混合式车库自动泊车演示系统的设计与验证

彭新

摘  要：停车场一般都有平行车库与垂直车库，设计一套混合式车库的自动泊车演示系统，包括自动泊车功能的智能小车和智能停车场管理系统。智能小车由单片机、电机驱动模块、超声波测距模块、红外防碰撞模块以及显示模块等组成，智能停车场管理系统由入库引导、计时计费及显示等部分组成。智能小车根据停车场入库引导信号开始自动泊车，单片机根据超声波测距信号计算车库位置控制行驶方向、速度以及转向，防碰撞模块检测行驶中的障碍物修正行驶方向，显示屏显示小车的当前距离等信息。通过调试与验证，本演示系统性能稳定，验证数据准确无误。

关键词：智能小车;自动泊车;红外;超声波;单片机

中图分类号：TP273        文献标志码：A       文章编号：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

隨着我国汽车保有量的不断增加，随之而来的停车难问题也越来越明显，汽车智能化是未来发展趋势，本文设计一套混合式车库的自动泊车演示系统，包括自动泊车功能的智能小车和智能停车场管理系统，实现各式车库的自动泊车。

1 自动泊车演示需求

一般的停车场都有平行车库与垂直车库（如图1所示），该停车场车库有两种规格，01～04称为垂直式停车库，05、06称为平行式停车库。

自动泊车演示功能要求：停车场控制装置通过键盘设定一个空车库，同时点亮对应空车库的LED灯→智能小车能自动驶入该停车库→停车5S并发出声光信息→5S后从停车库驶出停车场→停车场控制装置显示计费时间和停车费（计费按每30秒5元计算，未满30秒按5元收费）。

2 系统方案与论证

（1）入库引导信号。根据演示要求，车库管理系统要有一个引导系统，把小车正确的引导到车库前，使小车能进行智能停车，采用无线电信号引导，即停车场控制器用无线通讯方式与小车通信，在点亮车库灯的同时发送无线电信号给小车，引导小车顺利找到车库，无线电信号不会因阻挡、反射等问题而影响小车接收。（2）小车避障方案。采用红外光电信号检测方案，红外光电传感器不与被测对象直接接触，具有非接触、响应快、性能可靠、体积小、安装轻便等特点，在自动化控制中广泛应用。（3）入库控制方案。采用超声波测距控制。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，应用在很多距离探测场合，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量。（4）单片机最小系统。采用STC15W4K32S4单片机，STC15W4K32S4是一种单时钟机器周期单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统 8051，自带A/D和PWM，运算能力强，软件编程灵活，自由度大。（5）电机驱动方案。采用L298N驱动芯片，优点驱动电路简化、功率大，输出电压高，可以直接通过电源来调节输出电压;可以直接用单片机的IO口提供信号。

3 系统设计

自动泊车是根据检测车辆周边情况和路径调整车辆的转弯半径、车速、停车方位和前后位置移动，使得车辆能够在程序的控制中自主的驶入对应车库。

3.1 硬件设计

根据演示系统要求，本演示系统要进行演示停车场、停车场控制装置、智能小车以及辅助系统设计。

（1）演示用停车场，由停车场和导向车道组成，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，车库尺寸按图纸尺寸制作;车库指示灯采用LED灯，沿外隔板布线采用线管隐藏;计费线和车库线粘贴宽度为 1cm黑色胶带。停车场实物图如图2所示。

（2）停车场控制装置包括控制板、车库指示灯、计费及显示系统，主要由单片机、LCD显示屏、LED灯、计时感应传感器以及无线信号发射器等构成，该部分框图如图3所示。

（3）智能小车以及辅助系统包括底盘、驱动电机及驱动模块、测距离模块、防撞模块、无线电信号接收模块、电源以及其他辅助系统，主要由单片机、电机驱动电路、超声波传感器、红外传感器、LCD显示屏、蜂鸣器、18650锂电池以及其他构成，该部分框图如图4所示，实物图如图5所示。

3.2 程序设计

停车场控制器程序流程如图6所示，智能小车程序流程如图7所示。

3.3 停车场场地数据采集

程序设计时，根据实际入库动作对小车进入各个车库时行驶轨迹关键位置点信息进行采集，主要是车前距离（F）、车后距离（A）、车左距离（L）、车右距离（R），采集如表1。

4 系统测试方案与测试结果

测试方案：小车以一定速度沿直线移动，依次使超声波传感器位于停车场的所述侧面上距地面位置处并在泊车控制器中，记录超声波传感器距地面的不同值，且超声波传感器每处于一个高度位置，就通过泊车控制器实时获取该超声波传感器输出的脉冲信号，并对该脉冲信号进行处理，达到自动正确驶入车库的效果。

软件上机调试：将编写好的程序下载到单片机中，让硬件按竞赛要求工作起来测试入库、出库、计时、计费、碰撞及记录显示，误差通过软件程序的调节来达到要求，测试部分完成。

测试结果：1～6六个车库，每个车库都测试了十次，每次的入库率准确率非常高。记录了无数次自动计费功能，都已成功。声光显示报警信息准确。测试结果如表2所示。

5 结束语

本自动泊车演示系统采用红外、超声波、无线通信等自动化技术，设计的智能小车具有及时调整转弯角度、车速、前后位置移动等功能，能按照不同車库的入库特点自动驶入和驶出演示停车场，通过测试，各项指标均达到设计要求。

参考文献：

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[3]张华林，周晓芳.电子设计竞赛实训教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

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