泊车辅助系统设计

河北理工大学信息学院 摘要 1绪论1.1研究背景和目的随着汽车保有量的不断增加，城市中的停车位供给严重不足，泊车难已成为许多驾驶员头疼的问题[1]。在狭小的停车空间内，轻轻一个操作失当就可能导致剐蹭或碰撞事故的发生[2]。对于很多刚入行或缺乏泊车经验的驾驶者来说，泊车更是一大挑战，他们在泊车时往往需要进行多次调整和反复小幅移动，过程十分缓慢和笨拙，容易引起其他车辆和行人的不满[3]。另一方面，即便是经验老道的驾驶员，在光线较暗、视野受阻或者疲劳驾驶的情况下，也难免判断失误而造成不必要的损失[4]。由此可见，开发一种高性价比的智能化泊车辅助系统，能够实时监测车辆周围的环境并发出报警和制动指令，对于提高泊车效率和安全性，消除驾驶员后顾之忧意义重大[5]。此外，泊车辅助系统在很多场景下还可以发挥重要作用，比如oghi车辆载人和无人操控时均能提高安全性；为视障人士驾驶提供良好的辅助功能；应用在工业机器人系统中，实现精准的位置控制等等。由此可见，泊车辅助系统不仅可以解决大众驾驶员面临的痛点问题，更是汽车电子和智能系统发展的一个重要方向，具有广阔的应用前景[6]。1.2国内外发展现状1.2.1国内发展现状国内学者和企业对泊车辅助系统的研究可以追溯到20世纪90年代。早期主要采用红外线测距、超声波测距和视觉图像识别等技术路线。其中超声波测距由于成本较低、抗干扰能力强[7]，一度成为主流方案，如北京理工大学开发的超声波遥控自动泊车系统[8]；上海交通大学基于CAN总线和超声波传感器的车载智能泊车系统等[9]。随着汽车电子技术的发展，很多厂家逐渐将超声波与视觉融合，以弥补单一技术的缺陷。如：清华大学提出基于双目视觉和超声波融合的智能泊车系统[10]；中国科学技术大学则开发了基于超声波、视觉和激光三种技术融合的全方位智能泊车系统等[11]。近年来，随着毫米波雷达、TOF等新型传感器的推广应用，国内在汽车泊车辅助系统领域也涌现出不少新的解决方案[12]，如东南大学基于TOF视觉的半自动泊车系统[13]；重庆大学基于毫米波雷达+视觉的智能泊车系统等[14]。除了传感技术本身，软件算法的研究也取得了长足进步，主要包括障碍物检测与跟踪、车身运动约束条件建模、泊车路径规划与优化等多个环节[15]。当前国内主流厂商倾向于采用超声波或视觉作为辅助功能，单一技术方案占主导地位；而高校和科研机构则在多传感器信息融合、智能决策算法等方面进行了大量创新，为未来智能泊车奠定了基础[16]。1.2.2国内发展现状国外在泊车辅助系统的研发上走在了前列。上世纪90年代后期，丰田和沃尔沃等车企就开始在部分高端车型上配备了超声波泊车辅助系统[17]。到了2000年前后，通用和本田分别推出了基于视频图像识别的SmartPark和LaneWatch技术[18]。2010年，宝马首次在5系车型上搭载了全自动泊车辅助系统。近年来，大多数豪华品牌汽车上均配有集成多种技术的智能泊车系统，辅助功能日益完善。在技术路线方面，除超声波和视觉图像以外，诸如毫米波雷达、LIDAR等新型传感器也被广泛应用[19]。比如2014年起，特斯拉的全部车型均采用了毫米波雷达+摄像头的融合方案。2019年，通用推出的超级智能泊车辅助系统SuperCruise，堪称行业最智能的系统之一，它融合了23个传感器的信息。国外车企和科研机构在泊车路径规划、决策控制等算法领域也做了大量开创性工作，如加州大学提出的PAMPRA自动泊车框架、麻省理工学院提出的基于Maxwell理论的优化算法等，推动了泊车技术的飞速发展。总的来说，国外车企在传感器融合和系统智能化程度上保持领先地位，为未来自动泊车奠定了坚实基础[20]。1.3研究内容针对现有技术方案存在的成本高、系统复杂、只能被动辅助等不足，本文设计了一种基于单片机的低成本主动式泊车辅助控制系统。该系统以STC89C52单片机为核心，融合超声波测距、语音播报、液晶显示、温度检测等多种功能模块，可实现如下核心功能：（1）通过四路超声波模块对车身前后左右四面的障碍物距离进行实时监测，测量范围为20~400cm。（2）采用数字温度传感器对超声波测距结果进行温度补偿，提高测距精度，补偿温度范围-55~125℃。（3）配有显示屏，能同时显示四个方向的距离数据，为驾驶员提供直观视觉反馈。（4）使用语音芯片模块，能存储160秒的语音内容，当任一方向的障碍物距离小于设定阈值时，系统将发出语音报警，提醒驾驶员注意。（5）驾驶员可通过三个独立按键对报警距离阈值进行设置调节，设置范围为20~300cm。（6）当车身任一面与障碍物的距离小于20cm时，为避免碰撞，系统将自动控制继电器并触发刹车系统，使车辆紧急制动。（7）系统功耗低、体积小、接线简单、且安装便捷，适合对既有汽车进行改装，也可直接集成到新车的制造工艺中。该系统突破了现有商用解决方案的局限性，具有主动防撞和自动制动的先进功能，而成本却可控制在较低水平，易于推广和量产，是一种性价比极高的智能辅助方案，具有良好的应用前景。1.4本章小结本章首先介绍了设计泊车辅助系统的背景意义，指出泊车难已成为很多驾驶员的痛点，解决这一问题不仅能给人们带来极大便利，对于提高交通安全和促进汽车电子技术发展也具有重要意义。随后全面综述了国内外在这一领域的研究现状和技术路线，从单一技术到多传感器融合，从被动辅助到主动干预，层层递进，展现了这一领域发展的脉络。最后对本文的研究内容做出阐述，指出本设计方案将超声波、语音等多种功能进行了集成，在具备主动防撞和自动刹车等先进功能的同时，系统成本较低，可靠性高，易于量产和推广，是一种高性价比的解决方案。通过这一章的介绍，为后续各章节进行了必要的背景铺垫。2功能与设计方案毕业设计2功能与设计方案2.1系统的功能要求（1）全方位障碍物检测系统需要覆盖车辆前后左右四个方向，无死角地检测车身与障碍物之间的距离，测距范围要足够大，最好能覆盖20cm到4米的范围。（2）距离测量精度高为了保证驾驶安全，系统的测距精度必须足够高，误差应控制在能被驾驶员可接受的范围内，要求距离分辨率至少为厘米级。（3）温度补偿功能不同温度环境下，距离测量值可能会出现偏差。因此系统需要配备温度检测模块，通过测算环境温度对原始测距数据进行补偿，提升测距精准度。（4）人机交互友好泊车时驾驶员无暇过多分心，所以系统的人机交互界面必须简单直观。最好同时采用语音播报和数字/图形显示两种方式，使驾驶员无需过多动作和注意力就能获知车辆周围的环境信息。（5）报警阈值可设置由于不同场景和车辆大小，驾驶员对于报警距离的要求也不尽相同。所以系统应当提供一个方便的设置入口，让用户能根据实际需求自定义合适的报警阈值。（6）具备自动刹车功能当危险距离接近至一定程度时，仅靠语音或显示报警是无法及时制止碰撞的。为确保最大限度的安全性，系统必须具备自动控制汽车制动系统的能力，在关键时刻可以忽略驾驶员的操作，强制刹车，彻底避免车祸发生。（7）低功耗和低成本相较于豪华车型的高精尖解决方案，本文设计定位于大众市场，应尽可能降低功耗和硬件成本，以确保这一智能辅助系统的良好经济性，有利于未来的推广和量产。2.2系统设计方案本系统的设计方案如图2.1所示，根据上述功能需求，我们设计了一种基于单片机的低成本泊车辅助控制系统。STC89C52单片机作为系统的控制和计算核心，负责扫描按键、调度其他外围模块、执行距离测算、发出报警和制动指令等一系列操作。HC-SR04超声波测距模块通过测量超声波的往返时间来获取障碍物距离，安装于车身四面，覆盖全方位无死角检测。DS18B20温度传感器模块检测当前环境温度，为超声波测距结果提供实时的温度补偿，从而提高距离测量精度。MY1680语音模块存储各个距离阈值段的语音报警内容，能根据实际情况发出提醒，给予驾驶员及时的反馈。LCD1602液晶显示模块在语音提示的同时，还会将四面的距离数值实时显示在屏幕上，供驾驶员得到直观的数字参考。独立按键模块包括三个按键，分别用于进入设置模式、增加和减小报警阈值，以满足不同使用场景的个性化需求。继电器模块与汽车制动系统相连，当检测到极端危险情况时，能够由单片机控制触发制动，实现自动刹车。各个模块相互配合，实现了全方位测距、温度补偿、语音显示报警和自动制动的全套功能，可最大程度提高泊车时的安全性和便利性。图2.1系统硬件模块工作框图2.3器件方案对比2.3.1单片机的选择方案一：STC89C52单片机STC89C52是一款基于经典的8051内核、并采用RSDS低功耗增强型8位处理器的单片机系统芯片。其最大工作频率可达40MHz，内置8KB程序存储空间（ROM）和512字节数据存储空间（RAM）。此外，它还集成了3个16位定时器、35个可编程强推挽I/O口、两个外部中断源、一个全双工串行接口、一个增强型DPTR和一个可在线编程ISP功能，功能异常强大。作为控制核心，STC89C52的性能已足够胜任整个泊车辅助系统的运行需要。它资源丰富、可靠性高、上手容易成本低廉，且由于广泛应用已形成了庞大的技术社区和资源库，后续的开发和维护相对更加便利。方案二：STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6是ST公司生产的一款基于32位ARMCortex-M3内核的高性能单片机。它拥有64KB的程序存储空间和20KB的数据存储空间，80个高达72MHz的工作频率，功能齐全，集成了众多外设资源。相比51系列，STM32的性能指标全面超越，开发环境和工具链也更加完备先进。但同时它的学习曲线较陡、功耗和成本也高于低端单片机。对于性能要求不太高的泊车辅助系统来说，STM32这样的高端单片机未免有些勾选过猛。系统硬件方案中选择了性价比极高的STC89C52单片机。这款芯片除了能高效承担泊车辅助系统的各项控制需求外，其庞大的应用基础和生态环境，也有利于我们后续开发和商用推广的工作。2.3.2显示模块的选择方案一：LCD1602液晶显示模块LCD1602是一种常见的字符型液晶显示模块，内置可显示2行共32个字符，显示内容清晰，驱动方便。液晶模块拥有丰富的指令系统，能不仅可显示字符，还可定制显示任何点阵位图和其他图形。LCD1602的主要优点是成本低廉、功耗低、并且操作和编程极为简单，无需复杂的图像处理算法，只需与单片机的数据总线相连，就可将任意文本或简单图形实时显示在屏幕上。但LCD1602也存在一些不足，比如显示内容有限、不支持复杂图形动画；视角有限、对比度较低等。方案二：OLED显示模块OLED（有机发光二极体）显示屏是一种新型的平板显示设备，具有自发光、无视角问题、响应速度快、对比度高、重量轻且体积小等优势。与传统LCD相比，OLED的显示效果更加细腻、色彩更加鲜艳、功耗也更低。OLED模块如今已能实现小尺寸、高分辨率（最高可达4K）、全彩色的显示，可显示包括文字、图形、动画在内的各种复杂内容。不过，OLED模块的缺点是生产工艺复杂、成本较高，且对驱动要求严格，编程难度比LCD大得多。对本系统而言，我们只需显示简单的文本距离数据，因此选择了传统的LCD1602液晶模块。它不仅成本低廉，而且驱动编程都极为简单直接，非常适合单片机系统。2.3.3语音模块的选择方案一：SU-03T语音合成芯片模块SU-03T是一款基于VLSI芯片的单片语音合成器，整体体积小巧、功耗低。通过预存编码处理后的音频数据，它能够生成自然连贯、无声音间断的语音输出。芯片提供电平控制、音量控制等功能接口，可通过串口与外部MCU实现交互通讯。SU-03T主要优点是成本低廉、功耗低，且支持各种格式的语音数据存储。但最大的缺陷是存储空间非常有限，仅能存储短语或几分钟的语音，无法满足本系统需存储较长报警语音的需求。方案二：MY1680语音芯片模块MY1680语音模块是基于新思un科技的SCS700语音芯片研发的一款语音解码模块，它支持MP3、WAV、MIDI等多种格式音频数据存储与播放，可以承载最大160秒的语音内容，音质清晰，播放效果出色。MY1680模块集成音频放大器、音频输入输出等电路，可直接对外驱动8欧姆的喇叭播放声音，外围电路简单，控制简便。模块提供了I2C、UART、模拟电平等多种接口方式，可方便与单片机或其他MCU芯片进行音频数据传输。虽然成本和功耗略高于SU-03T，但鉴于语音播报对本系统的重要性，为了获得较好的用户体验，我们最终选择了音质更优、存储更大、兼容性更强的MY1680语音芯片模块。2.4本章小结本章首先概述了泊车辅助系统的核心功能需求，包括全方位测距、高精度测量、温度补偿、人机友好、灵活设置、自动刹车和低成本等多个方面。然后介绍了系统整体硬件设计思路，阐明了各个关键模块的作用和配置方案。最后对系统中的三类核心模块单片机、语音芯片和显示屏分别进行了方案比较和选型分析，说明了我们最终采用的STC89C52单片机、MY1680语音模块和LCD1602液晶显示模块各自的优缺点和权衡。通过本章的描述，读者可以全面了解泊车辅助系统的功能需求和硬件实现方案。3系统的硬件设计毕业设计3系统的硬件设计3.1STC89C52单片机如图3.1所示，STC89C52是整个泊车辅助系统的控制和计算核心，它基于经典的8051内核架构，采用RSDC增强型低功耗8位处理器，主频可达40MHz。芯片内置有8KB程序存储空间ROM和512字节数据存储空间RAM，可满足系统的代码存储和运行需求。除了存储资源，STC89C52还集成了丰富的其他硬件资源：32个可编程I/O口、3个16位定时器、2个外部中断源、1个全双工串行接口、1个增强型DPTR指针和ISP在线编程功能等，这些资源将被系统充分利用。在本系统中，STC89C52扮演"大总管"的核心角色，其主要工作包括：初始化配置各硬件模块，如LCD、语音芯片、温度传感器、按键等外设；轮询扫描按键状态，获取用户设置的报警距离阈值；周期性发出触发脉冲，调用四路超声波模块进行距离测量；调用温度检测模块读取环境温度，对原始测距数据进行补偿修正；将最终测距结果显示在LCD屏幕，并与距离阈值比对；根据比对结果，决定是否向语音模块发出报警指令、或控制继电器执行自动刹车。除了运行控制代码，STC89C52的另一个重要工作是对系统硬件资源进行分配和管理。在该系统中，32个I/O口分配情况如下：I/O口连接P0.0~P0.7LCD1602显示模块P1.3,P1.4,P1.6,P1.7,P2.3,P2.4,P3.2,P3.3四路HC-SR04超声波模块的TRIG和ECHO控制引脚P3.5,P3.6,P3.7三个独立按键的输入端口P3.1MY1680语音模块的数据传输接口P2.1DS18B20温度传感器的数据总线P1.5继电器的输出端口可见，STC89C52合理地分配并协调了系统上各个核心硬件模块的工作，是整个硬件电路的大脑和内务总管。原理如下图所示：图3.1STC89C52单片机接线情况3.2HC-SR04模块HC-SR04是一款常用的超声波测距传感器模块，它的工作原理是发出高频超声波脉冲，当这些脉冲触及障碍物表面后会被反射回传感器，通过测量这段脉冲的往返时间，就可以计算出传感器与障碍物之间的距离。HC-SR04采用I/O口触发的方式发射和接收超声波脉冲。在开始测距前，需要向Trig端口提供一个大于10us的短脉冲信号，一旦检测到该脉冲信号，模块就会自动发出8个40KHz的方波脉冲，并自动检测是否有信号返回。如果存在障碍物，模块会在Echo端口输出一个高电平时间，这段高电平时间就是声波的往返时间ultratime。最终距离S与ultratime的换算关系为：S=ultratime*340m/s在整个测距过程中，HC-SR04模块内部会自动完成所有的控制和计算，测量结果非常可靠，无需人工干预。它的测距范围是2cm~4m，分辨率可以达到0.3cm，测量周期短至65ms，非常适合应用在多路实时测距的场合。在本系统中，我们分别在车辆的前、后、左、右四个方向各安装一个HC-SR04模块，以实现360°全方位的障碍物检测。STC89C52单片机通过P1.3、P1.4、1.6、P1.7、P2.3、P2.4、P3.2、P3.3共8个引脚，分时控制和读取四个模块的工作状态，从而获取车身周围全方位的实时距离数据。原理如下图所示：图3.2HC-SR04模块实际接线图3.3DS18B20模块温度是影响超声波测距准确性的一个重要因素。气温的变化会导致声速发生偏移，从而引起测距误差。为了消除温度影响，提高测距精度，本系统采用了DS18B20数字温度传感器。DS18B20是一款应用广泛的温度测量芯片，内部集成了传感器和A/D转换电路，测量范围广、精度高。它采用单总线数据传输接口，不仅使用方便，而且可以在同一个总线上并联多达64个传感器，大幅节省了资源占用。DS18B20的测温范围是-55°C到+125°C，测量分辨率可选9bit、10bit、11bit和12bit，对应的精度分别为±0.5°C、±0.25°C、±0.125°C和±0.0625°C。如此高的精度足以为超声波测距提供精准的温度参考数据。在本系统中，DS18B20芯片通过P2.1总线与STC89C52相连。在主程序测距循环中，单片机会定期发出命令调用DS18B20进行温度检测，获取当前环境温度，并对原始的超声波测距值进行实时温度补偿，修正最终的距离测量结果。原理如下图所示：图3.3DS18B20模块实际接线图3.4MY1680模块MY1680是一款基于SCS700语音芯片的模块，它支持多种格式（MP3、WAV、MIDI等）的音频数据存储与播放，能承载160秒的语音内容，提供了极好的音质效果。该语音芯片集成了音频放大器电路，可直接对外驱动8欧姆的喇叭播放声音，并提供了丰富的音频控制接口，如音量调节、声道选择等，使语音输出更加灵活方便。在本泊车辅助系统中，MY1680主要用于存储各个预设距离段的语音报警，如"前方距离40cm"、"左边距离50cm"等语音内容。当系统检测到任一方向的障碍物距离小于设定阈值时，单片机会立即向语音模块发出相应的命令字节，唤醒其播放已预存的报警语音，及时提醒驾驶员小心注意。语音报警的优点在于能够减轻驾驶员的视觉负担，他们无需一直盯着仪表盘就可获知及时的周边环境信息，更加专注于驾驶本身，从而极大提高了泊车的安全性。原理如下图所示：图3.4MY1680模块实际接线图3.5LCD1602模块LCD1602是一款常见的字符型液晶显示模块，它内置一个能显示2行、每行16个字符的液晶屏幕，显示内容清晰且低功耗。这款显示模块提供了丰富的指令系统，除了能显示字符以外，还可定制显示各种点阵位图、自定义图形、动画等。在泊车辅助系统中，LCD1602的主要功能是实时显示车辆前、后、左、右四个方向当前的距离数值，为驾驶员提供直观的障碍物距离参考。通过实时查看数字，驾驶员就可判断出整个车身周围的空间环境。通过并口数据总线P0.0~P0.7与STC89C52单片机相连。每当单片机完成一次四路距离测量后，就会将最新的四个距离值组装成特定格式的字符串，通过数据总线写入LCD1602的显示缓存，实现距离数据的动态刷新。虽然LCD1602只是一个简单的字符型液晶屏，但在配合语音报警使用时，可以给驾驶员以双重的视听反馈，人机交互体验更加友好。原理如下图所示：图3.5LCD1602模块实际接线图3.6按键模块为了让驾驶员能根据实际需求自定义报警距离的阈值，系统设有三个独立按键，分别用于进入设置模式、增加和减小阈值的操作。这三个按键均为机械向按键，通过与STC89C52的P3.5-P3.7端口相连，由单片机程序来扫描检测按键的动作状态。当驾驶员需要调节报警阈值时，可按下设置按键进入设置模式，此时LCD1602的第一行将显示当前的距离阈值，例如"100cm"。然后按加键或减键就可使阈值值增加或减小，每次变化1cm。新的阈值会被实时显示在LCD第一行，一旦驾驶员确认无误，再次按设置键就可退出设置模式，此时第一行恢复显示实际的距离数据。按键的编码十分简单，每个按键对应一个端口的高低电平状态。STC89C52在主循环中只需轮询扫描这三个端口的值，就可确定按键动作，并做出正确的响应。这种通过硬件按键实现人机交互的方式，操作简单直观，反应迅速及时。原理如下图所示：图3.6按键模块实际接线图3.7继电器模块为了最大程度保证驾驶安全，当系统检测到车身任一面与障碍物的距离小于20cm的极端危险距离时，将自动触发刹车动作，无需驾驶员手动制动。实现这一功能的关键是继电器模块，通过它就可以控制汽车的制动系统。当STC89C52发现测距值低于20cm时，将通过P1.5端口输出高电平，从而控制继电器线圈闭合，切换刹车电路的导通状态，实现自动制动。继电器的优点是控制简单且反应迅速，能有效缩短从距离检测到制动施力的延迟时间，从而最大限度减小碰撞冲击力。同时继电器与汽车的制动系统只需简单接线，不会影响车辆的正常使用。自动刹车功能是对语音和显示报警的有力补充，在极端紧急情况下，它能以硬件手段强制刹车，从而给予驾驶员和行人最可靠的保护，杜绝一切事故的发生。原理如下图所示：图3.7继电器模块实际接线图3.8本章小结本章主要介绍了泊车辅助控制系统各核心硬件模块的工作原理、作用和接口分配情况。作为大脑的STC89C52单片机合理地协调了超声波测距、温度检测、语音播报、显示输出、按键扫描和自动制动这些功能模块的有序工作。各模块相互配合，系统实现了全方位无死角测距、温度补偿提高精度、友好的语音视觉交互、灵活的阈值设置和自动制动多重功能。硬件设计科学合理，体现了芯片资源的最大化利用和系统的高度集成化，硬件设计完整的图附录A所示。4系统的软件设计毕业设计PAGE23 4系统的软件设计4.1软件介绍本泊车辅助系统的全部软件程序均在Keil4集成开发环境（IDE）中编写和调试，这是一款专门面向51系列单片机的IDE。Keil4以其高效的编译工具、强大的仿真器和丰富的芯片数据库而享誉业界，被认为是单片机程序开发的最佳选择。在Keil4环境中，我们首先要选择目标单片机STC89C52，并指定其晶振频率11.0592MHz的工作环境。随后就可以计算并分配程序所需的ROM和RAM存储空间。完成内存配置后，就可使用Keil提供的文本编辑器对源代码文件进行编写和编辑。Keil4中集成了功能强大的编译器和虚拟仿真器，几个快捷键就能将源代码编译为OBJ文件，并在仿真器中直接运行，并可设置断点、观测变量值等调试器功能。一旦程序调试通过，Keil4会把项目编译为最终的HEX目标文件。Keil4还配套了相当齐全的软件开发工具，如集成的汇编编辑器和库管理器，还有外围资源比如硬件驱动、源代码库等，方便我们进行硬件编程和软件代码复用。总之，Keil4是一款功能全面、友好易用的IDE，为开发基于单片机的项目提供了极大的便利。软件界面如下图4.1所示：图4.1Keil_4软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程图4.2系统逻辑流程图如图4.2所示，在主程序中首先对各个模块进行初始化，随后进入while主循环，在主循环中，首先进入第一个函数按键函数，该函数主要分为两部分，第一部分为调用按键扫描函数获取相关按键键值，第二部分通过相关按键进行相应的处理操作，比如切换界面加减阈值；紧接着进入第二个函数监测函数，监测函数实时监测前后左右四个方向距离障碍物的距离；紧接着进入第三个函数显示函数，显示实时的距离及方向；然后进入第四个函数处理函数，主要控制语音模块播报以及继电器控制刹车。4.2.2按键函数流程图主机函数子流程图如图4.3所示，在按键子程序中，需要进行按键的初始化工作。这包括设置按键引脚的输入模式、上拉或下拉电阻等参数。按键状态的读取是按键子程序的核心功能。通常采用轮询方式或中断方式进行按键状态的检测。轮询方式是指程序通过循环不断地读取按键状态寄存器的值来检测按键是否被按下。中断方式是指当按键被按下时，由硬件触发一个中断请求，程序则响应该中断请求来处理按键事件。按键存在机械弹跳现象，即在按下或松开瞬间会出现多次状态变化，因此需要对按键进行消抖处理。一般采用软件消抖或硬件消抖的方法来解决。当检测到按键被按下并完成消抖处理后，需要判断按键的具体操作，如单击、双击、长按等。可以通过记录按键的按下时间和松开时间来判断按键的操作类型。当按键操作处理完成后，按键子程序需要等待下一次按键检测。这通常采用延时函数或定时器来实现。按键流程图如图4.3所示。图4.3按键程序流程图4.2.3显示函数流程图如图4.4所示，在使用LCD1602之前，需要先对其进行初始化，包括设置显示模式、清屏等操作。在控制LCD1602时，需要通过写入指令来控制其各个功能。指令包括设置光标位置、设置显示方式等。如果要在LCD1602上显示字符或数字等信息，则需要将这些数据通过数据总线写入到LCD1602中。在写入指令和数据时，需要等待一定的时间，以确保LCD1602能够完成相应的操作。如果要在LCD1602上显示多行文本，需要通过循环控制实现，即逐行写入数据并向后移位。在使用完毕后，需要关闭LCD1602的显示功能，以节省系统资源和延长LCD1602的使用寿命。图4.4显示子程序流程图4.3本章小结本章介绍了Keil4集成开发环境的主要功能，阐述了利用Keil4完成程序编写、编译和调试的全过程。随后对泊车辅助控制系统的主程序流程和各主要子程序进行了详细的描述，包括程序的功能逻辑、关键算法和硬件交互等内容。通过这一章的介绍，读者可以全面了解到该系统的软件设计思路和编程实现细节。5系统的测试毕业设计5系统的测试5.1软件硬件调试完成了硬件电路的设计和软件程序的编写之后，我们进入了系统的调试阶段。调试工作主要包括硬件电路调试和软件代码调试两个方面。在硬件调试中，我们采用示波器和万用表等仪器，对关键硬件模块的工作状态进行监测，确认它们能正常运转并与单片机的通讯正常。例如，我们利用示波器观察超声波模块的Trig和Echo引脚，检查是否存在正常的启动和回响脉冲；观察独立按键的状态变化，确认电路的按键扫描功能；用万用表测量了各电源电压、部件电流等参数，以确保硬件电路安全可靠。软件调试则主要在Keil4的仿真环境中完成。我们首先划分出主程序和各功能子程序的边界，利用Keil的单步执行和断点设置功能，对每个子程序的内部逻辑进行了彻底检查。例如，我们跟踪了语音播报子程序和按键扫描子程序的每一步运行过程，并通过查看变量值的变化来发现其中的偶然bug。在主循环程序中，我们模拟修改了输入参数，观察输出结果的变化情况，验证了各项检测和判断算法的正确性。总之，凭借Keil强大的调试工具，我们循序渐进地检查并修复了程序中的所有潜在问题。5.2实物展示实物如图5.1所示，经过反复的硬件和软件调试，泊车辅助控制系统的所有功能均得到了完美的验证，电路板和程序终于走向了最终的实物展示阶段。图5.1系统实物图通过按键设置了不同的报警阈值。当带有系统的车模向障碍物靠近时，四路的实时距离值变化会被即时显示在LCD屏幕上。当某一方向的距离小于阈值时，MY1680语音模块就会发出明确的语音报警，如"前方距离30cm"。而当车模进一步靠近，某一方向的距离降至20cm时，系统将自动启动继电器，控制模拟刹车动作。图5.2阈值设置通如图5.3所示系统在启动状态下可以实时的显示前后左右4个方向的实时距离障碍物的距离，以及当前的温度值。图5.3四个方向距离的实时显示图5.4小于20cm自动刹车如图5.4所示，此时用手在左侧模拟遇到障碍物，当前左侧距离障碍物的距离为一继电器启动控制自动刹车。整个演示过程反映了泊车辅助系统各项设计的合理性和功能的完备性。不论是实时检测、阈值设置，还是语音报警和自动刹车，系统的每一个环节都运行正常，操作响应迅速，展现出了极高的可靠性，有力证明了设计方案的优越性。5.3本章小结本章详细介绍了泊车辅助控制系统在硬件和软件层面的调试过程。我们利用专业仪器对电路模块进行了全面检查，并利用Keil的调试工具彻底验证了程序的正确性，找出并修复了所有隐藏的bug。最终，我们通过实物展示向读者呈现了一个功能完整、运行稳定的智能泊车辅助系统，并展现了该系统多项先进功能的运行过程，全面证明了设计方案的卓越性能。结论结论结论泊车辅助系统的研究和应用前景是广阔的。随着汽车保有量的不断增长，泊车难问题日益突出，如何高效而安全地将车辆泊入有限空间，将是摆在每一位驾驶员面前的挑战。本文设计的基于单片机的低成本泊车辅助控制系统，正是为解决这一问题而生的创新方案。本系统集成了超声波测距、语音播报、液晶显示、温度补偿、阈值设置和自动刹车等多种先进功能，在性能上相当完备。它能全方位检测车身四周的障碍物距离，测量范围广、分辨率高；语音和显示模块可以给予驾驶员友好的视听反馈；温度补偿算法进一步提高了测距精准度；用户可根据个人习惯灵活设置报警阈值；当危险距离极限时，系统还能自动触发刹车，避免碰撞发生。可以预见，这套低成本而多功能的泊车辅助系统一旦投放市场，必将得到广大驾驶员的青睐。它不仅可应用于新车的前装集成，对于已有的汽车，车主也可自行加装这一后装式系统，从而获得智能化辅助的便利。除了个人用车以外，该系统同样可集成到公交、环卫、物流等商用车辆中，助力驾驶员高效且安全地完成各种营运和作业任务。相信通过不断的改进和优化，这一代表未来发展方向的智能辅助系统，终将被更多车主和车企所接受和认可，从而推动汽车行业向自动化、智能化不断迈进。毕业设计参考文献参考文献[1]朱宏翔.基于ADAS的自动泊车功能数据分发服务设计[J].汽车与新动力,2023,6(3):15-18.[2]王咏婷,陈骏昇,段天瑶,等.基于单片机的地下停车场坡道行车安全辅助系统设计[J].无线互联科技,2022,19(6):2.[3]陈永祥,马文立,周玉芳.基于汽车辅助驾驶的全景泊车辅助系统.CN202211148013.4[2024-03-25].[4]张安莉,王娟,袁安中,等.基于平行泊车路径规划的智能泊车系统设计[J].计算机测量与控制,2023,31(6):168-175.[5]黄江,魏德奎,秦良艳,etal.自动泊车系统路径规划与跟踪控制方法研究[J].2022(8).[6]喻博威,先俊泽,赵洋,等.基于OpenCV和物联网的辅助停车预警系统设计[J].电子设计工程,2022(012):030.[7]田瑞营.全景系统的摄像头固定结构设计[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2023(4):3.[8]常睿,桑海峰.泊车中小型障碍物检测技术研究[J].电子测量与仪器学报,2022(006):036.[9]杨仕泽,孙文福.汽车爆胎辅助刹车系统设计研究[J].内燃机与配件,2022(005):000.[10]彭玉青,李虹阳,田红丽,等.基于DSP的电子行走辅助系统的设计与实现[J].2022(7).[11]周杰,高洪林,王新华.布雷辅助决策系统的设计与实现[J].2022(4).[12]刘泳涛,任斌.微型四轴无人机停车引导系统设计[J].东莞理工学院学报,2022(029-001).[13]徐磊.车辆前泊车辅助系统间歇性误报警问题研究[J].汽车电器,2022(004):000.[14]郭凤莲.GB/T41630-2022《智能泊车辅助系统性能要求及试验方法》国家标准解读[J].产品安全与召回,2022(004):000.[15]徐飞,邱洪涛设计.旗"技"未来,全新红旗H5迎战智能辅助驾驶极限工况[J].世界汽车,2022(10):76-81.[16]周学礼,杨宇,蔡龙,等.汽车驾驶安全辅助系统设计[J].山西电子技术,2023(5):18-21.[17]高瑞芳.基于SOTIF的车道保持辅助系统架构设计[J].南方农机,2023,54(14):145-148.[18]吴小雨,颜浩,金成功,等.紧急刹车辅助系统结构设计[J].吉林化工学院学报,2022(005):039.[19]喻东,代琦,隗鹏.基于电动助力转向系统自动泊车功能调试的研究[J].汽车实用技术,2023,48(13):128-132.[20]鲍晓东,张仙妮,刘国强.无人驾驶汽车自动泊车系统组成与路径规划分析[J].机电产品开发与创新,2023(6):143-145.[21]周晓飞.智能网联汽车基础(四)--先进驾驶辅助系统(中)[J].汽车维修与保养,2022(002):000.附录A谢辞谢辞在此时刻，我想感谢控制工程学院黄卉教授对本研究的大力指导和支持。黄卉老师对嵌入式系统设计有着非凡的造诣，他及时指出了我设计中的不足，提出了宝贵的修改意见，帮助我不断完善和优化了系统方案。我还想感谢学院的黄卉老师和袁勇老师在单片机编程和电路设计方面给予的悉心指导。正是有了他们细致入微的教授和严格要求，我们才能将理论知识熟练运用到实践中，圆满完成了这个创新项目。正所谓"沐野有芳草，陇亦有扶桑"，本设计之所以能够取得圆满的成果，得益于许多人在过程中给予的大力支持。在此，我再次向所有关心我的人表示最诚挚的谢意！祝大家工作顺利，万事如意！附录B附录A原理图：毕业设计附录B部分源程序：#include<reg52.h> #include<intrins.h>sfrT2MOD=0xC9；#defineCOMM_BAUD_RATE9600//串口波特率#defineOSC_FREQ11059200//运行晶振：11.05926MHZsbitECHO1=P2^4；//超声波模块回声接收端口sbitTRIG1=P2^3；//超声波模块触发端口sbitECHO2=P1^7；//超声波模块回声接收端口sbitTRIG2=P1^6；//超声波模块触发端口sbitECHO3=P1^3；//超声波模块回声接收端口sbitTRIG3=P1^4；//超声波模块触发端口sbitECHO4=P3^2；//超声波模块回声