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)

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基于STC89C52單片機(jī)的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)模塊、紅外避障模塊、超聲波測(cè)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(duì)管交叉避障方式檢測(cè)小車在行駛過程遇到的障礙物，超聲波測(cè)距模塊用于測(cè)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(shí)速度、當(dāng)前距離等基本信息.測(cè)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(dòng)泊車功能.

智能小車；紅外避障；自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)模塊、測(cè)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(dòng)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(dòng)模塊，L298N是一種大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)H橋，采用高低電平信號(hào)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(dòng)模塊如圖2所示.

1.3 紅外避障模塊

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

圖3 紅外避障交叉檢測(cè)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(cè)到障礙物時(shí)，則小車會(huì)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(shí)屬于側(cè)面避障[7]；當(dāng)小車進(jìn)入凹形的地形，小車會(huì)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(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)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(shí)屬于正面避障.本系統(tǒng)采用雙路紅外對(duì)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(gè)HJ-IR2紅外避障模塊，實(shí)現(xiàn)了小車對(duì)各個(gè)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(cè)方向上遇到障礙物時(shí)，其信號(hào)輸出端口就會(huì)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，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(cè)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(cè)距模塊

采用HC-SR04模塊，用超聲波的I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，模塊自動(dòng)發(fā)送方波信號(hào)，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，如果有，I/O口ECHO就會(huì)輸出一個(gè)高電平[11-12]，超聲波測(cè)距就是對(duì)傳播時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，即發(fā)射信號(hào)到傳播信號(hào)的時(shí)間[13].本模塊使用方法簡(jiǎn)單，使用定時(shí)器計(jì)時(shí)就可以算出時(shí)間，不斷測(cè)量就可測(cè)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(cè)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(duì)各種障礙物的避障，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(shí)會(huì)自動(dòng)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(cè)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(cè)試選用一段較多無規(guī)律障礙物的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，小車在行進(jìn)過程中不斷檢測(cè)周圍障礙物，自動(dòng)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(huì)改變[14].小車入庫分為三個(gè)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(shí)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的角度以及倒車時(shí)間使小車完成自動(dòng)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(duì)管交叉式避障模式，運(yùn)用超聲波模塊測(cè)量障礙物距離，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)泊車功能.該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能耗較低，性價(jià)比高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值.

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責(zé)任編輯：時(shí) 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

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