自动泊车系统—另一种设计方法

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摘要自动泊车系统主要由控制装置、电动小车等部分组成，其中控制装置主要包括无线发射、红外检测、语音播报等模块，电动小车主要包括车体、电机、超声波等模块;两者都以IAP15W4K58S4单片机作为最小控制系统。控制装置采用无线通信技术，控制电动小车驶人指定空车位，并具有自动显示、语音播报、计时计费功能;电动小车采用PID控制经典算法，根据控制装置设定的某一-空 车位，进行精确进出停车场地，达到设定空车位停车时，控制系统具有声光提示功能，并能实时检测和显示在泊车过程中碰撞隔板的次数。通过调试与测试，本系统性能稳定、数据精确，实现了基本和发挥两部分的要求。



一、系统方案论证(略)

二、理论分析与计算
1.自动泊车原理分析
本系统通过控制装置的键盘来设定一一个空车位，小车根据接收到的无线模块发射信号自动驶入指定的空车位。红外检测模块检测小车的启动与结束状态，反馈至最小系统，计算泊车时间。语音模块报读停车时间和停车费。小车上的超声波检测与周边障碍物的距离，实时传输给单片机最小系统，单片机最小系统依据所接收到的超声波数据来调整小车的转弯角度、车速、停车方位和前后位置移动，使得小车能够在系统的控制下自主驶入泊车位。


2.碰撞检测原理
本系统采用碰撞开关检测小车与隔板的碰撞，电动小车四周装有碰撞开关，一旦发生碰撞，即刻反馈至小车系统进行计数，并在OLED液晶显示屏显示。

3.电动小车的设计
本设计采用的是恩智浦飞思卡智能车B型车模。车架长28. 75cm、宽16.6cm、高7.0cm,底盘采用2.5 mm厚的黑色玻纤板，具有较强的弹性和刚性。前轮的调整方式简单，全车采用滚珠轴承。前后轮轴高度可调(离地间隙0.75 cm/1. 65 cm)，双滚珠差速。轮胎直径为6.4 cm,前轮宽2.7 cm,后轮宽3.7 cm,采用的优质高性能发泡橡胶材料，坚固耐撞。

4. PID算法电机调速分析
由于硬件上加了超声波测距模块，可以得到车的实时位置，然后采用闭环PID控制，可以及时、快速、平稳地调节前轮的角度达到预定值。本设计采用了位置型PID控制算法，具体算法为



上述公式中，Set 为设定值; Out(k) 为输出的控制信号; S(k) 为误差积系;d(k)为误差变化趋势; Kp为积分常数; Ki为微分常数；Kd为微分常数。

5.计时、计费功能
本系统采用单片机内部定时器来计小车的停车时间，计费按5元/30s计算(未满30 s按5元收费)，则


有余数时，charge = 5xcharge1+5。
无余数时，charge= 5xchargel。
charge为停车费。


三、电路与程序设计
1.电路设计
1)控制系统设计控制显示模
控制系统由控制装置和小车系统组成，其中控制系统以控制装置MCU为控制中心，语音播报模块、红外检测模块、无线发射模块等模块:小车系统以小车MCO为控制中心，控制超声波模块、电机模块、碰擅模块等模块， 控制系统总体框架如图1所示。

控制系统总体框架

2)单片机最小系统
采用STC公司的IAPISW4K5854单片机，该芯片具有专门的高精度PWM.5个16位定时器/计数器等丰富的片内资源，而且采用了基于Flash的在线系统编程(ISP) 技术，不需要外部晶振。

3)电机驱动电路本设计
采用的是RS- -540电动机，转速为20 000 r/min,带防伪易碎贴，是车模完成竞赛任务的有力保障。单片机输出PWM脉冲和方向控制信号，发送至TB6612驱动模块驱动该电机。

4)超声波测距模块
采用超声波模块HC- SR04来进行测距。本设计共使用6个超声波模块，实现小车前后左右障碍物距离的检测，并实时传输至单片机最小系统，单片机最小系统依据所接收到的超声波数据决定小车的动作。

5)语音播报模块

SYN7318中文语音交互模块集成了语音识别、语音合成和语音唤醒功能。模块内集成了77首声音提示音，可用于不同行业不同场合的信息提醒、报警等功能，还能自行增加提示音。本自动泊车系统利用此功能实现提示停车位选择、报读停车时间和停车费功能。

6)电源管理电路
电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5 V、3.3 V或者12 V电压，确保电路正常稳定工作。采取单电源供电，把12 V直流电供给电机，用降压芯片把电压稳定到5 V提供给单片机工作，另外把稳定到的3.3 V提供给OLED显示屏，并实现了互不干扰。同时单片机可以间接控制电机的调速。

2.程序设计主程序流程框图如图2所示。

主程序流程框图