基于超聲波定位原理的智能停車輔助系統(tǒng)

1、中國科技論文在線基于超聲波定位原理的智能停車輔助系統(tǒng) 王治國，李雅梅，邱微李雅梅通信聯(lián)系人：李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能檢測技術(shù)，自動化儀器儀表，計算機控制等. E-mail: liyamei518作者簡介：王治國，（1990.05-），男，在讀本科生，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器1.51.51.51.51.5Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105;Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical

2、University, Huludao 125105;Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105;遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105;遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105125105;125105;12510518242989981183429154951824298998118342915495遼寧省葫蘆島市

3、興城市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū);遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū);遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)787622896;liyamei518;749151492王治國，（1990.05-），男，在讀本科生，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器;李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能檢測技術(shù)，自動化儀器儀表，計算機控制等;邱微，（1993.03-），女，在讀本科，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器王治國;李雅梅;邱微wangzhguo;liyamei;qiuwei1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.

4、51.51.51.51.51*|*期刊*|*董蘇華，章超漢.部分國家及地區(qū)停車問題研究J.國外城市規(guī)劃.1999，（4）：37-41<CR>2*|*學(xué)位論文*|*司春寧.基于超聲波的距離測量系統(tǒng)的研究及其應(yīng)用D.上海：東華大學(xué)，2009，1:20-21.<CR>3*|*專著*|*張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2010.<CR>4*|*專著*|*周杏鵬.現(xiàn)代檢測技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2010<CR>5*|*專著*|*郁有文，常建，程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用（第四版）M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，201

5、4.<CR>6*|*學(xué)位論文*|*郭新.海底超聲波定位系統(tǒng)設(shè)計D.吉林大學(xué).2013.6:32 |1|王治國|wangzhguo|遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|王治國，（1990.05-），男，在讀本科生，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器|遼寧省葫蘆島市興城市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)|125105|78762289618242989981<CR&g

6、t;*|2|李雅梅|liyamei|遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能檢測技術(shù)，自動化儀器儀表，計算機控制等|遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)|125105|liyamei51813591999098<CR>|3|邱微|qiuwei|遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 1251

7、05|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|邱微，（1993.03-），女，在讀本科，專業(yè)：測控技術(shù)與儀器|遼寧省葫蘆島市龍灣南大街188號遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)|125105|74915149218342915495基于超聲波定位原理的智能停車輔助系統(tǒng)|Intelligent parking assist system is based on the principle of ultrasonic navigation|- 8 -（遼寧工

8、程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105）摘要：隨著我國經(jīng)濟騰飛，人們由于各種目的，越來越多的人在生活中和工作中把汽車作為生活工具。同時由于駕駛員駕車技術(shù)停車位狹窄，停車和倒車引發(fā)許多事故。特別是現(xiàn)在家庭小型車庫面積小停車極為不便。為此，有助于駕駛員停車和倒車的倒車超聲系統(tǒng)應(yīng)運而生。此裝置稱為“停車探視系統(tǒng)”，為駕駛員解除了駕駛員停車和啟動車時前后左右探視所引起的困擾，幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷。本文以AT89S52單片機為核心的一種低成本、高精度、微型化，并有液晶顯示和聲光報警功能的停車系統(tǒng)。駕駛員只要在駕駛室就能知道距離障礙物位置，極大的提高了停車和倒車時的安

9、全和效率。關(guān)鍵詞：超聲波定位；停車倒車；AT89S52中圖分類號：TP368Intelligent parking assist system is based on the principle of ultrasonic navigationwangzhguo, liyamei, qiuwei(Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105)Abstract: As China's economic take-off that, because of a variety

10、 of purposes, more and more people in the life and work in the car as a living tool. And because the driver driving technique narrow parking spaces, parking and reversing cause many accidents. Especially now that the small size of small family garage parking is very inconvenient. For this reason, to

11、 help drivers stop and reverse reversing ultrasound system came into being.This device is called a "stop visiting system" for the driver to lift the problems around the driver stop and start the car caused about visitation, helping the driver to remove the dead and blurred vision defects.

12、In this paper, a low-cost AT89S52 microcontroller as the core, high-precision, miniaturization, and a liquid crystal display and sound and light alarm function of the parking system. As long as the driver in the cab will be able to know the distance obstacle position, which greatly improves the safe

13、ty and efficiency of parking and reversingKey words: Ultrasonic Positioning; Parking and Reversing;AT89S520 引言隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸車輛以及私家車的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通及交通事故問題受到越來越多人的關(guān)注。其中停車和倒車事故發(fā)生頻率極高，已引起了社會各界以及交通部門的高度重視1。倒車事故發(fā)生的原因是多方因素的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其駕駛技術(shù)較差的非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來的許

14、多困擾，例如撞上別人的車、自家小型車庫墻壁等，這不僅使自身的生命財產(chǎn)安全受到威脅，也造成了社會的一些不安定因素，鑒于此，汽車行業(yè)周邊技術(shù)產(chǎn)品，專為汽車倒車停車而設(shè)置的智能系統(tǒng)應(yīng)運而生，此智能系統(tǒng)安裝到汽車上可以解決駕駛?cè)藛T倒車停車有視覺盲區(qū)的困擾，大大降低了倒車停車事故的發(fā)生。此系統(tǒng)以單片機、超聲波發(fā)生裝置和接收裝置為主體組成的，能以聲音和更為直觀的顯示告知駕駛員汽車的位置，消除了駕駛員停車和倒車來回左右目測距離的困擾，同時還可以幫助駕駛員在家庭小型車庫有視覺盲區(qū)的困擾，降低了對駕駛員的技術(shù)要求，更提高駕車的安全性。1 基本原理超聲波定位系統(tǒng)的基本原理是通過接收幾個固定端的發(fā)射點的固定信號,

15、從而得到主體到這幾個發(fā)射點的距離2, 經(jīng)計算后即可得到主體的位置。但是，由于超聲波在空氣中的衰減較大, 它只適用于較小的范圍。超聲波在空氣中的傳播距離一般只有幾十米。短距離的超聲波測距系統(tǒng)已經(jīng)在實際中有所應(yīng)用, 測距精度可以達到厘米級3。超聲波定位系統(tǒng)可用于家庭小型車庫等場所中的移動物體定位。其具體實現(xiàn)可有以下兩種方案。1.1 方案一 三面定位在三面有墻壁的場所, 利用裝在主體上的反射式測距系統(tǒng)可以測得主體到三面墻壁的距離。如果以三面墻壁的交點為原點建立直角坐標(biāo)系, 則可直接得到主體的三個直角坐標(biāo)如圖 1 所示。圖1 利用三面垂直的墻壁進行定位Fig. 1 The use of three v

16、ertical wall positioning但是此方案在工程應(yīng)用中要受到很大限制。第一, 超聲波傳感器必須與墻面基本保持垂直。第二，墻壁表面必須平整, 不能有凹凸不平。傳感器與墻壁之間也不能有其它物體。這在實際工程應(yīng)用中是非常難實現(xiàn)的。1.2 方案二 三邊定位在空間的某些固定位置上設(shè)立超聲波發(fā)射裝置, 主體上設(shè)立接收器 (反之亦可)。分別測 量主體到各發(fā)射點的距離, 經(jīng)過計算后便可得到主體的位置。由于超聲波的傳播具有一定的 發(fā)散性及繞射作用, 這種方法所受到的空間條件限制較少。即使在主體與發(fā)射點之間有障礙 物, 只要不完全阻斷超聲波的傳播系統(tǒng)仍然可以工作。發(fā)射點的 位置通常按直角方位配置。

17、以三維空間為例, 可在坐標(biāo)原點及 (X , 0, 0) , (0, Y , 0) 三個位置布置發(fā)射點如圖 2 所示。(y,0,0)(x,0,0)L2L1L3圖2 利用三邊進行定位Fig. 2 Use triangular positioning主體坐標(biāo) (x , y , z) 到三個發(fā)射點的距離分別 為L 1, L 2, L 3, 由距離計算坐標(biāo)的原理如下: 由圖 2 可得如下三角關(guān)系: （1） （2） （3）求解上列方程可得： （4） （5） （6）對于較大的空間, 可以通過在坐標(biāo)軸方向 多布置一些發(fā)射點的方法來進行定位。2 系統(tǒng)具體設(shè)計思路停車倒車系統(tǒng)移動端系統(tǒng)和固定端系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組成。如

18、圖3，左邊為移動端，右邊為固定端。圖3 系統(tǒng)整體框圖Fig. 3 Overall block diagram of the system主要工作過程是，首先單片機選定要觸發(fā)的發(fā)射點地址, 然后啟動發(fā)射電路并開始計時, 在給定時間內(nèi)如接收到信號則由延遲時間可以計算出主體到發(fā)射點的距離。與超聲波相比, 無線電波的傳輸時間可忽略不計。如在給定時間內(nèi)接收不到信號, 則認為主體距離發(fā)射點的距離已超過可接收距離。開始接收下一個發(fā)射點的信號。當(dāng)接受到足夠的發(fā)射點信號后, 便可由主體到各個發(fā)射點的距離計算出主體的位置坐標(biāo)。由于超聲波在空氣中的傳播速度隨著環(huán)境條件的不同而有所變化, 為了提高測量精度, 還需要對

19、測量結(jié)果進行校正。已知在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的聲速340 米/秒。取 厘米為標(biāo)準(zhǔn)距離, 測量其在實際環(huán)境條件下的傳輸時間, 則實際聲速為。若主體到發(fā)射點的傳輸時間為, 則校正后的實際距離為。3 系統(tǒng)實際使用安裝對于家庭型小型車庫, 需要確定汽車在車庫內(nèi)的位置, 以便根據(jù)當(dāng)時的情況進行倒車停車。我們設(shè)計了一個接收器在汽車上的超聲波定位系統(tǒng)。在這種情況下, 只需二維定位。考慮到車庫的結(jié)構(gòu)，為盡量避免有障礙物的影響, 可以將發(fā)射點對稱布置在天花板的兩側(cè), 且傳感器有一定傾斜角度，通常為45度4。這樣的配置, 使得小車上的超聲波接收器能夠在車間的大部分區(qū)域都能接收到2個以上的發(fā)射點信號，使得裝置不會工作在車

20、庫邊沿部分傳感器接收的死角區(qū)域。由于小車的高度是固定的，測完高度后就可以計算出。如圖 4所示：L1L2汽車圖4 系統(tǒng)安裝示意圖Fig. 4 System installation diagram4 系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計本文采用 STC89C52 單片機來觸發(fā)和獲得超聲波信號。它具有 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié)70 RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，3 個 16 位定時器/計數(shù)器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中 斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口5。本系統(tǒng)采用CSB40T 超聲波測距模塊來收發(fā)超聲波信號，顯示部分采用LCD16026。其原理圖如圖5，圖6所示：圖5 系統(tǒng)移動端電路圖Fig. 5 System circuit diagram of the mobile terminal圖6 系統(tǒng)固定端電路圖Fig. 6 System circuit diagram of a fixed end系統(tǒng)軟件設(shè)計按照此系統(tǒng)繪制出主流程圖如圖7所示：圖7 系統(tǒng)程序主流程圖Fig. 7 System main program flow chart5 結(jié)論此智能系統(tǒng)可用于一定范