基于超声波检测的自动泊车系统

【摘 要】设计了基于超声波检测的自动泊车系统，采用51单片机作为控制核心，应用电路知识与自动控制原理，搭建了硬件电路，编写C语言代码，设计闭环反馈的自动泊车系统，将系统搭载思卡尔智能车模型上，小车能自动检测空车位，顺利完成侧位泊车任务。

【关键词】超声波传感器 C语言 51单片机 飞思卡尔

一、选题背景

随着经济的飞速发展，司家车拥有量激增，虽然司机都能掌握基本的开车技术，但在面对拥挤的道路侧位停车时，许多司机尤其是新手或者女性遇到很大困难，经常会发生车体蹭伤的事故，甚至会危及到司机与行人的生命安全。

目前，一些大型汽车公司已经陆续开发一些自动停车的系统，有些已经投入生产，但是因为系统自身还有些局限性，同时价格昂贵，往往令消费者望而却步。市场需要一套完善且拥有自主知识产权的自动泊车系统。

二、问题研究

经过询问驾校师傅，我的了解了司机停车的过程。一般来说，司机停车分为四个步骤，首先缓慢行驶观察是否有足够空间容纳车体，可以停车；确定车位后，停车方向盘右打死，倒车至从后视镜看到车位的边缘；随后方向盘左打死继续倒车至车位后边缘；停进车位后，方向盘打正。

我们对该过程进行分析，直接采用实体轿车进行实验是没必要的，只要选择一款可以前进后退，左右转弯，反应灵敏，价格实惠的模型车就能达到我们实验的要求。飞思卡尔智能车竞赛用车机械结构稳定，造型成熟，经过多次分析，本文选择了飞思卡尔智能车B车作为实验用车。

三、硬件设计

车体只是一架空壳，最重要的是我们对车体的控制。硬件设计主要是传感器的设计，控制中心的选择，驱动电路的设计，当然还包括供电与稳压等基本单元。

（一）传感器。本系统对传感器要求较高，需要良好的动态性能，精度和灵敏度，达到快速鉴别车位的目的。本文主要考虑了激光传感、红外传感、超声波传感三种方式。其中激光传感精度较高但是造价昂贵违背了我们降低成本的意愿，红外传感虽然价格低廉但是在实际应用中可能对儿童或者宠物的眼睛造成威胁，而超声波传感同样具有价格实惠的优点，同时精度高，反应速度灵敏。本系统选择超声波传感器。

（二）控制单元。模型车载系统的控制一般采用单片技术，目前主流的有430单片机、51单片机、FPGA控制单元、ARM控制器等。430单片机反应灵敏，功能强大，缺点稳定性差禁不住碰撞；FPGA控制反应速度极快，缺点是不适合完成复杂控制过程；ARM控制器功能最强大，包含丰富的底层库，能完成复杂的算法，同时对程序员的要求很高；51单片机功能较430弱一些，但是稳定性极佳，抗摔抗碰撞。综合考虑，本系统选择简单可靠的51单片机。

（三）驱动模块。本系统需要车轮完成前行，后行，左右转的功能，采用舵机控制转向，直流电机作为动力，驱动部分需要输出两路占空比不同的信号，一路控制舵机转向，一路控制电机前进后退以及车辆转动速度。B车模型的舵机内置放大电路，直接从单片机输出即可；直流电机则需要驱动部分，将单片机输出信号变换输出大功率信号驱动电机动作。参考飞思卡尔竞赛电路，我们选择英飞凌公司的驱动芯片BTS7960B。

四、软件设计

硬件电路和软件程序是密不可分的，在硬件设计基本定型之后，就是软件程序编写环节。本系统程序采用主程序子程序嵌套的形式，层次分明，思路清晰，同样有利于分部调试。

（一）超声波子程序。判断是否可以停车时第一步，该部分，本文采用51单片机自带的定时器与中断，向超声波传感器模块发送20的高电平信号，计时器开始计时，超声波模块自动发射几组超声波，超声波遇到障碍物会反射回来，当超声波传感器模块接受到反射回来的超声波时，计入中断，得到从发射到回收的时间，计算得到障碍物距离。得到安装在车体右侧的几个超声波传感器的数据，经过计算分析区域是否达到可以停车的标准。

（二）舵机控制子程序。舵机控制部分是单纯的超声波输出占空比信号，本文中占空比周期20ms，当高电平时间为1.5时，舵机位于中间位置。占空比调小时，舵机左转，占空比调大，舵机右转。

（三）电机驱动子程序。本文硬件采用的板桥驱动方式，输出两路电平，两路的高低决定了电机的转向，占空比决定了直流电机的转速。

（四）主程序。将各子程序按照本文设计组合起来，就达到了控制车体自动泊车的目的。

五、优化设计

考虑遇到突发紧急情况，本系统添加了紧急情况切换人为控制的功能，当遇到紧急情况，司机可以掌握车子的控制权，完成紧急刹车，保证了司机的人身安全

六、研究成果

本系统在实验中能够准确分辨空闲地带是否可以停车，流畅稳定地将车停进预定停车区域，基本达到自动泊车的实验目标。将本系统稍作改进就可以应用在实体轿车，当然精度与参数还需要进一步的调试。

参考文献：

[1]郭天祥.51单片机.哈尔滨工业大学出版社，2006

[2]卓晴，黄开盛等.学做智能车.[M].北京：北京航大出版社，2005

[3][加拿大]S.B.狄娃恩.电力半导体传动.秦祖荫，杨振铭.北京：机械工业出版社.1999