混合式車庫自動泊車演示系統的設計與驗證

彭新

摘? 要：停車場一般都有平行車庫與垂直車庫，設計一套混合式車庫的自動泊車演示系統，包括自動泊車功能的智能小車和智能停車場管理系統。智能小車由單片機、電機驅動模塊、超聲波測距模塊、紅外防碰撞模塊以及顯示模塊等組成，智能停車場管理系統由入庫引導、計時計費及顯示等部分組成。智能小車根據停車場入庫引導信號開始自動泊車，單片機根據超聲波測距信號計算車庫位置控制行駛方向、速度以及轉向，防碰撞模塊檢測行駛中的障礙物修正行駛方向，顯示屏顯示小車的當前距離等信息。通過調試與驗證，本演示系統性能穩定，驗證數據準確無誤。

關鍵詞：智能小車;自動泊車;紅外;超聲波;單片機

中圖分類號：TP273? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0095-03

Abstract： Parking lot generally has parallel garage and vertical garage， design a set of hybrid garage automatic parking demonstration system， including automatic parking function of intelligent car and intelligent parking management system. The intelligent car is composed of single chip microcomputer， motor drive module， ultrasonic ranging module， infrared anti-collision module and display module. The intelligent parking lot management system is composed of storage guidance， timing， charging and display. The intelligent car starts to park automatically according to the parking lot entry guidance signal， the single chip microcomputer calculates the garage position according to the ultrasonic ranging signal to control the driving direction， speed and steering， and the anti-collision module detects the obstacle correction driving direction. The display screen displays information such as the current distance of the car. Through debugging and verification， the performance of the demonstration system is stable and the verification data is accurate.

Keywords： intelligent car; automatic parking; infrared; ultrasonic; single chip microcomputer

隨著我國汽車保有量的不斷增加，隨之而來的停車難問題也越來越明顯，汽車智能化是未來發展趨勢，本文設計一套混合式車庫的自動泊車演示系統，包括自動泊車功能的智能小車和智能停車場管理系統，實現各式車庫的自動泊車。

1 自動泊車演示需求

一般的停車場都有平行車庫與垂直車庫（如圖1所示），該停車場車庫有兩種規格，01～04稱為垂直式停車庫，05、06稱為平行式停車庫。

自動泊車演示功能要求：停車場控制裝置通過鍵盤設定一個空車庫，同時點亮對應空車庫的LED燈→智能小車能自動駛入該停車庫→停車5S并發出聲光信息→5S后從停車庫駛出停車場→停車場控制裝置顯示計費時間和停車費（計費按每30秒5元計算，未滿30秒按5元收費）。

2 系統方案與論證

（1）入庫引導信號。根據演示要求，車庫管理系統要有一個引導系統，把小車正確的引導到車庫前，使小車能進行智能停車，采用無線電信號引導，即停車場控制器用無線通訊方式與小車通信，在點亮車庫燈的同時發送無線電信號給小車，引導小車順利找到車庫，無線電信號不會因阻擋、反射等問題而影響小車接收。（2）小車避障方案。采用紅外光電信號檢測方案，紅外光電傳感器不與被測對象直接接觸，具有非接觸、響應快、性能可靠、體積小、安裝輕便等特點，在自動化控制中廣泛應用。（3）入庫控制方案。采用超聲波測距控制。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，應用在很多距離探測場合，包括非損害測量、過程檢測、機器人檢測和定位、以及流體液面高度測量等。優點是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量。（4）單片機最小系統。采用STC15W4K32S4單片機，STC15W4K32S4是一種單時鐘機器周期單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051，自帶A/D和PWM，運算能力強，軟件編程靈活，自由度大。（5）電機驅動方案。采用L298N驅動芯片，優點驅動電路簡化、功率大，輸出電壓高，可以直接通過電源來調節輸出電壓;可以直接用單片機的IO口提供信號。

3 系統設計

自動泊車是根據檢測車輛周邊情況和路徑調整車輛的轉彎半徑、車速、停車方位和前后位置移動，使得車輛能夠在程序的控制中自主的駛入對應車庫。

3.1 硬件設計

根據演示系統要求，本演示系統要進行演示停車場、停車場控制裝置、智能小車以及輔助系統設計。

（1）演示用停車場，由停車場和導向車道組成，采用木工板加工制作，底板用2cm厚的120cm×120cm大芯板制作，隔板也是2cm厚的大芯板，車庫尺寸按圖紙尺寸制作;車庫指示燈采用LED燈，沿外隔板布線采用線管隱藏;計費線和車庫線粘貼寬度為 1cm黑色膠帶。停車場實物圖如圖2所示。

（2）停車場控制裝置包括控制板、車庫指示燈、計費及顯示系統，主要由單片機、LCD顯示屏、LED燈、計時感應傳感器以及無線信號發射器等構成，該部分框圖如圖3所示。

（3）智能小車以及輔助系統包括底盤、驅動電機及驅動模塊、測距離模塊、防撞模塊、無線電信號接收模塊、電源以及其他輔助系統，主要由單片機、電機驅動電路、超聲波傳感器、紅外傳感器、LCD顯示屏、蜂鳴器、18650鋰電池以及其他構成，該部分框圖如圖4所示，實物圖如圖5所示。

3.2 程序設計

停車場控制器程序流程如圖6所示，智能小車程序流程如圖7所示。

3.3 停車場場地數據采集

程序設計時，根據實際入庫動作對小車進入各個車庫時行駛軌跡關鍵位置點信息進行采集，主要是車前距離（F）、車后距離（A）、車左距離（L）、車右距離（R），采集如表1。

4 系統測試方案與測試結果

測試方案：小車以一定速度沿直線移動，依次使超聲波傳感器位于停車場的所述側面上距地面位置處并在泊車控制器中，記錄超聲波傳感器距地面的不同值，且超聲波傳感器每處于一個高度位置，就通過泊車控制器實時獲取該超聲波傳感器輸出的脈沖信號，并對該脈沖信號進行處理，達到自動正確駛入車庫的效果。

軟件上機調試：將編寫好的程序下載到單片機中，讓硬件按競賽要求工作起來測試入庫、出庫、計時、計費、碰撞及記錄顯示，誤差通過軟件程序的調節來達到要求，測試部分完成。

測試結果：1～6六個車庫，每個車庫都測試了十次，每次的入庫率準確率非常高。記錄了無數次自動計費功能，都已成功。聲光顯示報警信息準確。測試結果如表2所示。

5 結束語

本自動泊車演示系統采用紅外、超聲波、無線通信等自動化技術，設計的智能小車具有及時調整轉彎角度、車速、前后位置移動等功能，能按照不同車庫的入庫特點自動駛入和駛出演示停車場，通過測試，各項指標均達到設計要求。

參考文獻：

[1]劉守義，楊宏麗.單片機應用技術（第三版）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2016.

[2]錢顯毅.傳感器原理與檢測技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]張華林，周曉芳.電子設計競賽實訓教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[4]張持.基于超聲波的自動泊車控制策略研究[D].江蘇科技大學，2018.