自动泊车系统

1、内蒙古科技高校本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：自动泊车系统的设计同学姓名：赵文强学 号：1167118210专 业：电子信息工程班 级：2011-2班指导老师：高丽丽 欢迎下载自动泊车系统摘 要随着车辆的普及度、保有量越来越高，街道、小区、大路、停车场等拥挤不堪，人们对车辆的可操作性和智能性也提出了更多的要求，所以智能的自动泊车的研发迫在眉睫。本设计以蓝牙模块与单片机最小系统通过串口相连接，并与电脑端蓝牙连接实现下位机与上位机之间的通信过程,从而实现自动泊车的功能。本设计由上位机、蓝牙模块、STC15F2K61S2单片机最小系统、GY-26电子指南针模块、光电避障模块、超声波模块、电机

2、驱动模块、舵机组成系统。主要包括以下几个方面：第一，硬件电路设计，硬件电路通过Altium Designer软件进行硬件电路设计，主要包括包括电源系统和单片机最小系统，其次，STC15F2K61S2单片机最小系统设计，最小系统可以实现超声波数据、光电避障模块数据、电子指南针模块数据的接受，由上位机端发送命名实现对小车的相应把握。第三，上位机软件设计，上位机由C Sharp语言在Visual Studio 2010平台编写，主要实现对由下位机说发送的数据进行处理并实时显示出来的，并且对自动泊车系统进行整体把握，通过蓝牙向单片机最小系统发送数据，单片机接收到数据后把握小车完成侧位泊车或倒车入库动作

3、。关键词：上位机；单片机最小系统；自动泊车 Automatic parking systemAbstract随着车辆的普及度、保有量越来越高，街道、小区、大路、停车场等拥挤不堪，人们对车辆的可操作性和智能性也提出了更多的要求。然而，对于很多驾驶员而言，顺列式驻车是一种苦痛的经受，在我国很多的大中型城市，甚至是三四线城市，由于城市的规划和进展不能满足人们日益猛增的生活空间的需求，所以停车空间有限，将汽车驶入狭小的空间已成为一项必备技能。地上、地下、以及停车楼的消灭缓解了一部分的停车问题，但是很少有不费一番周折就停好车的状况，停车可能导致交通堵塞、神经疲乏、甚至是刮蹭现象和保险杠被撞弯，是格外简洁

4、造成车辆损坏和行车事故。With the popularization of vehicle, retains the quantity is more and more high, streets, communities, roads, parking lots and other crowded. People of the vehicle can also put forward more requirements for the operation and intelligent, so the research and development of intelligent auto

5、matic parking is imminent. This design takes the Bluetooth module and the microcontroller smallest system through the serial port, and realizes the communication process between the lower computer and the upper computer with the Bluetooth connection of the computer terminal.本设计由上位机、蓝牙模块、STC15F2K61S2

6、单片机最小系统、GY-26电子指南针模块、光电避障模块、超声波模块、电机驱动模块、舵机组成系统。主要包括以下几个方面：第一，硬件电路设计，硬件电路通过Altium Designer软件进行硬件电路设计，主要包括包括电源系统和单片机最小系统，其次，STC15F2K61S2单片机最小系统设计，最小系统可以实现超声波数据、光电避障模块数据、电子指南针模块数据的接受，由上位机端发送命名实现对小车的相应把握。第三，上位机软件设计，上位机由C Sharp语言在Visual Studio 2010平台编写，主要实现对由下位机说发送的数据进行处理并实时显示出来的，并且对自动泊车系统进行整体把握，通过蓝牙向单片

7、机最小系统发送数据，单片机接收到数据后把握小车完成侧位泊车或倒车入库动作。The design of the PC and Bluetooth module, STC15F2K61S2 MCU minimum system, GY-26 electronic compass module, photoelectric obstacle avoidance module, ultrasonic module, motor drive module, servo system. Mainly includes the following aspects: first, hardware circu

8、it design, hardware circuit through Altium designer software were hardware circuit design, including including power supply system and the smallest single-chip system. Second, STC15F2K61S2 smallest single-chip system design, the minimum system can realize ultrasonic data, photoelectric obstacle avoi

9、dance module data, electronic compass module data received, sent by the host computer end named the corresponding control of the car.Third, PC software design and PC by C sharp language on the platform of Visual Studio 2010 prepared, mainly to achieve by the slave computer said transmitted data for

10、processing and real-time display, and the automatic parking system integrated control, via Bluetooth to send data to the MCU minimum system, MCU receives the data control the car lateral parking or reversing storage action.关键词：上位机；单片机最小系统；自动泊车；硬件电路设计Key words: PC, minimum single-chip microcomputer,

11、automatic parking目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题的目的和意义11.2 课题的国内外争辩现状2其次章 原理和技术52.1 Altium Designer软件的应用52.2 STC15F2K61S2单片机最小系统的应用52.3 超声波原理的使用62.4 C Sharp语言与Microsoft Visual Studio 2010开发平台82.5 蓝牙模块8第三章 系统的硬件设计103.1 系统总体设计103.2 系统的硬件设计113.3 系统的软件设计11第四章 系统的软件设计134.1 下位机硬件设计134.1.1 电机驱动电路134.1.2 舵机1

12、44.1.3 超声波测距模块154.2 下位机程序编写164.2.1 电子指南针模块数据接收与校准程序实现174.2.2 串口发送接收与处理功能程序实现184.2.3 小车把握程序实现194.3 上位机界面设计224.3.1 系统时间显示部分234.3.2 串口设置部分234.3.3 自动泊车状态显示部分244.3.4 数据监测显示部分244.3.5 指南针把握部分254.3.6 自动泊车把握部分254.4 上位机程序设计254.4.1 定时器组件timer的使用及程序编写264.4.2 串口组件serialPort的使用274.4.3 串口触发大事函数comm_DataReceived274

13、.4.4 指南针把握部分程序实现284.4.5 指南针把握部分程序实现29第五章 总结与进展趋势30参考文献31附录33致谢45欢迎下载第一章 绪论1.1 课题的目的和意义1课题的目的 自动泊车系统就是一种凭借检测车辆周边路况和路径来查找最合适的泊车地点,借此来调整车辆的转弯半径、车速、停车方位和前后位置移动,使得车辆能够在系统的把握中自主的驶入泊车位的系统。相比于人工手动泊车事难度大、不好精确把握角度、以往的倒车雷达机械智能化程度低、可操作性不强等缺点,我设计的这个系统不仅仅提高了车辆在泊车的过程中的自动化水平、牢靠性和精确性,并且很大程度的减小了驾龄时间短的司机驾驶车辆的困难程度,让驾驶员

14、彻底从泊车的繁琐操作中解脱出来，也可以成为将来实现车辆的自动驾驶的一个基石，让车辆驾驶和停靠变得更加简洁便利。2课题的意义随着车辆的普及度、保有量越来越高，街道、小区、大路、停车场等拥挤不堪，人们对车辆的可操作性和智能性也提出了更多的要求。然而，相对于很多的司机伴侣特殊是女司机来说，顺列式泊车是的是有相当大的难度的，随着我国国力的进展城市的规模越来越大，人口和停车位的紧急的冲突日益突出 ，甚至是三四线城市，由于城市的规划和进展不能满足人们日益猛增的生活空间的需求，由于停车空间和停车距离相对较小，平安精确的将车辆泊人正确位置对于驾驶员来说有很大的难读。地上、地下、以及停车楼的消灭缓解了一部分的停

15、车问题，可是想要轻而易举的就找到便利的停车地点停好车仍旧不是一件简洁的事情。泊车由于长时间的精神紧急经常是导致堵塞交通的重要缘由之一，假如操作不当很简洁发生剐蹭事故和损坏前后的保险杠。因此，研发智能自动泊车系统势在必行。值得庆幸的是，科学技术的的进步让我们解决这个问题成为了可能，那就是自动泊车系统。我们可以想象到这样的情景，当您需要泊车的时候，告辞了前进和后退的摸索和繁琐的操作，取而代之的是简简洁单的按动自动泊车的功能指令，车辆就会平安精确的自动泊如停车位置，让停车变得平安简洁。1.2 课题的国内外争辩现状1国内争辩现状由于我国汽车工业进展起步较晚，所以国内观月自动泊车系统相关专业的研发起步也

16、相对较晚1。截至目前，照旧是处于在争辩院和高校的理论争辩阶段，所进行一些理论仿真和模拟试验阶段，并没有投入实际汽车工业中，更谈不上量产化。但是，随着我国汽车工业和自动化以及信息化技术的进展，我国对智能机器驾驶车辆和智能机器人进行的相关研发工作已经取得长足的进步和可喜的成果。比如，清华高校的研发团队就在研发室外移动机器人THMR-III和THMR-V上面取得了成功，清华高校的研发团队在车上配置了磁罗盘光码盘定位系统，彩色摄像机，超声波传感器，GPS地位系统等2。吉林高校的相关争辩是基于JLUIV系列的视觉智能导航车辆。就关于自动泊车系统的把握算法的争辩，国内目前关于自动泊车系统的争辩目前仍旧处于

17、起步阶段，其中主要是接受了模糊把握等相关技术。早在1999年，上海高校的姚必正、吴志坚，就是利用了多维模糊把握器，最终成功地完成了在既定的平面内，选取任意一点上的小车的倒车把握。模糊把握器成功地实现了给定平面内任意一点上小车的倒车把握。2005年，首都师范高校的杨昔阳和他的团队，依据他们所提出的变论域自适应模糊把握器的基本思想，成功的设计完成了一种可以适用于卡车倒车的自适应模糊把握器，并且通过仿真试验证明白，该系统实现了良好的普遍适性和相对较高的灵敏性和精确性。 2009年，吉林高校郭孔辉和他的团队，利用MATLAB/SINIULINK和相关技术，搭建了基于汽车运动学模型和平行泊车坏境的平台，

18、提取了从技术娴熟驾驶员的泊车阅历，并且将其中的模糊规章嵌入到模糊把握器中，借此来检验它的可行性和合理性。 关于车位检测技术在自动泊车系统中的的应用，何锋在2009年提出了一种车位检测方法，其主要方法是利用增量式编码器和超声波传感器检的结合应用，基于这种方法是通过对所得到测试结果的误差分析，借此来验证其方法的可行性。就我们现在所争辩的自动泊车系统的研发，可以归类于智能车辆把握争辩领域的重要争辩问题，它不仅仅具有创新性和简单性，而且还具有有用性和研发前景性。我们国内的相关争辩学者在次问题上的各类算法计算，加上自动泊车系统的模型搭建等各个方面都做了大量的深化的争辩，并且取得了相应的争辩成果。依据试验

19、模型、验样车为基础概念做了繁多大量的试验，关于争辩理论和争辩方面都做到了很大的改进和创新。依据对现今我国国内所发表的学术争辩和论文的了解，伴随着我国汽车工业、装备制造业以及我国智能机械化制造水平的提升，我们国内的研发团队和研发人员就自动泊车的相关探讨和争辩，基本上达到了同国际基本接轨的水平，甚至在某些领域上达到了国际领先的地步。由近几年的争辩成果和加之以前的基础之上，我国的自动泊车系统的争辩已经已经取得了和可喜的成果。2国外争辩现状伴随着现代科技技术的进展应用到人工智能车辆技术的进展，相关的争辩正在不断地渗透其中，各大汽车的生产龙头企业，都推出了具有其各自特色的自动泊车系统，并且应有到他们的主

20、打的优势车型中。比如国外的有名的汽车生产商宝马、保时捷、奥迪、保时捷、标致、梅赛德斯奔驰、道奇、福特等都已将该系统其自主研发的自动泊车系统标配，或选装到优势车型中最终实行了量产化。几个具体的国外生产技术举例如下：在2012的亚洲，日本的汽车生产商-日产依靠独立研发和创新的技术，实现了在室内、地下停车场，成功实施了智能机械化泊车，可以完全脱离人的手工操作，从而将驾驶员从简单的操作中解放出来。日产所以应用的技术就是4G网络及云端技术服务，NSC-2015车辆联网，车辆可以在接受泊车命令后，完全独立的自动驶入停车场中，并且查找相应的停车位置，从而实现智能化泊车。于此同时还可以将车辆的时事状态进行传递

21、3。此类的争辩成果预期将会在2015年-2016年装配到汽车中并且投入到市场4。在2013年的欧洲，有名的汽车生产商奥迪公司，他的研发团队也在试图应用各种方法来实现自动泊车，而通过搭建Wi-Fi连接就是他们的主打技术，主要的是通过手机应用APP远程把握的方法。同年的8月，福特公司将它旗下研发的帮助泊车系统，进行了第一次公演，该全帮助泊车系统，完全可以满足司机处在车，即可简洁快捷的完成车辆的只能停靠和泊车功能。第二章 原理和技术2.1 Altium Designer软件的应用Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，软件主要在Win

22、dows操作系统上运行，这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑规律自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完善融合，为设计者供应了全新的设计解决方案5。Error! Reference source not found.软件主要实现以下几方面功能：（1） 原理图设计；（2） 印刷电路板设计；（3） FPGA的开发；（4） 嵌入式开发；（5） 3D PCB设计。Altium Designer软件在电路设计中主要运用（1）（2）两项，通过原理图设计与印刷电路板设计可以完成对电路的基本设计，而通过电路仿真等功能一方面可以明确系统的各项性能，另一方面可以通过仿真对所设计的电路进行适

23、当的调整7，以实现电路的最优生产。因此，把握Altium Designer软件的各项功能，并合理到运用到电路设计当中可以为电子电路的设计供应完善的解决方案。2.2 STC15F2K61S2单片机最小系统的应用STC15F2K61S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高牢靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，接受第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，1%温飘，常温下温飘5，5MHz-35MHZ宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路（内部已集成高牢靠复位电路，8级可选复位门槛电压）9

24、。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），内置2K字节大容量SRAM，2组高速异步串口通信端口（UART1/UART2，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可做5组串口使用），1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串口通信/电机把握/强干扰场合。STC15F2K61S2单片机管脚图如图2.1所示。在设计中，主要运用STC15F2K61S2单片机最小系统P0口驱动12864LCD显示屏；P3.2口与温湿度检测模块进行数据传输；P1.1口进行AD采样，STC15F2K61S2 单片机集成有 8 通道 10 位高速电压输入模数转换器，接受逐次比较方式进行 A/D 转换，速

25、度可达 300kHz，可完成液位、温度、湿度、压力等物理量的监测。图 2.1 STC15F2K61S2 单片机管脚图2.3 超声波原理的使用所谓的超声波就是指代频率超过人类的听觉接受的频率，将所发出超过频率为20kHz及其以上的声波被称为超声波10。超声波是弹性机械波的一种，但是和其他的机械波所不同的是超声波的传播方式，超声波是凭借于传播介质的分子运动而传播的。超声波的原理跟一般声波的原理和性质基本是类似的，超声波和声波的传播，有一个共同点就是在没有介质的状况下是无法传播的，必需凭借介质才可以实现声波或是超声波的传播。所以超声波和声波都需要以气体、液体、固体或混合体为介质才可以实现信息的传递。

26、S(t)被设置为最初始的位移值，Ao为全部的初始振动幅度的参照值，w、t所代表的数值为角频率和声波传输时间。X为声波传递播距离，k=w/c称为波数，a为衰减系数11。据此可得，声波的振幅A(x)随距离X的上升所呈现出的衰减呈递出的形式是指数形式。，Ae代表的是介质常数，f为振动频率。据此我们可得，声波和超声波自身的频率越强，衰减系数也就越大，超声波的传播距离也就越短，反之超声波频率越低，衰减系数越弱，超声波的传播距离就越远13。可是声波还有一项格外重要的特点是:假如让频率不断的提高，那么声波的波束也就会随之转变，并且变得越来越窄。与此同时，在和振幅相全都的的低频波对比，频率较高的声波，它所沿着

27、直线传递的路径也就更长，反射力量也有所加强，声波所带的功也就更多。在日常的真实检验测距的使用过程阶段，出于对超声波的传波路径不行以过短的考虑，所以对你超声波的的频率要求是衰减要尽量的慢一下，同时还要使得超声波的接受和发送频率在肯定的规定范围以内，我们通常的做法是接受满足频率为f = 40 k Hz的超声波作为使用对象。超声波最大的优点就是当用超声波和其它声波相互比较的时候，超声波具有其它声波难以比拟的传输的方向性和穿透性。超声波的检测技术，在实际的应用中还有一个好处就是，可以完全的避开和被测物体直接的接触接触，就可以格外精确和便利的测量出和被测物体之间的实际距离，误差也可以把握到小数点后两位，

28、对于日常一般的测距工作，超声波的这样的工程是完全可以满足日常的测距要求，而且可操作性强，牢靠性高，性价比更划算，对人和测距的物体没有任何损伤等优点。超声波已经被广泛的使用，主要是被应用在日常和实际的距离测量中，比如钢铁行业的探伤，卫生器具的清洁等许很多多的行业都呈现出来超声波良好的功能及特性。超声波还被广泛的开发应用于传感器制造业，用它为主要应用技术制造的传感器，是截止目前为止，最被普遍应用的传感器应用技术，不仅仅是被应用在工业、农业、而且还被广泛的应用在军工行业这种涉及到国计民生的行业中都有所应用，超声波的使用范围可见一斑。特殊是被应用在工业领域，当测距条件收限制时，测距现场的工作人员往往会

29、选择超声波作为主打的探测方法，进行无接触距离的测量。 人工智能和自动泊车假如要完成独立的自主定位、避开障碍物移动，并且计算出恰当的路径选择等智能动作，超声波测量物体距系统是其中至关重要的组成部分，可以这样说，就目前的技术来看，能否实现自动泊车，在很大的程度上取决于超声波技术是否被充分良好的利用。最早被人们争辩的是超声波技术，在移动机器人的测量物体距离系统中的使用。超声波可以通过探测和障碍物的距离，并且借此来了解自身和被测物体之间的路径已经距离的信息反馈。还有另一个格外重要的优点就是，假如要实现超声波测距系统的硬件搭建的元器件已经实现量产化、模块化。也就是说整个的硬件需求成本低廉，一般都可以支付

30、的起，不会占用太多争辩和使用经费的支出，使用相当快捷低廉。超声波测距系统的牢靠性、精确性、便捷性基本可以符合设计者和使用着的需求，被广泛使用在许很多多的工程项目和日常的生产生活中。2.4 C Sharp语言与Microsoft Visual Studio 2010开发平台Visual Studio是Microsoft公司推出的开发环境，是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境，其集成开发环境（IDE）的界面被重新设计和组织，变得更加简洁明白13。Visual Studio 2010同时带来了NET Framework 4.0、Microsoft Visual Studio 2010 C

31、TP( Community Technology Preview-CTP)，并且支持开发面对Windows 7的应用程序。除了Microsoft SQL Server，它还支持 IBM DB2和Oracle数据库。Visual studio 2010中Microsoft第一次嵌入了云计算这性能，Microsoft的通过Azure云计算这个载体可以运用到计算过程中。Microsoft还供应SQL Azure的技术支持，这样就可以在云计算中搜寻传统的关系数据库，云计算应用搜寻这类询问，和传统Net应用程序格外相近。 C-sharp语言是由Microsoft公司的Anders Hejlsberg和

32、Scott Willamette领导的开发小组特地为.NET平台设计的语言，它可以使程序移植到.NET上14。这种移植对于宽敞的程序员来说是比较简洁的，由于 C#从C，C+和Java进展而来，它接受了这三种语言最优秀的特点，并加入了它自己的特性，C#是大事驱动的，完全面对对象的可视化编程语言，我们可以使用集成开发环境来编写C#程序，使用IDE，程序员可以便利的建立，运行，测试和调试C#程序，这就将开发一个可用程序的时间削减到不用IDE开发时所用时间的一小部分9。2.5 蓝牙模块此次所应用的无线通信技术是蓝牙通信技术，频段在2.4 GHz ISM进行工作15。该项技术可以满足实现较小区域内部的无

33、线通信，以及小微网局域网组网的时时通信技术手段。为了满足于室内的局域小范围的无线通信技术，蓝牙通信技术由此应运而生，它的技术优点是：具有相对较高的抗干扰性、平安性、廉价性等的技术特点。通过单片机构建的争辩模式对蓝牙模块开放相应的瓶颈突破，最终可以做到成对个多对蓝牙模块相互的时时通信，同时通过嵌入在手机中的蓝牙把握模块，这样就可以实现对单片机和蓝牙模块系统的进行把握17。不仅如此，研发人员还开发了蓝牙设备和模块之间的相互认证和绑定的功能，通过这项技术，就可以很高程度的增加嵌入式平安系统中的系统的可操作性、稳定性和较高的平安性。通过将俩个或是多个蓝牙设备可以组建局域组网，借此来组建的局域网特点是机

34、敏便利，可以构成单对单，单对多或是多对多的时时无线通信局域网，相对于红外传输，蓝牙设备克服和结局了红外传输技术的的定向的限制，不仅仅克服了阻碍物的干扰，而且具有峰值高为1Mbps的惊人传输效率。但是，任何技术都有它自身的缺点和瓶颈，蓝牙通信技术也不例外，蓝牙通信技术自身也具有肯定的设计短板，比如对于嵌入到手机设备中通用蓝牙模块，假如开启，那么对手机有限的电量来说是一个考验，可以这么说，蓝牙模式是手机模式中费电量相对较高的功能模块，此外相对较短的传输距离也是蓝牙技术需要克服的技术缺陷之一，目前市场上最常见的蓝牙芯片传递范围是为10M，假如有较高要求，可以通过增加功放的方法来提高传输距离，最大的传

35、输长度可增大到100M。蓝牙通信在目前的工业数据通信技术领域并没有得到很好的进展和应用，但是我们不能不考虑到这样的因素，就是蓝牙技术相对于其它的通信技术相对来说起步很晚，目前还处于不断地完善和进展的状态中，消灭缺点和设计短板是必不行少的，是每个成熟技术进展的重要进程。目前的蓝牙技术姿势具备了很多得天独厚优势和特点，列如:较强的抗干扰力量，较高的传输效率，机敏便利的组建局域网，和性价比高、耗材较少小等多方面优点，和其他现在的广泛通用的通信技术手段做比较，该项技术的性价比远远高于同类的短距无线通信技术，综上所述，蓝牙通信技术肯定会在无线通信领域内大显身手。第三章 系统的硬件设计3.1 系统总体设计

36、本设计由上位机、蓝牙模块、STC15F2K61S2单片机最小系统、GY-26电子指南针模块、光电避障模块、超声波模块、电机驱动模块、舵机组成系统设计结构框图如图3.1所示。上位机的作用主要是对自动泊车系统进行整体把握，通过蓝牙向单片机最小系统发送数据，单片机接收到数据后把握小车完成侧位泊车或倒车入库动作。并且，上位机端会将由单片机最小系统发送的数据进行处理，显示在上位机界面上，使得上位机端对小车的监控更加具体；蓝牙模块与单片机最小系统通过串口相连接，并与电脑端蓝牙连接实现下位机与上位机之间的通信过程；STC15F2K61S2单片机最小系统可以实现超声波数据、光电避障模块数据、电子指南针模块数据

37、的接受，由上位机端发送命名实现对小车的相应把握。下位机系统中有2个超声波模块构成，超声波模块可以实现对小车前后障碍物距离的检测，并实时传输至单片机最小系统，单片机最小系统依据所接受到的超声波数据打算小车动作；GY-26电子指南针模块接受IIC通信，可以实现对当前方向信息的猎取并发送至单片机最小系统进行处理，单片机最小系统通过对方向信息进行实时猎取实现对小车的精确定位，把握小车完成自动泊车动作；超声波模块可以实现对小车前后与障碍物距离的测定，通过距离信息可以对小车周边信息与位置进行初步判定，小车位置信息的不同打算了小车的自动泊车动作。光电避障模块主要在自动泊车过程中起车位查找的作用，依据光电避障

38、模块所返回的信息可以对车位是否满足要求进行判定，把握小车是否进行下一步自动泊车动作；电机驱动模块与舵机部分共同构成了小车的把握部分，电机驱动通过对电机运转的方向与功率进行把握为小车供应动力，舵机部分通过舵机对小车的行进方向进行把握，通过电机与舵机之间的协作，可以对小车的泊车动作进行精确的把握。3.2 系统的硬件设计本设计硬件部分包括：蓝牙模块；STC15F2K61S2单片机最小系统；GY-26电子指南针模块；超声波测距模块；光电避障模块；电机驱动模块；舵机组成。硬件设计结构框图如下：本设计中接受STC15F2K61S2单片机作为MCU，通过蓝牙模块实现与上位机之间的通信，依据由上位机端接收到的

39、数据把握小车完成相应的自动泊车动作。蓝牙同单片机之间的通信是利用串口实现的，波特率的发生器由定时器2发生；GY-26电子指南针模块与单片机之间的通信共有两种通信方式，分别为串口通信与IIC通信。在本次设计中，由于蓝牙模块、超声波测距模块、电机与舵机占用了单片机系统全部定时器，所以本次设计中与GY-26电子指南针模块的通信接受IIC通信，实现对下车当前的位置信息进行监测，IIC通信中时钟引脚与单片机P0.0口相连接，数据引脚与单片机P0.1口相连接；前超声波测距与单片机P1.0和P1.1口相连接，在小车向前行进时，会开启前超声波进行测距并通过单片机定时器0对超声波信号脉宽进行计算与处理得到超声波

40、测距信息，后超声波与单片机P1.6和P1.7相连接，在小车向后行进时，会开启后超声波进行测距，测距信息处理过程与前超声波相同；光电避障模块与超声波相同由前后两个组成，主要在车位查找过程中起到作用，单片机在接收到查找车位命令之后，会把握小车前进，并依据光电避障模块的状态来判定当前所查找的车位是否符合系统要求，光电避障模块分别与单片机最小系统P1.2与P1.3相连接；电机驱动与舵机在单片机最小系统均由定时器1对占空比与高电平常间进行把握，电机驱动与单片机最小系统P2.2与P2.3相连接把握小车前进与后退，而在定时器中通过对占空比进行把握可以对电机的功率进行把握，进而达到把握速度的效果，舵机信号端与

41、单片机P2.7口相连接，通过对高电平常间进行把握可以实现对舵机角度的把握，进而达到把握小车运动角度的目的。小车把握的具体实现过程会在第四章进行具体介绍。3.3 系统的软件设计上位机软件设计在Microsoft Visual Studio 2010平台下进行设计，整体设计简洁、易操作。主要包括：串口发送与接收部分；指南针数据、超声波数据监测部分；电子指南针校准把握部分；自动泊车把握部分。上位机软件设计结构框图如下：本设计中上位机使用C Sharp语言在VS2010平台下编写，实现对指南针数据、超声波数据的实时显示，通过按键把握下位机系统进行指南针校准操作与自动泊车操作。首先，上位机会将由单片机最

42、小系统发送的数据进行处理并显示出来，本作品的下位机指南针校准、倒车入库、侧位停车等技术操作的完成把握由上位机的按钮完成，具体程序实现过程会在第五章进行具体介绍。第四章 系统的软件设计4.1 下位机硬件设计本作品的硬件电路设计由Altium Designer软件完成，其主要包括：IAP15F2K61S2最小系统电路；电机驱动电路；舵机把握电路；基本（5V）供电电路；模块主要包括：蓝牙模块；电子指南针模块；超声波测距模块；光电避障模块。4.1.1 电机驱动电路所谓电机，就是实现机械能和电能之间进行转换的的机器18。电机有许很多多的类型和种类，如果依据电源的类型进行区分，现在的市场上可分为交/直流电

43、机两种。最为一般的直流电机主要分为步进电机Stepper motor(可以通过把握电脉冲信号实现电机的把握19。步进电机假如要实现工作就必需输入相应的电脉冲，并且电脉冲和和步进电机工作是一一对应的，步进电机的工作状态和一般电动机存在肯定的差异，接受的运动形式是步进。直流电机的基本构成：（1）主磁极主要作用是气隙磁场的产生，（2）换向极的主要用途是进化换向过程的转换，减弱电机工作状态下换向器与电刷由于不断接触而发生的换向火花。一般装配在一对接触的主磁极上，由变向铁芯片和变向极绕组组成。（3）机座电机定子的外壳称为机座，作用是稳固端盖、换向极和主磁极，同时对整体的电机起到稳固和固定的作用，电刷装置

44、，电刷装置是的作用是用来导入或导电压和电流。（4）转子，转子主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴构成20。 如图4.1直流电机驱动电路框图4.1.2 舵机安装在自动泊车系统上的舵机，就犹如日常生活中的方向盘，舵机的传出角度通过转动轴来把握小车的转向。这个转角的精度是小车能否正确的自动泊车，能否可以用正确的角度驶入泊车位置。本作品所用的舵机是S-D5舵机。飞思卡尔官方指定的舵机就是S-D5舵机，具体的实现功能是前轮的角度相互转换间的操作。凭借给使能端线发送不一样的占空比PWM信号波，目的是实现S-D5输送轴的转弯半径大小的把握，相比于一般的舵机，类似于在频率50Hz下工作的，工作T=20ms，

45、当工作在0180度基本上在T=0.5ms2.5ms的工作周期时，可以发送的P W M波的占空比应当是在0.5-20或是2.5-20这个工作区间。由于P W M波中工作周期内相对较长的高电平周期确定S-D5的转弯角度，所以可以凭借P W M脉宽调控舵机传出的旋转角度。当时始化过过程假如需要调试，就需要对S-D5的数值进行连续的测试，目的是为了让S-D5转动轴承最大限度的接近中间区域，接下来就是测试S-D5的转动角度的工作极限，从最初的50Hz20ms分频周期传入进S-D5内，到后来的发觉和确定工作区间的极限范围，最终的测试流程中并未发觉过于严峻或是无法解决的难题，大体上可以满足设计所需实现功能的

46、需求，可是最终总是发觉S-D5的反馈速度比较迟钝且机动性差，转动过程中延时较长。在具体的使用过程中，S-D5的正常使用区间，在机器可接受的区域之间，频率和精度的精确性成正相关函数，可是间或则会发生不平稳与颤抖的状况。在使用其他的舵机后测得在300Hz的频率下工作，舵机的旋转较为平稳并且快速度和精准性都得到了很大程度的提高。在设计的过程中发觉的S-D5的这个缺点可能就是S-D5自身的设计缺陷，或是S-D5由于牺牲了自身的速度和精准性，而换来S-D5可以在相对较宽的平率范围工作的可能性。S-D5本身是一种由多齿轮轴承，加上把握电路组成的模块，供电电路如图 4.2图：图 4.2 供电电路4.1.3

47、超声波测距模块超声波测距模块中主要包含超声波测距模组、驱动模组把握模组及电源四个模块组成。该功能部分是分别为发出、回收组件构成，超声波的发出由主控芯片推断是否发出，超声波的能量转换器的频率为40KHz，模块自身具有40KHz简谐波发生把握电路。接受8V的电源为整个电路供应所需必备的电能，在通过稳压管便可输出4V以及3.2V的电能为整个系统的各个功能电路所用。图4.3发出模块的构成是以下几大零件组成，可以划分为脉冲发生器、振荡器、放大器、编码调制器及超声波能量转换器。振荡器在特定的工作周期内都被脉冲发生器激发，发成出脉宽相对固定的序列相应脉冲，并且接受单片机发出的的信号编码对序列脉冲开放码源的调

48、制解调工作，在经由功率放大器的放大功率过后，最终由超声波能量转换器发生出符合我们设计所需要的超声波。这就是我们的超声波产生过程和零件模块构成。本系统的距离测量的硬件构成中，选取了先进的计数法，既相关计数法。应用的科学原理：测量时单片机系统先给放射电路供应脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数；当信号放射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭放射信号，计数器开头计数，实现起始时的同步;当接收信号的最终一个脉冲到来后，计数器停止计数22。4.2 下位机程序编写本系统中下位机编写的程序在Keil软件平台上进行，工程中包括以下几个文件： io.c；delay.c；csb.c；znz.c；zdbc.

49、c；工程视图如图4.4所示。图 4. 4下位机工程视图下位机所要完成的的最重要的功能有：（1）由电子指南针模块接收当前位置信息；（2）通过串口数据发送与数据接收和处理；（3）把握小车完成相应操作。下位机程序运行流程图如图4.5所示。图 4.5 下位机程序运行流程图在程序开头运行时，首先会进行1s的延时等待，以此越过由于电路启动而引起的不稳定状态，延时过后进行函数声明以及运行主函数main函数，在main函数中会首先进行定时器，串口中断以及指南针模块的初始化操作。各部分初始化操作结束之后会进入主函数while循环中运行函数，在while中程序的运行依据三个标志位的值来打算，三个标志位分别为：cw

50、tc；jzpd；dcrk。其中cwtc打算系统侧位停车的运行；jzpd打算指南针模块是否进行校准；dcrk打算系统倒车入库的运行。在主函数while循环运行的同时，当串口接收到由上位机所发送的数据时会触发系统串口中断，串口中断中会对上位机所发送的数据进行处理，依据处理结果的不同，while循环中会执行不同的操作。4.2.1 电子指南针模块数据接收与校准程序实现图 4. 6电子指南针的数据接收与校准功能程序实现框图电子指南针的数据接收与校准功能的程序实现主要是通过调用在文件znz.c中的read_cmp()函数、cal_on()函数与cal_off()函数，通过在主函数while循环中调用rea

51、d_cmp()函数可以实现电子指南针数据的接收，通过在主函数while循环中调用cal_on()函数与cal_off()函数可以实现电子指南针的校准，程序实现框图如图4.6所示。在主函数的while循环中，每一次循环都会对标志位jzpd的值进行推断，当标志位jzpd的值为0时表示当前应实现电子指南针数据读取功能，系统会调用在znz.c中的函数read_cmp()。电子指南针模块与单片机之间的通信接受IIC通信，在read_cmp()函数中，程序会首先发送起始信号、设备地址与存储单元地址，之后会发送指南针方位数据读取信号并等待信号返回，最终将处理好的指南针角度信息存储在数组BUF中。当标志位jz

52、pd的值为1时表示当前应实现电子指南针校准功能，系统会首先调用在znz.c中的函数cal_on()，开头进行校准，在cal_on()函数中会向指南针模块发送开头校准命令，校准需要持续进行60s，这是系统会在while循环中设置延时函数进行计时等待指南针模块校准完成，在计时完成后，系统会调用在znz.c中的函数cal_off()，结束校准，校准结束后系统会将标志位jzpd赋0，在下一次的循环中连续进行指南针数据读取。4.2.2 串口发送接收与处理功能程序实现 串口发送功能的程序实现主要通过调用函数csbfs()函数实现，串口数据的接受与处理在串口中断中进行，程序实现框图如图4.7所示。图 4.7

53、 串口发送接收与处理功能程序实现框图串口发送功能通过调用函数csbfs()来实现，函数中所需发送的数据共有13位，由起始位、指南针数据、超声波数据、自动泊车状态标志位与终止位构成，其中起始位为0XFF，终止位为0XFE。函数csbfs()会在每一次指南针数据读取后与超声波测距数据处理后被调用。串口中断中通过接收和处理上位机所发送的数据可以实现对指南针校准与自动泊车的把握，上位机我发送的数据有5种分别为“$a*”；“$b*”；“$c*”；“$d*”；“$e*”。上位机端发送数据为“$a*”时，系统会将标志位jzpd赋为1，代表开头进行指南针校准，校准过程持续60s由系统自动进行延时操作，在校准过

54、程中，while循环会停止运行直至校准结束。上位机端发送数据为“$b*”时，系统会将标志位cwtc赋1，代表开头进行侧位停车车位查找操作，系统通过在while循环中调用函数cwxz()来实现侧位停车车位查找操作，并在侧位停车车位查找完成后，向上位机端发送车位查找完毕信号。上位机端发送数据为“$c*”时，系统会将标志位cwtc赋2，代表开头进行侧位停车操作，系统通过在while循环中调用函数cwtcjx()来实现侧位停车操作，并在侧位停车完成后，向上位机端发送侧位停车已完成信号。上位机端发送数据为“$d*”时，系统会将标志位dcrk赋1，代表开头进行倒车入库车位查找操作，系统通过在while循环

55、中调用函数rkxz()来实现倒车入库车位查找操作，并在倒车入库车位查找完成后，向上位机端发送倒车入库车位查找已完成信号。上位机端发送数据为“$e*”时，系统会将标志位dcrk赋2，代表开头进行倒车入库操作，系统通过在while循环中调用函数rkjx()来实现倒车入库操作，并在倒车入库完成后，向上位机端发送倒车入库车位查找已完成信号。4.2.3 小车把握程序实现 小车的把握分为四种，分别为：侧位停车车位查找；侧位停车进行；倒车入库。这四种把握的实现主要通过调用zdbc.c中的函数cwxz()，cwtcjx()，rkxz()，rkjx()。其中，cwxz()是完成侧位停车车位查找功能；cwtcjx

56、()可以实现侧位停车进行功能；rkxz()可以实现倒车入库车位查找功能；rkjx()可以实现倒车入库进行功能。下面对这四种把握的程序实现进行说明。（1） 侧位停车车位查找功能程序实现： 侧位停车车位查找功能程序实现主要依靠光电避障模块，程序实现流程图如图4. 8所示。图 4.8 侧位停车车位查找功能程序实现当标志位cwtc为1时，系统会在while循环中调用函数cwxz()进行侧位停车侧位查找操作，函数中首先会对舵机角度进行修正，以确保小车行进方向的正确并把握电机前进，通过语句while(gdq=1 | gdh=1)可以对车位查找是否完毕进行推断，当光电避障模块标志中全部为0时，代表车位查找完

57、毕。查找完毕之后，系统会把握电机停止，并将标志位bczt赋1代表侧位停车车位查找完毕，并通过串口发送数据。（2） 侧位停车进行功能程序实现：侧位停车进行功能程序实现主要依靠电子指南针模块与超声波测距模块，程序实现流程图如图4.9 所示。图 4. 9侧位停车进行功能程序实现当标志位cwtc为2时，系统会在while循环中调用函数cwtcjx()进行侧位停车进行操作，函数中首先会调用函数read_cmp()猎取当前位置指南针数值，并将指南针数据保存在jdjl中。在角度信息确认后，系统会把握舵机与电机，使小车按相应路线前进并实时进行指南针数据的更新，当当前指南针数据转动角度大于35度时，系统会通过舵机与电机把握小车前进并开启超声波以防止小车与障碍物发生碰撞。这时通过前后超声波与指南针模块间数据的交互，可以实现平安的泊车过程，当指南针数据满足设定值时，代表当前自动泊车操作已完成。泊车完成后，系统会将小车把握重新进行初始化操作，并将标志位bczt赋2通过串口发送至上位机端，代表侧位停车操作已经完成。（3） 倒车入库车位查找功能程序实现：倒车入库车位查找功能程序实现主要依靠电