基于超声波定位原理的智能停车辅助系统

1、中国科技论文在线基于超声波定位原理的智能停车辅助系统 王治国，李雅梅，邱微李雅梅通信联系人：李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能检测技术，自动化仪器仪表，计算机控制等. E-mail: liyamei518作者简介：王治国，（1990.05-），男，在读本科生，专业：测控技术与仪器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辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105125105;125105;12510518242989981183429154951824298998118342915495辽宁省葫芦岛市

3、兴城市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区;辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区;辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区787622896;liyamei518;749151492王治国，（1990.05-），男，在读本科生，专业：测控技术与仪器;李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能检测技术，自动化仪器仪表，计算机控制等;邱微，（1993.03-），女，在读本科，专业：测控技术与仪器王治国;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*|*董苏华，章超汉.部分国家及地区停车问题研究J.国外城市规划.1999，（4）：37-41<CR>2*|*学位论文*|*司春宁.基于超声波的距离测量系统的研究及其应用D.上海：东华大学，2009，1:20-21.<CR>3*|*专著*|*张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2010.<CR>4*|*专著*|*周杏鹏.现代检测技术M.北京：高等教育出版社，2010<CR>5*|*专著*|*郁有文，常建，程继红.传感器原理及工程应用（第四版）M.西安：西安电子科技大学出版社，201

5、4.<CR>6*|*学位论文*|*郭新.海底超声波定位系统设计D.吉林大学.2013.6:32 |1|王治国|wangzhguo|辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|王治国，（1990.05-），男，在读本科生，专业：测控技术与仪器|辽宁省葫芦岛市兴城市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区|125105|78762289618242989981<CR&g

6、t;*|2|李雅梅|liyamei|辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|李雅梅，（1966-），女，副教授，研究方向：智能检测技术，自动化仪器仪表，计算机控制等|辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区|125105|liyamei51813591999098<CR>|3|邱微|qiuwei|辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 1251

7、05|Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105|邱微，（1993.03-），女，在读本科，专业：测控技术与仪器|辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号辽宁工程技术大学葫芦岛校区|125105|74915149218342915495基于超声波定位原理的智能停车辅助系统|Intelligent parking assist system is based on the principle of ultrasonic navigation|- 8 -（辽宁工

8、程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105）摘要：随着我国经济腾飞，人们由于各种目的，越来越多的人在生活中和工作中把汽车作为生活工具。同时由于驾驶员驾车技术停车位狭窄，停车和倒车引发许多事故。特别是现在家庭小型车库面积小停车极为不便。为此，有助于驾驶员停车和倒车的倒车超声系统应运而生。此装置称为“停车探视系统”，为驾驶员解除了驾驶员停车和启动车时前后左右探视所引起的困扰，帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。本文以AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有液晶显示和声光报警功能的停车系统。驾驶员只要在驾驶室就能知道距离障碍物位置，极大的提高了停车和倒车时的安

9、全和效率。关键词：超声波定位；停车倒车；AT89S52中图分类号：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 引言随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆以及私家车的不断增多，由此产生的交通及交通事故问题受到越来越多人的关注。其中停车和倒车事故发生频率极高，已引起了社会各界以及交通部门的高度重视1。倒车事故发生的原因是多方因素的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其驾驶技术较差的非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来的许

14、多困扰，例如撞上别人的车、自家小型车库墙壁等，这不仅使自身的生命财产安全受到威胁，也造成了社会的一些不安定因素，鉴于此，汽车行业周边技术产品，专为汽车倒车停车而设置的智能系统应运而生，此智能系统安装到汽车上可以解决驾驶人员倒车停车有视觉盲区的困扰，大大降低了倒车停车事故的发生。此系统以单片机、超声波发生装置和接收装置为主体组成的，能以声音和更为直观的显示告知驾驶员汽车的位置，消除了驾驶员停车和倒车来回左右目测距离的困扰，同时还可以帮助驾驶员在家庭小型车库有视觉盲区的困扰，降低了对驾驶员的技术要求，更提高驾车的安全性。1 基本原理超声波定位系统的基本原理是通过接收几个固定端的发射点的固定信号,

15、从而得到主体到这几个发射点的距离2, 经计算后即可得到主体的位置。但是，由于超声波在空气中的衰减较大, 它只适用于较小的范围。超声波在空气中的传播距离一般只有几十米。短距离的超声波测距系统已经在实际中有所应用, 测距精度可以达到厘米级3。超声波定位系统可用于家庭小型车库等场所中的移动物体定位。其具体实现可有以下两种方案。1.1 方案一 三面定位在三面有墙壁的场所, 利用装在主体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙壁的距离。如果以三面墙壁的交点为原点建立直角坐标系, 则可直接得到主体的三个直角坐标如图 1 所示。图1 利用三面垂直的墙壁进行定位Fig. 1 The use of three v

16、ertical wall positioning但是此方案在工程应用中要受到很大限制。第一, 超声波传感器必须与墙面基本保持垂直。第二，墙壁表面必须平整, 不能有凹凸不平。传感器与墙壁之间也不能有其它物体。这在实际工程应用中是非常难实现的。1.2 方案二 三边定位在空间的某些固定位置上设立超声波发射装置, 主体上设立接收器 (反之亦可)。分别测 量主体到各发射点的距离, 经过计算后便可得到主体的位置。由于超声波的传播具有一定的 发散性及绕射作用, 这种方法所受到的空间条件限制较少。即使在主体与发射点之间有障碍 物, 只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可以工作。发射点的 位置通常按直角方位配置。

17、以三维空间为例, 可在坐标原点及 (X , 0, 0) , (0, Y , 0) 三个位置布置发射点如图 2 所示。(y,0,0)(x,0,0)L2L1L3图2 利用三边进行定位Fig. 2 Use triangular positioning主体坐标 (x , y , z) 到三个发射点的距离分别 为L 1, L 2, L 3, 由距离计算坐标的原理如下: 由图 2 可得如下三角关系: （1） （2） （3）求解上列方程可得： （4） （5） （6）对于较大的空间, 可以通过在坐标轴方向 多布置一些发射点的方法来进行定位。2 系统具体设计思路停车倒车系统移动端系统和固定端系统两大系统组成。如

18、图3，左边为移动端，右边为固定端。图3 系统整体框图Fig. 3 Overall block diagram of the system主要工作过程是，首先单片机选定要触发的发射点地址, 然后启动发射电路并开始计时, 在给定时间内如接收到信号则由延迟时间可以计算出主体到发射点的距离。与超声波相比, 无线电波的传输时间可忽略不计。如在给定时间内接收不到信号, 则认为主体距离发射点的距离已超过可接收距离。开始接收下一个发射点的信号。当接受到足够的发射点信号后, 便可由主体到各个发射点的距离计算出主体的位置坐标。由于超声波在空气中的传播速度随着环境条件的不同而有所变化, 为了提高测量精度, 还需要对

19、测量结果进行校正。已知在标准环境条件下的声速340 米/秒。取 厘米为标准距离, 测量其在实际环境条件下的传输时间, 则实际声速为。若主体到发射点的传输时间为, 则校正后的实际距离为。3 系统实际使用安装对于家庭型小型车库, 需要确定汽车在车库内的位置, 以便根据当时的情况进行倒车停车。我们设计了一个接收器在汽车上的超声波定位系统。在这种情况下, 只需二维定位。考虑到车库的结构，为尽量避免有障碍物的影响, 可以将发射点对称布置在天花板的两侧, 且传感器有一定倾斜角度，通常为45度4。这样的配置, 使得小车上的超声波接收器能够在车间的大部分区域都能接收到2个以上的发射点信号，使得装置不会工作在车

20、库边沿部分传感器接收的死角区域。由于小车的高度是固定的，测完高度后就可以计算出。如图 4所示：L1L2汽车图4 系统安装示意图Fig. 4 System installation diagram4 系统硬件及软件设计本文采用 STC89C52 单片机来触发和获得超声波信号。它具有 8k 字节 Flash，512 字节70 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中 断结构），全双工串行口5。本系统采用CSB40T 超声波测距模块来收发超声波信号，显示部分采用LCD16026。其原理图如图5，图6所示：图5 系统移动端电路图Fig. 5 System circuit diagram of the mobile terminal图6 系统固定端电路图Fig. 6 System circuit diagram of a fixed end系统软件设计按照此系统绘制出主流程图如图7所示：图7 系统程序主流程图Fig. 7 System main program flow chart5 结论此智能系统可用于一定范围