《基于單片機(jī)的智能小車自動泊車控制設(shè)計(jì)》10000字（論文）

I基于單片機(jī)的智能小車自動泊車控制設(shè)計(jì)摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們使用車輛也越為廣泛，針對城市中人們倒車入庫困難的問題，設(shè)計(jì)關(guān)于智能小車自動泊車的控制系統(tǒng)，它是一種不經(jīng)過人工參與控制的情況下，采用智能控制，讓小車自動駛?cè)胪＼囄坏淖詣涌刂葡到y(tǒng)。系統(tǒng)主要采用超聲波模塊采集的路面信息并通過STC89C52單片機(jī)完成接收并處理傳感器，從而控制電機(jī)模塊做出相應(yīng)的動作，完成小車的行走、判斷小車倒車入庫時(shí)的安全距離、進(jìn)行小車自動入庫以及入庫完畢指示等功能。系統(tǒng)的硬件主要是由直流電機(jī)、單片機(jī)、傳感器和顯示器組成，軟件由主程序、超聲波測距程序、超聲波避障程序和電機(jī)控制模塊組成。小車通過超聲波模塊接采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)單片機(jī)的程序，控制小車的行走與轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)倒車入庫，實(shí)現(xiàn)車庫范圍內(nèi)確認(rèn)入庫方向并自動泊車，在解決城市人群倒車問題方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：倒車入庫；單片機(jī)；超聲波模塊；電機(jī)驅(qū)動模塊目錄TOC\o"1-3"\h\u24493摘要 I133341.緒論 143281.1研究的目的和意義 198591.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 112591.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1250151.2.2國外研究現(xiàn)狀 287632.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4243612.1方案分析 4254382.2方案選型 4170082.2.1微處理器的選擇 4194782.2.2傳感器的選擇 4155552.2.3驅(qū)動電機(jī)的選擇 5315662.2.4系統(tǒng)軟件程序的選擇 586173.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 734733.1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的應(yīng)用 7240903.1.1晶振電路 7236003.1.2復(fù)位電路 8198583.2電源模塊的應(yīng)用 9180343.3超聲波模塊的應(yīng)用 912633.4電機(jī)驅(qū)動模塊 11239524.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 12105134.1軟件設(shè)計(jì)思路 12208134.2程序設(shè)計(jì)思路 12224154.3倒車入庫系統(tǒng)流程圖 1310841結(jié)束語 151.緒論1.1研究的目的和意義隨著國內(nèi)科技研究的不斷進(jìn)步，智能化技術(shù)的應(yīng)用越為廣泛，在人們的日常生活中，隨處可見的智能物體，智能化會成為未來發(fā)展的趨勢。智能化是在特定的環(huán)境中自動運(yùn)行，不受人為管理和控制，是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的模式進(jìn)行，從而達(dá)到預(yù)期的效果或者是更高的目標(biāo)。利用了計(jì)算機(jī)的程序，小車實(shí)現(xiàn)了智能操作與控制，能夠改變其行駛方向、行駛速度，它能夠識別路況、判斷決策、自動控制等多項(xiàng)功能。智能小車是一種高新技術(shù)的綜合體，主要應(yīng)用于軍事、工業(yè)以及科學(xué)研究等方面，為道路的交通提供了安全的保障。隨著我國汽車行業(yè)的市場不斷擴(kuò)大，車輛的日益普及，人們使用汽車的頻率越來越高，但是其增長的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了停車位的數(shù)量，停車場的車位供不應(yīng)求。由于停車的空間有限，車輛之間的距離又小，在這樣窄小的空間進(jìn)行倒車入庫的操作，對駕駛員來說，無疑是一大難題。特別是對于車技不夠嫻熟的司機(jī)，在這擁擠的泊車環(huán)境，經(jīng)常會出現(xiàn)倒庫壓線、倒不進(jìn)庫等一系列的問題，更容易產(chǎn)生車輛刮擦的現(xiàn)象。倒車入庫對人們來說，既考驗(yàn)著駕駛員的泊車技術(shù)，又加重了工作以外的緊張情緒。也正因?yàn)椴窜嚨膯栴}，街道、超市、菜市等地方造成擁堵的情況，人們在停車這一問題上矛盾劇增。因此，對于如何解決倒車入庫過程中帶來的不便利，備受人們的關(guān)注。本文主要是針對倒車入庫的這一難題，對智能小車的自動泊車系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在人不參與控制的情況下，能夠通過智能控制，幫助小車安全準(zhǔn)確地完成泊車操作。智能泊車能夠解決人們在前進(jìn)與后退之間頻繁的換擋操作，為駕駛員提供了安全而又可靠的保障，既能夠節(jié)省了不少的時(shí)間，也減輕了駕駛員的壓力，從而使停車時(shí)方便而又簡單。更重要的是，降低了在泊車過程中車輛發(fā)生碰撞的可能性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀鑒于我國汽車制造加工等產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步相對較晚，在此種時(shí)代背景下，國內(nèi)自動泊車系統(tǒng)的研究與應(yīng)用也遠(yuǎn)落后于其他國家。就當(dāng)前形勢來看，關(guān)于這一領(lǐng)域的研究主要集中于全國各研究院和高校的理論和實(shí)驗(yàn)層面，在實(shí)際操作和量產(chǎn)化等方面仍有很大的發(fā)展空間。然而同時(shí)我們也應(yīng)當(dāng)看到，近二十年來，隨著我國科技水平的進(jìn)步和汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在智能汽車控制以及智能機(jī)器人這一領(lǐng)域的相關(guān)研究取得了比較明顯的進(jìn)步。就拿我們現(xiàn)在汽車的自動泊車系統(tǒng)來說，對它的研發(fā)成果的了解，主要還停留在智能控制的研究，其研究中存在的復(fù)雜性與創(chuàng)新性不言自明，但我們同時(shí)也應(yīng)當(dāng)看到其實(shí)用性與研發(fā)的前景性。國內(nèi)的眾多學(xué)者對汽車的自動泊車問題進(jìn)行了各式的算法計(jì)算，在模型上的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究，并且取得了重大的研究突破。通過采用大量的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)的模型以及樣車進(jìn)行研究分析，并在理論成果和具體實(shí)踐的方方面面進(jìn)行了許多的改進(jìn)和創(chuàng)新。從目前發(fā)表的國內(nèi)學(xué)術(shù)研究文章和科學(xué)研究報(bào)告的結(jié)果來看，在汽車工業(yè)，裝備制造和智能化機(jī)械制造的重大發(fā)展背景下，作者目前了解的是國家研發(fā)團(tuán)隊(duì)和科學(xué)研究人員。停車場基本上符合國際標(biāo)準(zhǔn)，在國際對話中不少于停車場，甚至在某些地區(qū)處于世界領(lǐng)先地位。1.2.2國外研究現(xiàn)狀二十世紀(jì)中后期以來，跟隨現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大量的成果被應(yīng)用于人工智能車輛技術(shù)，極大推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展與創(chuàng)新。在這種世界大環(huán)境下，汽車車輛的配置不能再滿足于此時(shí)的消費(fèi)者，對于車輛的智能化提出了更大的需求，人們不再是只滿足于平庸無奇的車輛，此時(shí)自動泊車的到來使得這個(gè)配置成為了一個(gè)營銷賣點(diǎn)，畢竟對于泊車相當(dāng)多的駕駛者覺得這便是一大難題，此自動泊車的功能讓那些泊車?yán)щy者更在乎車輛是否擁有該方面的配置。因此各大國外著名汽車品牌的生產(chǎn)龍頭企業(yè)，推出了眾多不同設(shè)計(jì)理念的自動泊車系統(tǒng)，在眾多的車型中，都將自家企業(yè)所研發(fā)的泊車系統(tǒng)使用到具有較大發(fā)展優(yōu)勢的車型中。比如在道路上常見的國外著名汽車品牌，奔馳、寶馬、奧迪等眾多車型，開始致力于研發(fā)自動泊車系統(tǒng)，并在他們的主推車型以及高端車型配備了該功能，甚至進(jìn)行量化生產(chǎn)并大量使用。說到日本的汽車，我們都知道日本有領(lǐng)先世界的智能機(jī)器人，也知道日本的日系車豐田，日產(chǎn)，本田等一系列出名車系，對于自動泊車，日本自然也不會落伍。日本的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，芯片技術(shù)也都是世界先水平，在2012年，日產(chǎn)就通過自己的自主研發(fā)自動泊車技術(shù)就能在地下停車場，駕駛員不用進(jìn)行操作控制，完全由車輛進(jìn)行獨(dú)立操作，完在駛?cè)胪＼噲鰰r(shí)能夠合理的尋找停車位，并能將車輛的動態(tài)信息實(shí)時(shí)反饋，隨后能夠穩(wěn)定地駛?cè)搿Ｌ崞饸W洲系列的汽車，最常見的眾多品牌中，沃爾沃是北歐豪華系列之一，沃爾沃讓人最欽佩的是它的主動安全系統(tǒng)，被大眾所認(rèn)可，在沃爾沃的眾多車型當(dāng)中，配置了自動泊車，該車的各類傳感器遍布眾多，其運(yùn)行邏輯性也是很強(qiáng)。前幾年，奧迪汽車公司在歐洲的生產(chǎn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，他們也在自動泊車技術(shù)的領(lǐng)域中進(jìn)行研究，但他們與日產(chǎn)不同的是，在經(jīng)過探索之后，他們采用的是主要的智能化連接與控制，通過Wi-Fi的使用，能夠采用Wi-Fi與手機(jī)應(yīng)用APP的連接，在手機(jī)上就能夠?qū)ζ囘M(jìn)行遠(yuǎn)程控制，時(shí)效自動泊車。同年8月，美系車的代表之一福特公司將旗下研發(fā)的輔助泊車系統(tǒng)進(jìn)行了第一次公演，這一輔助泊車系統(tǒng)，完全可以滿足司機(jī)處在車，即可簡單快捷的完成車輛的只能停靠和泊車功能。2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1方案分析本次設(shè)計(jì)的自動泊車系統(tǒng)主要是由信息采集系統(tǒng)和驅(qū)動控制系統(tǒng)組成。通過采集到的信息發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再將計(jì)算后的結(jié)果傳到驅(qū)動控制系統(tǒng)，自動倒車入庫系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小車從智能識別車庫，再到執(zhí)行自動入庫，最后判斷停車點(diǎn)的一系列操作。在這過程中，要結(jié)合傳感器與單片機(jī)、單片機(jī)與驅(qū)動模塊之間的工作原理，利用程序的編制，各模塊相應(yīng)進(jìn)行工作，促使小車完成倒車入庫的相應(yīng)指令。信息采集系統(tǒng)主要用于辨別行駛路面及車庫的信息，輸入到單片機(jī)，再通過單片機(jī)進(jìn)行反饋，執(zhí)行下一步的操作。驅(qū)動控制系統(tǒng)主要用在單片機(jī)與車輪之間，通過單片機(jī)輸出的信號，產(chǎn)生PWM方波信號值，通過改變脈沖信號，對電壓的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，還能夠驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及加減速，從而控制車輪的轉(zhuǎn)向與行駛，能夠有效的實(shí)現(xiàn)小車的智能控制。小車自動倒車入庫過程的工作原理：在小車啟動后，由信息采集模塊向車庫的方位發(fā)出信號，檢測小車是否已到達(dá)車庫附近，并且根據(jù)接收的信號計(jì)算距離值，判斷小車與墻體之間的距離。當(dāng)距離達(dá)到范圍值時(shí)，將最終計(jì)算的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，通過單片機(jī)判斷出停車位的方向，根據(jù)設(shè)定的程序，逐漸判斷距離值，控制車子轉(zhuǎn)向，直到達(dá)到良好的入庫環(huán)境，驅(qū)動小車駛?cè)胪＼囄?，完成倒車入庫的操作?.2方案選型2.2.1微處理器的選擇方案一：采用STM32F103系列微處理器。STM系列的處理器內(nèi)部一共含有8個(gè)定時(shí)器，具有較多的I/O端口，它的運(yùn)算速度快，具有高度的兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法。它升級后能夠兼容更多的存儲空間，精簡后也能夠承載少量的存儲空間，在小車的智能控制中，它通過數(shù)據(jù)的傳輸，其定時(shí)器能夠采用PWM功能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。方案二：采用STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)。STC89C52單片機(jī)是具有低功耗而又具有高性能的可編程存儲器，它作為第三代單片機(jī)，不僅擁有成熟的技術(shù)，而且具有靈活性、經(jīng)濟(jì)性。在本次設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)智能小車的自動泊車，可以采用C語言編程，能夠直接對硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)及操作，設(shè)計(jì)較為簡易，處理信息速度快。經(jīng)過研究考慮，本設(shè)計(jì)主要采用的是STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)。2.2.2傳感器的選擇方案一：采用攝像頭模塊。攝像頭模塊具有圖像采集采集和識別的功能，它能夠進(jìn)行圖像處理。智能倒車入庫系統(tǒng)通過攝像頭能夠采集到路況的信息，然后再通過單片機(jī)分析與處理的信息，對小車進(jìn)行驅(qū)動控制。它的分辨率高，能夠精確的采集信息，但在入庫操作時(shí)需要進(jìn)行避障，它在軟件的算法上比較復(fù)雜，所需要的攝像頭成本較高。方案二：采用紅外線模塊。紅外線模塊主要通過紅外發(fā)射端發(fā)射信號到單片機(jī)，從單片機(jī)接收探頭信號進(jìn)行工作，來控制小車的驅(qū)動，通過紅外線模塊發(fā)射檢測物體的信號，遇到被測物體信號反射回來，形成的反射光線被探頭所接收，當(dāng)探頭接收到信號值，將信號發(fā)送給單片機(jī)，控制小車的電機(jī)完成轉(zhuǎn)向。使用紅外線模塊可以免去圖像采集后復(fù)雜的處理工作，它在接收信號時(shí)的反應(yīng)迅速，便于更好的近距離檢測路況信息，但是它對路面只能進(jìn)行黑白檢測，更容易受到光線等多種環(huán)境的干擾，獲取的信息存在差異。方案三：采用超聲波模塊。超聲波模塊能夠識別障礙物的距離，在超聲波的工作過程監(jiān)測到障礙物，它能夠?qū)⒕嚯x信號傳送給單片機(jī)，并且計(jì)算出距離值。因此采用超聲波模塊既能夠?qū)崿F(xiàn)測距，還具有避障的功能，并且不易受光線的干擾，具有可靠性。超聲波最大的優(yōu)點(diǎn)就是，與其他聲波相比，它具有更高的傳輸能力，并且對物體的穿透具有很強(qiáng)的作用。在實(shí)際的應(yīng)用中，超聲波的檢測技術(shù)，可以避免與障礙物之間的碰撞，還可以準(zhǔn)確地判斷小車距離障礙物的數(shù)值，數(shù)值誤差控制的很小，都是在小數(shù)點(diǎn)的后兩位。超聲波模塊具有日常普通的測距功能，可以滿足人們對測距的要求，還能夠進(jìn)行避障操作，能夠減少碰撞的產(chǎn)生，有利于減少測距的物體的損失，它具有良好的操作性和可靠性。經(jīng)過三種傳感器的方案分析，在本設(shè)計(jì)中信息采集系統(tǒng)采用的是超聲波模塊。2.2.3驅(qū)動電機(jī)的選擇方案一：采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化成角位移，當(dāng)脈沖信號傳送到驅(qū)動模塊時(shí)，控制其電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)到原先設(shè)定的角度。因此可以通過改變脈沖頻率的信號值，控制其轉(zhuǎn)動的方位和速度，達(dá)到調(diào)速的作用。使用步進(jìn)電機(jī)不足的是，它的精確控制性使得扭矩較大，從而限制了它的速度。它的控制也比較復(fù)雜，同個(gè)驅(qū)動輪下需要的輸入端口會比較多。方案二：選擇直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。直流電機(jī)是通過磁場來改變力的大小。在線圈通電后，電機(jī)會有電流經(jīng)過，產(chǎn)生磁場，通過磁場的作用力，帶動線圈的旋轉(zhuǎn)，整個(gè)轉(zhuǎn)子也會跟著受到相同旋轉(zhuǎn)方向的力。該電機(jī)使用的是連續(xù)移動的控制方式，避免了復(fù)雜的控制，還能夠承受多種的沖擊。相對步進(jìn)電機(jī)來說，使用直流電機(jī)控制，操作簡單，加正負(fù)電壓時(shí)就能控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速較快，成本也比較低。因此，在本設(shè)計(jì)采用的是直流電機(jī)?？梢詫?shí)現(xiàn)切換正反轉(zhuǎn)的頻繁操作，不會產(chǎn)生卡頓的情況。2.2.4系統(tǒng)軟件程序的選擇方案一：采用匯編語言程序。匯編語言常用于編制電路系統(tǒng)硬件的相關(guān)程序，它能夠?qū)纹瑱C(jī)的I/O端口進(jìn)行訪問，還能夠?qū)Τ绦虻倪\(yùn)行進(jìn)行中斷處理等，具有快捷性和有效性。不足的是它的可讀性會相對較差一些,其編寫程序的周期會更長一些。方案二：采用C語言程序。C語言程序編程也稱作模塊化程序，它是把任務(wù)分割成無數(shù)個(gè)既獨(dú)立又有聯(lián)系的模塊，分割之后的這些模塊能夠有效的完成任務(wù)，把任務(wù)簡單化，還能夠直接操作計(jì)算機(jī)上的硬件，縮短了軟件設(shè)計(jì)的開發(fā)周期。在硬件系統(tǒng)中就，能夠進(jìn)行合理化調(diào)試并且優(yōu)化系統(tǒng)，讓人們在閱讀程序上有更深層次的理解。因此本系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上采用的是C語言編寫程序，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行單片機(jī)的初始化編程，結(jié)合程序與硬件電路，達(dá)到本課題設(shè)計(jì)智能小車實(shí)現(xiàn)自動倒車入庫的目的。智能小車控制倒車入庫的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。電源模塊電源模塊電動驅(qū)動模塊超聲波模塊STC89C52電動驅(qū)動模塊超聲波模塊STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)顯示顯示器模塊圖2.1系統(tǒng)框圖此外，硬件模塊中還用到了顯示器模塊、穩(wěn)壓集成電路模塊和驅(qū)動芯片。顯示器模塊主要采用的是LCD1602顯示器，它在顯示的字符里有一個(gè)間隔的作用，通過顯示數(shù)字、符號、字母等，判別程序的執(zhí)行狀態(tài)，如圖2.2所示。穩(wěn)壓模塊主要采用的是L7805三端穩(wěn)壓集成電路，性能可靠穩(wěn)定，能夠承載過壓的電流，并且能夠起到保護(hù)的作用。L7805三端穩(wěn)壓芯片的最大作用是對電壓進(jìn)行降壓處理，并穩(wěn)定的輸出某一固定值，該芯片應(yīng)用也較為廣泛。在本設(shè)計(jì)中驅(qū)動芯片采用的是L298N芯片，該芯片可以直接給到4個(gè)車輪上直流電機(jī)的驅(qū)動信號，有效的輸出5v電壓值，在電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)操作上，方便而又簡單，能夠發(fā)揮出其最大轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)。圖2.2顯示器模塊3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中用到的硬件模塊有直流電源、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波、直流電機(jī)、LCD1602顯示器和L298N驅(qū)動芯片。繪制硬件的電路原理圖是采用了AltiumDesigner軟件，在軟件上對硬件進(jìn)行制作及導(dǎo)出，并分析各模塊之間的連接，最終確定原理圖，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換以及加工修改，把原理圖轉(zhuǎn)成PCB圖。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)超聲波信號的接收以及能夠下達(dá)指令，L298N芯片作為電機(jī)驅(qū)動模塊的主要部分，可以實(shí)現(xiàn)對小車的相應(yīng)控制。超聲波模塊能夠監(jiān)測距離并計(jì)算距離值，通過LCD1602的顯示界面，能夠辨別是否滿足入庫的條件。3.1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)的應(yīng)用本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是小車的智能倒車入庫，主要采用的是以51系列單片機(jī)中STC89C52為主芯片，VCC端口是整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的主要供電口，通過給單片機(jī)上的這些I/O端口輸入信號值，使得整個(gè)電路正常運(yùn)轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。STC89C52、復(fù)位電路和晶振構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，具體原理圖如圖3.1所示。圖3.1STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)具有較多的的I/O端口，40個(gè)端口都布局在STC89C52單片機(jī)上，其中含有最多端口的是32個(gè)可編程輸入/輸出端口（I/O）；有2個(gè)外接晶振端口，即片內(nèi)振蕩電路輸入端/輸出端（XTAL1/XTAL2）；4個(gè)控制端口，即復(fù)位端和程序存儲器的內(nèi)外部選通信號以及地址鎖存允許信號，還有2個(gè)主電源端口，連接電源正負(fù)極，給單片機(jī)供電。3.1.1晶振電路晶振是給到單片機(jī)一個(gè)振蕩源，從而能夠產(chǎn)生時(shí)鐘周期。晶振設(shè)計(jì)的電路圖如圖3.2所示。圖3.2晶振電路片內(nèi)振蕩電路的輸入端和輸出端接通晶振元件，再通過兩個(gè)電容的連接，形成電路的回路，避免振蕩部分因此而停振，則導(dǎo)致電路無法正常工作。兩個(gè)電容的取值為相差不大的22uF，若微法值相差太大，導(dǎo)致諧振的不平衡，則容易引起晶振停振或者不工作。晶振能夠準(zhǔn)確地劃分成時(shí)鐘頻率，它的頻率一般為11.0592MHz，能最大程度上的保證頻率值的誤差。3.1.2復(fù)位電路復(fù)位操作是用以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化，復(fù)位信號的輸入端在單片機(jī)上的RST引腳。在系統(tǒng)正常運(yùn)行工作時(shí)，突然在程序中出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致運(yùn)行中出現(xiàn)錯(cuò)誤的代碼，進(jìn)而工作進(jìn)展被中斷，系統(tǒng)停止運(yùn)行。這時(shí)候就要重新執(zhí)行程序，就好比手機(jī)卡機(jī)了，要對手機(jī)進(jìn)行重啟的操作。復(fù)位電路就是與手機(jī)相似的原理，需要按復(fù)位鍵重新執(zhí)行程序代碼。它在保證系統(tǒng)不會出現(xiàn)死機(jī)的情況，能夠讓單片機(jī)可以正常運(yùn)行，正常讀取程序。復(fù)位電路是上電復(fù)位的形式，即高電平復(fù)位。電容的上端接高電平，下端接電阻，隨后接地，中間連到RST端口。在按下復(fù)位鍵開始進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路的狀態(tài)，原RST引腳是高電平的狀態(tài)，電源有電壓經(jīng)過電阻時(shí)，對電容進(jìn)行充電，進(jìn)行一個(gè)分壓，隨而RST端電壓開始降低，直到電壓降到一定程度并穩(wěn)定后，單片機(jī)才開始正常執(zhí)行程序。如圖3.3所示。圖3.3復(fù)位電路3.2電源模塊的應(yīng)用本設(shè)計(jì)中采用的是7.2V的電源，是起到為整個(gè)電路提供電能的作用。由于單片機(jī)的工作電壓值為5V，因此需要有一個(gè)穩(wěn)壓集成芯片，以此來改變輸入到單片機(jī)的穩(wěn)定的電壓值，所采用的是L7805三端穩(wěn)壓集成芯片，如圖3.4所示。在芯片的輸出端接上一個(gè)指示燈，在當(dāng)有5V的電壓經(jīng)過時(shí)，指示燈亮起。在芯片的輸入與輸出端都要接上電容，主要是抑制穩(wěn)壓器的振蕩，讓穩(wěn)壓達(dá)到一個(gè)良好的效果。在穩(wěn)壓芯片的工作過程，會存在噪聲信號，因此在輸入與輸出端設(shè)計(jì)濾波電容，用于濾除低頻和高頻的噪聲信號。圖3.4電源模塊3.3超聲波模塊的應(yīng)用超聲波在汽車行業(yè)的發(fā)展上應(yīng)用比較廣泛，比如常見的倒車?yán)走_(dá)，采用的就是超聲波的工作原理。在工作人員進(jìn)行測距作業(yè)時(shí)，往往會遇到測距條件受到限制的情況，他們會采用超聲波的探測方法，進(jìn)行無接觸距離的測量。在本設(shè)計(jì)中，智能小車要實(shí)現(xiàn)自主定位、行走時(shí)避開障礙物，并且要計(jì)算出合理的路徑，完成倒車入庫的操作，則超聲波模塊是最為關(guān)鍵的組成部分，換句話說，以當(dāng)前的技術(shù)，要想實(shí)現(xiàn)智能小車的自動泊車，在很大的程度上取決于是否能夠合理充分利用良好的超聲波技術(shù)。超聲波模塊的工作主要是利用發(fā)射器和接收器來完成的。超聲波模塊是有四個(gè)端口，其中兩個(gè)端口接電源的正負(fù)極，另外超聲波的TRIG端是用于采集信號，并檢測被測物體所得到的信號值。ECHO端主要是輸出高電平的信號，超聲波的測距原理就是根據(jù)輸出高電平的持續(xù)時(shí)間來判斷與被測物體的距離。在小車進(jìn)行初始化之后，要先將超聲波的接收端初始為0，在超聲波開始工作時(shí)，向前方發(fā)出方波信號，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)信號檢測出前方的障礙物，超聲波會立即反射信號到單片機(jī)，此時(shí)接收端就會檢測到有信號值的通過并置位信號為1，同時(shí)單片機(jī)的定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。通過計(jì)算超聲波從發(fā)射信號到接收信號的時(shí)間，就能夠計(jì)算出距離值。眾所周知，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，傳播的時(shí)間是往返的時(shí)間，則就可以推算出，物體與障礙物的距離值，也就是本課題中小車與車庫的距離值，因此，距離值與傳播時(shí)間的關(guān)系為：小車與障礙物間的距離=(超聲波的傳播時(shí)間/2)*340m/s超聲波的避障系統(tǒng)也是相同的原理，當(dāng)小車即將碰撞到障礙物時(shí)，它能夠辨別到信號并立即作出相應(yīng)的指令動作。也是通過超聲波發(fā)射器發(fā)射信號，信號在空氣中傳播，碰到障礙物時(shí)會立即反射回來，接收器的一直保持在檢測信號值的工作狀態(tài)，在這段時(shí)間里，單片機(jī)計(jì)算距離值，距離與時(shí)間存在一個(gè)正比值，通過單片機(jī)的程序的指令，能夠驅(qū)使小車偏離障礙物，達(dá)到一個(gè)避障的作用。圖3.5超聲波模塊如圖3.5所示，在本設(shè)計(jì)中主要有3個(gè)超聲波模塊，分別對車子的左、后、右的周邊環(huán)境信息進(jìn)行檢測，再發(fā)送信號給STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)會對信息進(jìn)行分析，判斷小車與車庫的距離以及與障礙物的距離，能夠顯示在LCD顯示模塊上，根據(jù)小車現(xiàn)在所在的位置，決定電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并完成小車倒車入庫的操作。左側(cè)超聲波模塊與單片機(jī)P3.4和P3.7端口相連接，當(dāng)小車實(shí)行行走的命令時(shí)，左側(cè)超聲波會檢測到左邊是否有障礙物以及障礙物的距離，并且判斷檢測到的障礙物是否是小車所尋找的車位，障礙物圍起來的空間是否能容納小車。進(jìn)行測距超聲波信號脈寬進(jìn)行計(jì)算與處理得到超聲波測距信息，右側(cè)超聲波模塊與單片機(jī)P3.2和P3.5端口相連接，也是同左側(cè)超聲波模塊的原理一樣，檢測右邊的障礙物、障礙物的距離，判斷車庫的位置。在小車尋找車位的過程中，超聲波的測距與避障功能起到了重要的作用，它能夠根據(jù)距離信息識別是否滿足倒庫的條件。后側(cè)的超聲波主要用于測距與避障，它與單片機(jī)P3.2和P3.5端口相連接，當(dāng)小車實(shí)行轉(zhuǎn)向的命令時(shí)，后側(cè)的超聲波能夠防止小車與墻體產(chǎn)生碰撞，在入庫即將完成時(shí)，根據(jù)后側(cè)的超聲波分析停車點(diǎn)。3.4電機(jī)驅(qū)動模塊智能小車行駛的基本要素是驅(qū)動控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中使用L298N芯片作為電機(jī)驅(qū)動模塊，采用4個(gè)直流電機(jī)，分別分布在四個(gè)車輪上。L298N芯片控制這幾個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，采用的是一種H橋的驅(qū)動方式，能夠承載大功率、高電壓的電機(jī)驅(qū)動。通過連接器，它的ENA和ENB端主要負(fù)責(zé)接收從單片機(jī)輸出的PWM信號，設(shè)計(jì)使能端ENA同時(shí)控制左側(cè)的兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向，ENB同時(shí)控制右側(cè)的兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向，輸入端IN1、IN3和IN2、IN4分別連接單片機(jī)輸出高電平和低電平，在輸出口OUT1和OUT2上采用并聯(lián)的方式連接左側(cè)的兩個(gè)直流電機(jī)，OUT3和OUT4端并聯(lián)右側(cè)的兩個(gè)直流電機(jī)，通過采用發(fā)光二極管檢測電機(jī)是否有信號值經(jīng)過。通過判別端口輸出的信號決定同一側(cè)的電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。如圖3.6所示。圖3.6電機(jī)驅(qū)動模塊使能端ENA與高低電平的一個(gè)工作狀態(tài)為：若小車的左側(cè)車輪要實(shí)行前進(jìn)與后退操作，則需要控制ENA為一個(gè)高電平的狀態(tài)，電流由IN1向IN2端進(jìn)行流動，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，電流由IN2向IN1端進(jìn)行流動，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)IN1與IN2端同為高電平時(shí)，小車停止；IN1與IN2端同為低電平時(shí)，小車剎停。同樣，ENB與IN3、IN4高低電平也是同樣的原理，通過左右兩側(cè)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)小車的前進(jìn)與后退，左右兩側(cè)不同轉(zhuǎn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)小車的正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，主要就是單片機(jī)利用PWM調(diào)節(jié)L298N芯片的兩個(gè)使能端的電壓，通過高低電平信號控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方式，從而實(shí)現(xiàn)對小車的直行、左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)。智能小車要進(jìn)行倒車入庫操作，車子在識別完車庫之后要進(jìn)行90°的大轉(zhuǎn)動，再通過控制電機(jī)的同時(shí)反轉(zhuǎn)，小車進(jìn)行后退，平穩(wěn)駛?cè)胪＼囄弧?.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)思路軟件設(shè)計(jì)主要結(jié)合是硬件電路圖，逐項(xiàng)分析小車實(shí)現(xiàn)倒車入庫的每個(gè)動作，滿足條件的情況，程序會進(jìn)行到下一步相應(yīng)的操作，本次設(shè)計(jì)采用的是Keil軟件，能夠進(jìn)行程序代碼的編寫，它適用于多種微控制器的設(shè)計(jì)，能夠滿足大多數(shù)嵌入式應(yīng)用需求，可以為系統(tǒng)程序的編寫提供完整的開發(fā)環(huán)境。采用軟件的設(shè)計(jì)能夠?qū)⒊绦蚺c電路相結(jié)合，啟動模擬按鍵，通過硬件圖，能夠模擬出信號的輸出與輸入，達(dá)到一個(gè)良好的反饋效果。4.2程序設(shè)計(jì)思路智能小車的倒車入庫最初始的動作就是識別停車位。首先給小車通電，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，當(dāng)小車到達(dá)車庫附近時(shí)，超聲波開始進(jìn)行周邊環(huán)境檢測，這時(shí)候定時(shí)器同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)。根據(jù)三個(gè)不同方位的超聲波信號，并判斷小車當(dāng)前的位置，分析小車與車庫的距離。如果距離不在范圍值內(nèi)，單片機(jī)則會輸出信號給到LCD1602顯示器模塊，顯示器顯示設(shè)定值，設(shè)定為888。如果距離在這個(gè)范圍值以內(nèi)，并根據(jù)左右兩個(gè)超聲波判別車庫的方位，是在小車行進(jìn)方向的左方或者右方，從而能夠在倒車操作時(shí)判斷車子要進(jìn)行順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。此時(shí)通過采集到的信號結(jié)果輸入到單片機(jī)，單片機(jī)將信號反饋給超聲波，此時(shí)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)并讀取時(shí)間，根據(jù)超聲波發(fā)出信號到接收信號的時(shí)長，根據(jù)時(shí)長可以計(jì)算的寬度，并且判斷周邊環(huán)境條件是否適宜進(jìn)行倒車入庫操作，即車庫的寬度大于小車自身的的寬度以及周邊附近是否還有其它障礙物，避免造成智能小車及其它物體的碰撞帶來的損傷，在滿足條件后小車開始執(zhí)行倒車入庫的程序。當(dāng)智能小車識別到停車位，左右兩側(cè)的超聲波分別檢測兩個(gè)數(shù)值。設(shè)定小車與車庫的距離范圍值為M，通過M值判斷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。分析車庫在小車行駛前進(jìn)的右方時(shí)，右側(cè)的超聲波檢測到與墻體距離值小于M值，右側(cè)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，同時(shí)左側(cè)的兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，小車開始進(jìn)行右側(cè)的的倒庫。同理分析車庫在小車行駛前進(jìn)的左方時(shí)，當(dāng)左側(cè)超聲波檢測到距離值小于M值，左側(cè)的兩個(gè)電