泛應用。本設計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:當接收到載波頻率為38kHz的脈沖調制信號時,首先,HS0038B內的紅外敏感元件將脈沖調制紅外光信號轉換成電信號,再由前置放大器和自動增益控制電路進行放大處理,然后通過帶通濾波器進行濾波,濾波后的信號由解調電路進行解調,最后由輸出電路進行反向放大并輸出低電平;未接收到載波信號時,電路則輸出高電平。紅外發(fā)射電路由555定時電路產生方波,對紅外發(fā)射管進行調制。

1.3 A44E測速電路設計

霍爾傳感器A44E在測速系統(tǒng)中的主要作用是車輪轉速采集。車輪每轉一周,磁鐵經過A44E一次,A44E的第3腳就輸出一個脈沖信號,脈沖信號的周期與電機的轉速有下列關系:



式中:n為電機轉速;P 為電機轉一圈的脈沖數;T 為輸出方波信號的周期。

脈沖信號作為單片機AT89C52的外中斷信號,從P3.2口輸入。

1.4 電機驅動電路設計

動作執(zhí)行單元為驅動小車左右輪的兩個減速直流電機,控制它們的轉速,就控制了小車的運動狀態(tài)。但是由動作控制單元發(fā)出的控制信號非常微弱,無法直接驅動直流電機,須匹配設計合理的驅動電路,常用的驅動電路為H 橋。在設計過程中發(fā)現,由于三極管導通、關斷的時間不統(tǒng)一,導致用三極管搭建的H 橋在電機電流換向的時候經常發(fā)生微短路,使得三極管發(fā)熱現象很嚴重,整個電路電源波動很大,非常耗電。因此,本設計最終采用了集成H 橋L298.除此之外,在設計過程中發(fā)現電機轉動產生的反向電動勢會嚴重影響傳感器的輸出狀態(tài),將錯誤的路徑信息送給處理器,導致小車經常產生錯誤動作。因此,本設計采用了雙電源供電,即傳感器和芯片共用一組電源,電機專用一組電源,中間信號的傳輸采用了4N25光耦電路進行電氣隔離。

1.5 光源引導電路設計

本設計采用光敏三極管作為光源檢測傳感器,因為其感光電壓變化明顯(電壓值變化在60~100mV 左右),價格便宜。光源引導模塊需要在小車前方安裝3個光敏三極管,通過車庫發(fā)出的光源信號來引導小車到指定車庫停車,使用LM324作為光源引導模塊的核心放大器件,將信號進行放大處理。

1.6 停車場系統(tǒng)設計

為了更好地完成小車避障、光源引導和入庫過程,停車場系統(tǒng)設計也是十分重要的。停車場系統(tǒng)設計圖如圖2所示。



圖2 停車場系統(tǒng)設計圖



2 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計在Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境下進行。軟件主要包括系統(tǒng)主程序、避障子程序、光源引導子程序和測速限速子程序等。泊車系統(tǒng)整體流程如圖3所示,避障程序流程圖、光源引導程序流程圖分別如圖4,圖5所示。測速限速電路軟件設計思路是將每圈的時間換算成速度,再與設定的速度比較,如果所測速度大于設定值,則控制電機減速到設定值;如果所測速度小于設定值,則控制電機加速到設定值,完成小車的智能限速。



圖3 智能泊車系統(tǒng)總體流程圖

3 各模塊測試及連接

各模塊連接:小車舵機左轉輸入端接P3.4;小車舵機右轉輸入端接P3.5;小車驅動電機前進輸入端接P3.6;小車驅動電機后退輸入端接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;光源引導模塊左傳感器輸出端接P1.2;光源引導模塊中間傳感器輸出端接P1.3;光源引導模塊右傳感器輸出端接P1.4。

小車整體測試:把小車放在停車場入口處,打開小車電源,打開車庫中對應車庫位置的光源電源,小車避開障礙通過停車場下坡區(qū),到達指定車庫前面,依靠光源引導入庫,停車。



圖4 避障程序流程圖



圖5 光源引導程序流程圖

4 結 論

本文設計的智能泊車系統(tǒng)可以在實驗室內實現小車的自動駛入指定停車位的功能。將小車停在停車場入口處,然后車主可以離開小車,此時小車就可以根據停車場內的車輛誘導信號(光源引導信號)將車引入停車場,從而實現自動泊車過程。
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