自動泊車系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）題 目：自動泊車系統(tǒng)的設計學生姓名：趙文強學 號：1167118210專 業(yè)：電子信息工程班 級：2011-2班指導教師：高麗麗 自動泊車系統(tǒng)摘 要隨著車輛的普及度、保有量越來越高，街道、小區(qū)、公路、停車場等擁擠不堪，人們對車輛的可操作性和智能性也提出了更多的要求，所以智能的自動泊車的研發(fā)迫在眉睫。本設計以藍牙模塊與單片機最小系統(tǒng)通過串口相連接，并與電腦端藍牙連接實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信過程,從而實現(xiàn)自動泊車的功能。本設計由上位機、藍牙模塊、STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)、GY-26電子指南針模塊

2、、光電避障模塊、超聲波模塊、電機驅動模塊、舵機組成系統(tǒng)。主要包括以下幾個方面：第一，硬件電路設計，硬件電路通過Altium Designer軟件進行硬件電路設計，主要包括包括電源系統(tǒng)和單片機最小系統(tǒng)，第二，STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)設計，最小系統(tǒng)可以實現(xiàn)超聲波數(shù)據(jù)、光電避障模塊數(shù)據(jù)、電子指南針模塊數(shù)據(jù)的接受，由上位機端發(fā)送命名實現(xiàn)對小車的相應控制。第三，上位機軟件設計，上位機由C Sharp語言在Visual Studio 2010平臺編寫，主要實現(xiàn)對由下位機說發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理并實時顯示出來的，并且對自動泊車系統(tǒng)進行整體控制，通過藍牙向單片機最小系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機接收到數(shù)據(jù)后控

3、制小車完成側位泊車或倒車入庫動作。關鍵詞：上位機；單片機最小系統(tǒng)；自動泊車 Automatic parking systemAbstract隨著車輛的普及度、保有量越來越高，街道、小區(qū)、公路、停車場等擁擠不堪，人們對車輛的可操作性和智能性也提出了更多的要求。然而，對于許多駕駛員而言，順列式駐車是一種痛苦的經(jīng)歷，在我國許多的大中型城市，甚至是三四線城市，由于城市的規(guī)劃和發(fā)展不能滿足人們?nèi)找婷驮龅纳羁臻g的需求，所以停車空間有限，將汽車駛入狹小的空間已成為一項必備技能。地上、地下、以及停車樓的出現(xiàn)緩解了一部分的停車問題，但是很少有不費一番周折就停好車的情況，停車可能導致交通阻塞、神經(jīng)疲憊、甚至是刮

4、蹭現(xiàn)象和保險杠被撞彎，是非常容易造成車輛損壞和行車事故。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

5、intelligent automatic 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.本設計由上位機、藍

6、牙模塊、STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)、GY-26電子指南針模塊、光電避障模塊、超聲波模塊、電機驅動模塊、舵機組成系統(tǒng)。主要包括以下幾個方面：第一，硬件電路設計，硬件電路通過Altium Designer軟件進行硬件電路設計，主要包括包括電源系統(tǒng)和單片機最小系統(tǒng)，第二，STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)設計，最小系統(tǒng)可以實現(xiàn)超聲波數(shù)據(jù)、光電避障模塊數(shù)據(jù)、電子指南針模塊數(shù)據(jù)的接受，由上位機端發(fā)送命名實現(xiàn)對小車的相應控制。第三，上位機軟件設計，上位機由C Sharp語言在Visual Studio 2010平臺編寫，主要實現(xiàn)對由下位機說發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理并實時顯示出來的，并且對自動泊車

7、系統(tǒng)進行整體控制，通過藍牙向單片機最小系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機接收到數(shù)據(jù)后控制小車完成側位泊車或倒車入庫動作。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

8、, hardware circuit 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, photoelectr

9、ic obstacle avoidance 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 trans

10、mitted data for 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.關鍵詞：上位機；單片機最小系統(tǒng)；自動泊車；硬件電路設計Key words: PC, minimum single-chip

11、 microcomputer, automatic parking目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 課題的目的和意義11.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第二章 原理和技術52.1 Altium Designer軟件的應用52.2 STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)的應用52.3 超聲波原理的使用62.4 C Sharp語言與Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)平臺82.5 藍牙模塊8第三章 系統(tǒng)的硬件設計103.1 系統(tǒng)總體設計103.2 系統(tǒng)的硬件設計113.3 系統(tǒng)的軟件設計11第四章 系統(tǒng)的軟件設計134.1 下位機硬件設計134.1.1 電

12、機驅動電路134.1.2 舵機144.1.3 超聲波測距模塊154.2 下位機程序編寫164.2.1 電子指南針模塊數(shù)據(jù)接收與校準程序實現(xiàn)174.2.2 串口發(fā)送接收與處理功能程序實現(xiàn)184.2.3 小車控制程序實現(xiàn)194.3 上位機界面設計224.3.1 系統(tǒng)時間顯示部分234.3.2 串口設置部分234.3.3 自動泊車狀態(tài)顯示部分244.3.4 數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示部分244.3.5 指南針控制部分254.3.6 自動泊車控制部分254.4 上位機程序設計254.4.1 定時器組件timer的使用及程序編寫264.4.2 串口組件serialPort的使用274.4.3 串口觸發(fā)事件函數(shù)comm

13、_DataReceived274.4.4 指南針控制部分程序實現(xiàn)284.4.5 指南針控制部分程序實現(xiàn)29第五章 總結與發(fā)展趨勢30參考文獻31附錄33致謝45III第一章 緒論1.1 課題的目的和意義1課題的目的 自動泊車系統(tǒng)就是一種憑借檢測車輛周邊路況和路徑來尋找最合適的泊車地點,借此來調(diào)整車輛的轉彎半徑、車速、停車方位和前后位置移動,使得車輛能夠在系統(tǒng)的控制中自主的駛入泊車位的系統(tǒng)。相比于人工手動泊車事難度大、不好精確把握角度、以往的倒車雷達機械智能化程度低、可操作性不強等缺點,我設計的這個系統(tǒng)不僅僅提高了車輛在泊車的過程中的自動化水平、可靠性和準確性,并且很大程度的減小了駕齡時間短的司

14、機駕駛車輛的困難程度,讓駕駛員徹底從泊車的繁瑣操作中解脫出來，也可以成為將來實現(xiàn)車輛的自動駕駛的一個基石，讓車輛駕駛和?？孔兊酶雍唵畏奖恪?課題的意義隨著車輛的普及度、保有量越來越高，街道、小區(qū)、公路、停車場等擁擠不堪，人們對車輛的可操作性和智能性也提出了更多的要求。然而，相對于很多的司機朋友特別是女司機來說，順列式泊車是的是有相當大的難度的，隨著我國國力的發(fā)展城市的規(guī)模越來越大，人口和停車位的緊張的矛盾日益突出 ，甚至是三四線城市，由于城市的規(guī)劃和發(fā)展不能滿足人們?nèi)找婷驮龅纳羁臻g的需求，由于停車空間和停車距離相對較小，安全準確的將車輛泊人正確位置對于駕駛員來說有很大的難讀。地上、地下、以

15、及停車樓的出現(xiàn)緩解了一部分的停車問題，可是想要輕而易舉的就找到方便的停車地點停好車仍然不是一件簡單的事情。泊車由于長時間的精神緊張常常是導致阻塞交通的重要原因之一，如果操作不當很容易發(fā)生剮蹭事故和損壞前后的保險杠。因此，研發(fā)智能自動泊車系統(tǒng)勢在必行。值得慶幸的是，科學技術的的進步讓我們解決這個問題成為了可能，那就是自動泊車系統(tǒng)。我們可以想象到這樣的情景，當您需要泊車的時候，告別了前進和后退的試探和繁瑣的操作，取而代之的是簡簡單單的按動自動泊車的功能指令，車輛就會安全準確的自動泊如停車位置，讓停車變得安全簡單。1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1國內(nèi)研究現(xiàn)狀因為我國汽車工業(yè)發(fā)展起步較晚，所以國內(nèi)觀月自

16、動泊車系統(tǒng)相關專業(yè)的研發(fā)起步也相對較晚1。截至目前，依然是處于在研究院和高校的理論研究階段，所進行一些理論仿真和模擬實驗階段，并沒有投入實際汽車工業(yè)中，更談不上量產(chǎn)化。但是，隨著我國汽車工業(yè)和自動化以及信息化技術的發(fā)展，我國對智能機器駕駛車輛和智能機器人進行的相關研發(fā)工作已經(jīng)取得長足的進步和可喜的成績。比如，清華大學的研發(fā)團隊就在研發(fā)室外移動機器人THMR-III和THMR-V上面取得了成功，清華大學的研發(fā)團隊在車上配置了磁羅盤光碼盤定位系統(tǒng)，彩色攝像機，超聲波傳感器，GPS地位系統(tǒng)等2。吉林大學的相關研究是基于JLUIV系列的視覺智能導航車輛。就關于自動泊車系統(tǒng)的控制算法的研究，國內(nèi)目前關于

17、自動泊車系統(tǒng)的研究目前仍然處于起步階段，其中主要是采用了模糊控制等相關技術。早在1999年，上海大學的姚必正、吳志堅，就是利用了多維模糊控制器，最終成功地完成了在既定的平面內(nèi)，選取任意一點上的小車的倒車控制。模糊控制器成功地實現(xiàn)了給定平面內(nèi)任意一點上小車的倒車控制。2005年，首都師范大學的楊昔陽和他的團隊，根據(jù)他們所提出的變論域自適應模糊控制器的基本思想，成功的設計完成了一種可以適用于卡車倒車的自適應模糊控制器，并且通過仿真實驗證明了，該系統(tǒng)實現(xiàn)了良好的普遍適性和相對較高的靈敏性和準確性。 2009年，吉林大學郭孔輝和他的團隊，利用MATLAB/SINIULINK和相關技術，搭建了基于汽車運

18、動學模型和平行泊車壞境的平臺，提取了從技術熟練駕駛員的泊車經(jīng)驗，并且將其中的模糊規(guī)則嵌入到模糊控制器中，借此來檢驗它的可行性和合理性。 關于車位檢測技術在自動泊車系統(tǒng)中的的應用，何鋒在2009年提出了一種車位檢測方法，其主要方法是利用增量式編碼器和超聲波傳感器檢的結合應用，基于這種方法是通過對所得到測試結果的誤差分析，借此來驗證其方法的可行性。就我們現(xiàn)在所討論的自動泊車系統(tǒng)的研發(fā)，可以歸類于智能車輛控制研究領域的重要研究問題，它不僅僅具有創(chuàng)新性和復雜性，而且還具有實用性和研發(fā)前景性。我們國內(nèi)的相關研究學者在次問題上的各類算法計算，加上自動泊車系統(tǒng)的模型搭建等各個方面都做了大量的深入的研究，并且

19、取得了相應的研究成果。根據(jù)實驗模型、驗樣車為基礎概念做了繁多大量的實驗，關于研究理論和研究方面都做到了很大的改進和創(chuàng)新。根據(jù)對現(xiàn)今我國國內(nèi)所發(fā)表的學術研究和論文的了解，伴隨著我國汽車工業(yè)、裝備制造業(yè)以及我國智能機械化制造水平的提升，我們國內(nèi)的研發(fā)團隊和研發(fā)人員就自動泊車的相關探討和研究，基本上達到了同國際基本接軌的水平，甚至在某些領域上達到了國際領先的地步。由近幾年的研究成果和加之以前的基礎之上，我國的自動泊車系統(tǒng)的研究已經(jīng)已經(jīng)取得了和可喜的成果。2國外研究現(xiàn)狀伴隨著現(xiàn)代科技技術的發(fā)展應用到人工智能車輛技術的發(fā)展，相關的研究正在不斷地滲透其中，各大汽車的生產(chǎn)龍頭企業(yè)，都推出了具有其各自特色的自

20、動泊車系統(tǒng)，并且應有到他們的主打的優(yōu)勢車型中。比如國外的著名的汽車生產(chǎn)商寶馬、保時捷、奧迪、保時捷、標致、梅賽德斯·奔馳、道奇、福特等都已將該系統(tǒng)其自主研發(fā)的自動泊車系統(tǒng)標配，或選裝到優(yōu)勢車型中最終實行了量產(chǎn)化。幾個具體的國外生產(chǎn)技術舉例如下：在2012的亞洲，日本的汽車生產(chǎn)商-日產(chǎn)依靠獨立研發(fā)和創(chuàng)新的技術，實現(xiàn)了在室內(nèi)、地下停車場，成功實施了智能機械化泊車，可以完全脫離人的手工操作，從而將駕駛員從復雜的操作中解放出來。日產(chǎn)所以應用的技術就是4G網(wǎng)絡及云端技術服務，NSC-2015車輛聯(lián)網(wǎng)，車輛可以在接受泊車命令后，完全獨立的自動駛入停車場中，并且尋找相應的停車位置，從而實現(xiàn)智能化泊

21、車。于此同時還可以將車輛的時事狀態(tài)進行傳遞3。此類的研究成果預期將會在2015年-2016年裝配到汽車中并且投入到市場4。在2013年的歐洲，著名的汽車生產(chǎn)商奧迪公司，他的研發(fā)團隊也在試圖應用各種方法來實現(xiàn)自動泊車，而通過搭建Wi-Fi連接就是他們的主打技術，主要的是通過手機應用APP遠程控制的方法。同年的8月，福特公司將它旗下研發(fā)的輔助泊車系統(tǒng)，進行了第一次公演，該全輔助泊車系統(tǒng)，完全可以滿足司機處在車，即可簡單快捷的完成車輛的只能?？亢筒窜嚬δ?。第二章 原理和技術2.1 Altium Designer軟件的應用Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的

22、一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，軟件主要在Windows操作系統(tǒng)上運行，這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案5。Error! Reference source not found.軟件主要實現(xiàn)以下幾方面功能：（1） 原理圖設計；（2） 印刷電路板設計；（3） FPGA的開發(fā)；（4） 嵌入式開發(fā)；（5） 3D PCB設計。Altium Designer軟件在電路設計中主要運用（1）（2）兩項，通過原理圖設計與印刷電路板設計可以完成對電路的基本設計，而通過電路仿真等功能一方面可以明確系統(tǒng)的各項性能

23、，另一方面可以通過仿真對所設計的電路進行適當?shù)恼{(diào)整7，以實現(xiàn)電路的最優(yōu)生產(chǎn)。因此，掌握Altium Designer軟件的各項功能，并合理到運用到電路設計當中可以為電子電路的設計提供完美的解決方案。2.2 STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)的應用STC15F2K61S2單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/高可靠/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，采用第八代加密技術，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時鐘，±1%溫飄，常溫下溫飄5，5MHz-35MHZ寬范圍可設置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復位電

24、路（內(nèi)部已集成高可靠復位電路，8級可選復位門檻電壓）9。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D轉換（30萬次/秒），內(nèi)置2K字節(jié)大容量SRAM，2組高速異步串口通信端口（UART1/UART2，可在5組管腳之間進行切換，分時復用可做5組串口使用），1組高速同步串行通信端口SPI，針對多串口通信/電機控制/強干擾場合。STC15F2K61S2單片機管腳圖如圖2.1所示。在設計中，主要運用STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)P0口驅動12864LCD顯示屏；P3.2口與溫濕度檢測模塊進行數(shù)據(jù)傳輸；P1.1口進行AD采樣，STC15F2K61S2 單片機集成有 8 通道 10 位高速電壓

25、輸入模數(shù)轉換器，采用逐次比較方式進行 A/D 轉換，速度可達 300kHz，可完成液位、溫度、濕度、壓力等物理量的監(jiān)測。圖 2.1 STC15F2K61S2 單片機管腳圖2.3 超聲波原理的使用所謂的超聲波就是指代頻率超過人類的聽覺接受的頻率，將所發(fā)出超過頻率為20kHz及其以上的聲波被稱為超聲波10。超聲波是彈性機械波的一種，但是和其他的機械波所不同的是超聲波的傳播方式，超聲波是憑借于傳播介質的分子運動而傳播的。超聲波的原理跟普通聲波的原理和性質基本是類似的，超聲波和聲波的傳播，有一個共同點就是在沒有介質的情況下是無法傳播的，必須憑借介質才可以實現(xiàn)聲波或是超聲波的傳播。所以超聲波和聲波都需要

26、以氣體、液體、固體或混合體為介質才可以實現(xiàn)信息的傳遞。S(t)被設置為最初始的位移值，Ao為全部的初始振動幅度的參照值，w、t所代表的數(shù)值為角頻率和聲波傳輸時間。X為聲波傳遞播距離，k=w/c稱為波數(shù)，a為衰減系數(shù)11。據(jù)此可得，聲波的振幅A(x)隨距離X的升高所呈現(xiàn)出的衰減呈遞出的形式是指數(shù)形式。，Ae代表的是介質常數(shù)，f為振動頻率。據(jù)此我們可得，聲波和超聲波自身的頻率越強，衰減系數(shù)也就越大，超聲波的傳播距離也就越短，反之超聲波頻率越低，衰減系數(shù)越弱，超聲波的傳播距離就越遠13。可是聲波還有一項非常重要的特點是:如果讓頻率不斷的提高，那么聲波的波束也就會隨之改變，并且變得越來越窄。與此同時，

27、在和振幅相一致的的低頻波對比，頻率較高的聲波，它所沿著直線傳遞的路徑也就更長，反射能力也有所加強，聲波所帶的功也就更多。在日常的真實檢驗測距的使用過程階段，出于對超聲波的傳波路徑不可以過短的考慮，所以對你超聲波的的頻率要求是衰減要盡量的慢一下，同時還要使得超聲波的接受和發(fā)送頻率在一定的規(guī)定范圍以內(nèi)，我們通常的做法是采用滿足頻率為f = 40 k Hz的超聲波作為使用對象。超聲波最大的優(yōu)點就是當用超聲波和其它聲波相互比較的時候，超聲波具有其它聲波難以比擬的傳輸?shù)姆较蛐院痛┩感?。超聲波的檢測技術，在實際的應用中還有一個好處就是，可以完全的避免和被測物體直接的接觸接觸，就可以非常精確和方便的測量出和

28、被測物體之間的實際距離，誤差也可以控制到小數(shù)點后兩位，對于日常普通的測距工作，超聲波的這樣的工程是完全可以滿足日常的測距要求，而且可操作性強，可靠性高，性價比更劃算，對人和測距的物體沒有任何損傷等優(yōu)點。超聲波已經(jīng)被廣泛的使用，主要是被應用在日常和實際的距離測量中，比如鋼鐵行業(yè)的探傷，衛(wèi)生器具的清潔等許許多多的行業(yè)都展現(xiàn)出來超聲波良好的功能及特性。超聲波還被廣泛的開發(fā)應用于傳感器制造業(yè)，用它為主要應用技術制造的傳感器，是截止目前為止，最被普遍應用的傳感器應用技術，不僅僅是被應用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、而且還被廣泛的應用在軍工行業(yè)這種涉及到國計民生的行業(yè)中都有所應用，超聲波的使用范圍可見一斑。特別是被應用在

29、工業(yè)領域，當測距條件收限制時，測距現(xiàn)場的工作人員往往會選擇超聲波作為主打的探測方法，進行無接觸距離的測量。 人工智能和自動泊車如果要完成獨立的自主定位、避開障礙物移動，并且計算出恰當?shù)穆窂竭x擇等智能動作，超聲波測量物體距系統(tǒng)是其中至關重要的組成部分，可以這樣說，就目前的技術來看，能否實現(xiàn)自動泊車，在很大的程度上取決于超聲波技術是否被充分良好的利用。最早被人們研究的是超聲波技術，在移動機器人的測量物體距離系統(tǒng)中的使用。超聲波可以通過探測和障礙物的距離，并且借此來了解自身和被測物體之間的路徑已經(jīng)距離的信息反饋。還有另一個非常重要的優(yōu)點就是，如果要實現(xiàn)超聲波測距系統(tǒng)的硬件搭建的元器件已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)化、

30、模塊化。也就是說整個的硬件需求成本低廉，一般都可以支付的起，不會占用太多研究和使用經(jīng)費的支出，使用相當快捷低廉。超聲波測距系統(tǒng)的可靠性、準確性、便捷性基本可以符合設計者和使用著的需求，被廣泛使用在許許多多的工程項目和日常的生產(chǎn)生活中。2.4 C Sharp語言與Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)平臺Visual Studio是Microsoft公司推出的開發(fā)環(huán)境，是目前最流行的Windows平臺應用程序開發(fā)環(huán)境，其集成開發(fā)環(huán)境（IDE）的界面被重新設計和組織，變得更加簡單明了13。Visual Studio 2010同時帶來了NET Framework 4.0、Mic

31、rosoft Visual Studio 2010 CTP( Community Technology Preview-CTP)，并且支持開發(fā)面向Windows 7的應用程序。除了Microsoft SQL Server，它還支持 IBM DB2和Oracle數(shù)據(jù)庫。Visual studio 2010中Microsoft第一次嵌入了云計算這性能，Microsoft的通過Azure云計算這個載體可以運用到計算過程中。Microsoft還提供SQL Azure的技術支持，這樣就可以在云計算中搜索傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫，云計算應用搜索這類咨詢，和傳統(tǒng)Net應用程序非常相近。 C-sharp語言是由Mic

32、rosoft公司的Anders Hejlsberg和 Scott Willamette領導的開發(fā)小組專門為.NET平臺設計的語言，它可以使程序移植到.NET上14。這種移植對于廣大的程序員來說是比較容易的，因為 C#從C，C+和Java發(fā)展而來，它采用了這三種語言最優(yōu)秀的特點，并加入了它自己的特性，C#是事件驅動的，完全面向對象的可視化編程語言，我們可以使用集成開發(fā)環(huán)境來編寫C#程序，使用IDE，程序員可以方便的建立，運行，測試和調(diào)試C#程序，這就將開發(fā)一個可用程序的時間減少到不用IDE開發(fā)時所用時間的一小部分9。2.5 藍牙模塊此次所應用的無線通信技術是藍牙通信技術，頻段在2.4 GHz I

33、SM進行工作15。該項技術可以滿足實現(xiàn)較小區(qū)域內(nèi)部的無線通信，以及小微網(wǎng)局域網(wǎng)組網(wǎng)的時時通信技術手段。為了滿足于室內(nèi)的局域小范圍的無線通信技術，藍牙通信技術由此應運而生，它的技術優(yōu)點是：具有相對較高的抗干擾性、安全性、廉價性等的技術特點。通過單片機構建的研究模式對藍牙模塊展開相應的瓶頸突破，最終可以做到成對個多對藍牙模塊相互的時時通信，同時通過嵌入在手機中的藍牙控制模塊，這樣就可以實現(xiàn)對單片機和藍牙模塊系統(tǒng)的進行控制17。不僅如此，研發(fā)人員還開發(fā)了藍牙設備和模塊之間的相互認證和綁定的功能，通過這項技術，就可以很高程度的增強嵌入式安全系統(tǒng)中的系統(tǒng)的可操作性、穩(wěn)定性和較高的安全性。通過將倆個或是多

34、個藍牙設備可以組建局域組網(wǎng)，借此來組建的局域網(wǎng)特點是靈活方便，可以構成單對單，單對多或是多對多的時時無線通信局域網(wǎng)，相對于紅外傳輸，藍牙設備克服和結局了紅外傳輸技術的的定向的限制，不僅僅克服了阻礙物的干擾，而且具有峰值高為1Mbps的驚人傳輸效率。但是，任何技術都有它自身的缺點和瓶頸，藍牙通信技術也不例外，藍牙通信技術自身也具有一定的設計短板，比如對于嵌入到手機設備中通用藍牙模塊，如果開啟，那么對手機有限的電量來說是一個考驗，可以這么說，藍牙模式是手機模式中費電量相對較高的功能模塊，此外相對較短的傳輸距離也是藍牙技術需要克服的技術缺陷之一，目前市場上最常見的藍牙芯片傳遞范圍是為10M，如果有較

35、高要求，可以通過增加功放的方法來提高傳輸距離，最大的傳輸長度可增大到100M。藍牙通信在目前的工業(yè)數(shù)據(jù)通信技術領域并沒有得到很好的發(fā)展和應用，但是我們不能不考慮到這樣的因素，就是藍牙技術相對于其它的通信技術相對來說起步很晚，目前還處于不斷地完善和發(fā)展的狀態(tài)中，出現(xiàn)缺點和設計短板是必不可少的，是每個成熟技術發(fā)展的重要進程。目前的藍牙技術姿勢具備了很多得天獨厚優(yōu)勢和特點，列如:較強的抗干擾能力，較高的傳輸效率，靈活方便的組建局域網(wǎng)，和性價比高、耗材較少小等多方面優(yōu)點，和其他現(xiàn)在的廣泛通用的通信技術手段做比較，該項技術的性價比遠遠高于同類的短距無線通信技術，綜上所述，藍牙通信技術一定會在無線通信領域

36、內(nèi)大顯身手。第三章 系統(tǒng)的硬件設計3.1 系統(tǒng)總體設計本設計由上位機、藍牙模塊、STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)、GY-26電子指南針模塊、光電避障模塊、超聲波模塊、電機驅動模塊、舵機組成系統(tǒng)設計結構框圖如圖3.1所示。上位機的作用主要是對自動泊車系統(tǒng)進行整體控制，通過藍牙向單片機最小系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機接收到數(shù)據(jù)后控制小車完成側位泊車或倒車入庫動作。并且，上位機端會將由單片機最小系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，顯示在上位機界面上，使得上位機端對小車的監(jiān)控更加具體；藍牙模塊與單片機最小系統(tǒng)通過串口相連接，并與電腦端藍牙連接實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信過程；STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)可

37、以實現(xiàn)超聲波數(shù)據(jù)、光電避障模塊數(shù)據(jù)、電子指南針模塊數(shù)據(jù)的接受，由上位機端發(fā)送命名實現(xiàn)對小車的相應控制。下位機系統(tǒng)中有2個超聲波模塊構成，超聲波模塊可以實現(xiàn)對小車前后障礙物距離的檢測，并實時傳輸至單片機最小系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)依據(jù)所接受到的超聲波數(shù)據(jù)決定小車動作；GY-26電子指南針模塊采用IIC通信，可以實現(xiàn)對當前方向信息的獲取并發(fā)送至單片機最小系統(tǒng)進行處理，單片機最小系統(tǒng)通過對方向信息進行實時獲取實現(xiàn)對小車的精確定位，控制小車完成自動泊車動作；超聲波模塊可以實現(xiàn)對小車前后與障礙物距離的測定，通過距離信息可以對小車周邊信息與位置進行初步判定，小車位置信息的不同決定了小車的自動泊車動作。光電避障

38、模塊主要在自動泊車過程中起車位尋找的作用，根據(jù)光電避障模塊所返回的信息可以對車位是否滿足要求進行判定，控制小車是否進行下一步自動泊車動作；電機驅動模塊與舵機部分共同構成了小車的控制部分，電機驅動通過對電機運轉的方向與功率進行控制為小車提供動力，舵機部分通過舵機對小車的行進方向進行控制，通過電機與舵機之間的配合，可以對小車的泊車動作進行精確的控制。3.2 系統(tǒng)的硬件設計本設計硬件部分包括：藍牙模塊；STC15F2K61S2單片機最小系統(tǒng)；GY-26電子指南針模塊；超聲波測距模塊；光電避障模塊；電機驅動模塊；舵機組成。硬件設計結構框圖如下：本設計中采用STC15F2K61S2單片機作為MCU，通過

39、藍牙模塊實現(xiàn)與上位機之間的通信，根據(jù)由上位機端接收到的數(shù)據(jù)控制小車完成相應的自動泊車動作。藍牙同單片機之間的通信是利用串口實現(xiàn)的，波特率的發(fā)生器由定時器2發(fā)生；GY-26電子指南針模塊與單片機之間的通信共有兩種通信方式，分別為串口通信與IIC通信。在本次設計中，由于藍牙模塊、超聲波測距模塊、電機與舵機占用了單片機系統(tǒng)所有定時器，所以本次設計中與GY-26電子指南針模塊的通信采用IIC通信，實現(xiàn)對下車當前的位置信息進行監(jiān)測，IIC通信中時鐘引腳與單片機P0.0口相連接，數(shù)據(jù)引腳與單片機P0.1口相連接；前超聲波測距與單片機P1.0和P1.1口相連接，在小車向前行進時，會開啟前超聲波進行測距并通過

40、單片機定時器0對超聲波信號脈寬進行計算與處理得到超聲波測距信息，后超聲波與單片機P1.6和P1.7相連接，在小車向后行進時，會開啟后超聲波進行測距，測距信息處理過程與前超聲波相同；光電避障模塊與超聲波相同由前后兩個組成，主要在車位尋找過程中起到作用，單片機在接收到尋找車位命令之后，會控制小車前進，并根據(jù)光電避障模塊的狀態(tài)來判定當前所尋找的車位是否符合系統(tǒng)要求，光電避障模塊分別與單片機最小系統(tǒng)P1.2與P1.3相連接；電機驅動與舵機在單片機最小系統(tǒng)均由定時器1對占空比與高電平時間進行控制，電機驅動與單片機最小系統(tǒng)P2.2與P2.3相連接控制小車前進與后退，而在定時器中通過對占空比進行控制可以對電

41、機的功率進行控制，進而達到控制速度的效果，舵機信號端與單片機P2.7口相連接，通過對高電平時間進行控制可以實現(xiàn)對舵機角度的控制，進而達到控制小車運動角度的目的。小車控制的具體實現(xiàn)過程會在第四章進行具體介紹。3.3 系統(tǒng)的軟件設計上位機軟件設計在Microsoft Visual Studio 2010平臺下進行設計，整體設計簡單、易操作。主要包括：串口發(fā)送與接收部分；指南針數(shù)據(jù)、超聲波數(shù)據(jù)監(jiān)測部分；電子指南針校準控制部分；自動泊車控制部分。上位機軟件設計結構框圖如下：本設計中上位機使用C Sharp語言在VS2010平臺下編寫，實現(xiàn)對指南針數(shù)據(jù)、超聲波數(shù)據(jù)的實時顯示，通過按鍵控制下位機系統(tǒng)進行指

42、南針校準操作與自動泊車操作。首先，上位機會將由單片機最小系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理并顯示出來，本作品的下位機指南針校準、倒車入庫、側位停車等技術操作的完成控制由上位機的按鈕完成，具體程序實現(xiàn)過程會在第五章進行詳細介紹。第四章 系統(tǒng)的軟件設計4.1 下位機硬件設計本作品的硬件電路設計由Altium Designer軟件完成，其主要包括：IAP15F2K61S2最小系統(tǒng)電路；電機驅動電路；舵機控制電路；基本（5V）供電電路；模塊主要包括：藍牙模塊；電子指南針模塊；超聲波測距模塊；光電避障模塊。4.1.1 電機驅動電路所謂電機，就是實現(xiàn)機械能和電能之間進行轉換的的機器18。電機有許許多多的類型和種類，倘

43、若按照電源的類型進行區(qū)分，現(xiàn)在的市場上可分為交/直流電機兩種。最為普通的直流電機主要分為步進電機Stepper motor(可以通過控制電脈沖信號實現(xiàn)電機的控制19。步進電機如果要實現(xiàn)工作就必須輸入相應的電脈沖，并且電脈沖和和步進電機工作是一一對應的，步進電機的工作狀態(tài)和一般電動機存在一定的差異，采用的運動形式是步進。直流電機的基本構成：（1）主磁極主要作用是氣隙磁場的產(chǎn)生，（2）換向極的主要用途是進化換向過程的轉換，削弱電機工作狀態(tài)下?lián)Q向器與電刷由于不斷接觸而發(fā)生的換向火花。一般裝配在一對接觸的主磁極上，由變向鐵芯片和變向極繞組組成。（3）機座電機定子的外殼稱為機座，作用是穩(wěn)固端蓋、換向極和

44、主磁極，同時對整體的電機起到穩(wěn)固和固定的作用，電刷裝置，電刷裝置是的作用是用來導入或導電壓和電流。（4）轉子，轉子主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸構成20。 如圖4.1直流電機驅動電路框圖4.1.2 舵機安裝在自動泊車系統(tǒng)上的舵機，就如同日常生活中的方向盤，舵機的傳出角度通過轉動軸來控制小車的轉向。這個轉角的精度是小車能否正確的自動泊車，能否可以用正確的角度駛入泊車位置。本作品所用的舵機是S-D5舵機。飛思卡爾官方指定的舵機就是S-D5舵機，具體的實現(xiàn)功能是前輪的角度相互轉換間的操作。憑借給使能端線發(fā)送不一樣的占空比PWM信號波，目的是實現(xiàn)S-D5輸送軸的轉彎半徑大小的控制，相比于普通的

45、舵機，類似于在頻率50Hz下工作的，工作T=20ms，當工作在0180度基本上在T=0.5ms2.5ms的工作周期時，可以發(fā)送的P W M波的占空比應該是在0.5-20或是2.5-20這個工作區(qū)間。因為P W M波中工作周期內(nèi)相對較長的高電平周期確定S-D5的轉彎角度，所以可以憑借P W M脈寬調(diào)控舵機傳出的旋轉角度。當初始化過過程如果需要調(diào)試，就需要對S-D5的數(shù)值進行連續(xù)的測試，目的是為了讓S-D5轉動軸承最大限度的接近中間區(qū)域，接下來就是測試S-D5的轉動角度的工作極限，從最初的50Hz20ms分頻周期傳入進S-D5內(nèi)，到后來的發(fā)現(xiàn)和確定工作區(qū)間的極限范圍，最終的測試流程中并未發(fā)現(xiàn)過于嚴

46、重或是無法解決的難題，大體上可以滿足設計所需實現(xiàn)功能的需求，可是最后總是發(fā)現(xiàn)S-D5的反饋速度比較遲鈍且機動性差，轉動過程中延時較長。在具體的使用過程中，S-D5的正常使用區(qū)間，在機器可接受的區(qū)域之間，頻率和精度的準確性成正相關函數(shù)，可是偶爾則會發(fā)生不平穩(wěn)與顫抖的情況。在使用其他的舵機后測得在300Hz的頻率下工作，舵機的旋轉較為平穩(wěn)并且快速度和精準性都得到了很大程度的提高。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)的S-D5的這個缺點可能就是S-D5自身的設計缺陷，或是S-D5因為犧牲了自身的速度和精準性，而換來S-D5可以在相對較寬的平率范圍工作的可能性。S-D5本身是一種由多齒輪軸承，加上控制電路組成的模塊，供

47、電電路如圖 4.2圖：圖 4.2 供電電路4.1.3 超聲波測距模塊超聲波測距模塊中主要包含超聲波測距模組、驅動模組控制模組及電源四個模塊組成。該功能部分是分別為發(fā)出、回收組件構成，超聲波的發(fā)出由主控芯片判斷是否發(fā)出，超聲波的能量轉換器的頻率為40KHz，模塊自身具有40KHz簡諧波發(fā)生控制電路。采用8V的電源為整個電路提供所需必備的電能，在通過穩(wěn)壓管便可輸出4V以及3.2V的電能為整個系統(tǒng)的各個功能電路所用。圖4.3發(fā)出模塊的構成是以下幾大零件組成，可以劃分為脈沖發(fā)生器、振蕩器、放大器、編碼調(diào)制器及超聲波能量轉換器。振蕩器在特定的工作周期內(nèi)都被脈沖發(fā)生器激發(fā)，發(fā)成出脈寬相對固定的序列相應脈沖

48、，并且接受單片機發(fā)出的的信號編碼對序列脈沖展開碼源的調(diào)制解調(diào)工作，在經(jīng)由功率放大器的放大功率過后，最終由超聲波能量轉換器發(fā)生出符合我們設計所需要的超聲波。這就是我們的超聲波產(chǎn)生過程和零件模塊構成。本系統(tǒng)的距離測量的硬件構成中，選取了先進的計數(shù)法，既相關計數(shù)法。應用的科學原理：測量時單片機系統(tǒng)先給發(fā)射電路提供脈沖信號，單片機計數(shù)器處于等待狀態(tài)，不計數(shù)；當信號發(fā)射一段時間后，由單片機發(fā)出信號使系統(tǒng)關閉發(fā)射信號，計數(shù)器開始計數(shù)，實現(xiàn)起始時的同步;當接收信號的最后一個脈沖到來后，計數(shù)器停止計數(shù)22。4.2 下位機程序編寫本系統(tǒng)中下位機編寫的程序在Keil軟件平臺上進行，工程中包括以下幾個文件： io.

49、c；delay.c；csb.c；znz.c；zdbc.c；工程視圖如圖4.4所示。圖 4. 4下位機工程視圖下位機所要完成的的最重要的功能有：（1）由電子指南針模塊接收當前位置信息；（2）通過串口數(shù)據(jù)發(fā)送與數(shù)據(jù)接收和處理；（3）控制小車完成相應操作。下位機程序運行流程圖如圖4.5所示。圖 4.5 下位機程序運行流程圖在程序開始運行時，首先會進行1s的延時等待，以此越過由于電路啟動而引起的不穩(wěn)定狀態(tài)，延時過后進行函數(shù)聲明以及運行主函數(shù)main函數(shù)，在main函數(shù)中會首先進行定時器，串口中斷以及指南針模塊的初始化操作。各部分初始化操作結束之后會進入主函數(shù)while循環(huán)中運行函數(shù)，在while中程序

50、的運行依據(jù)三個標志位的值來決定，三個標志位分別為：cwtc；jzpd；dcrk。其中cwtc決定系統(tǒng)側位停車的運行；jzpd決定指南針模塊是否進行校準；dcrk決定系統(tǒng)倒車入庫的運行。在主函數(shù)while循環(huán)運行的同時，當串口接收到由上位機所發(fā)送的數(shù)據(jù)時會觸發(fā)系統(tǒng)串口中斷，串口中斷中會對上位機所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)處理結果的不同，while循環(huán)中會執(zhí)行不同的操作。4.2.1 電子指南針模塊數(shù)據(jù)接收與校準程序實現(xiàn)圖 4. 6電子指南針的數(shù)據(jù)接收與校準功能程序實現(xiàn)框圖電子指南針的數(shù)據(jù)接收與校準功能的程序實現(xiàn)主要是通過調(diào)用在文件znz.c中的read_cmp()函數(shù)、cal_on()函數(shù)與cal_

51、off()函數(shù)，通過在主函數(shù)while循環(huán)中調(diào)用read_cmp()函數(shù)可以實現(xiàn)電子指南針數(shù)據(jù)的接收，通過在主函數(shù)while循環(huán)中調(diào)用cal_on()函數(shù)與cal_off()函數(shù)可以實現(xiàn)電子指南針的校準，程序實現(xiàn)框圖如圖4.6所示。在主函數(shù)的while循環(huán)中，每一次循環(huán)都會對標志位jzpd的值進行判斷，當標志位jzpd的值為0時表示當前應實現(xiàn)電子指南針數(shù)據(jù)讀取功能，系統(tǒng)會調(diào)用在znz.c中的函數(shù)read_cmp()。電子指南針模塊與單片機之間的通信采用IIC通信，在read_cmp()函數(shù)中，程序會首先發(fā)送起始信號、設備地址與存儲單元地址，之后會發(fā)送指南針方位數(shù)據(jù)讀取信號并等待信號返回，最后將

52、處理好的指南針角度信息存儲在數(shù)組BUF中。當標志位jzpd的值為1時表示當前應實現(xiàn)電子指南針校準功能，系統(tǒng)會首先調(diào)用在znz.c中的函數(shù)cal_on()，開始進行校準，在cal_on()函數(shù)中會向指南針模塊發(fā)送開始校準命令，校準需要持續(xù)進行60s，這是系統(tǒng)會在while循環(huán)中設置延時函數(shù)進行計時等待指南針模塊校準完成，在計時完成后，系統(tǒng)會調(diào)用在znz.c中的函數(shù)cal_off()，結束校準，校準結束后系統(tǒng)會將標志位jzpd賦0，在下一次的循環(huán)中繼續(xù)進行指南針數(shù)據(jù)讀取。4.2.2 串口發(fā)送接收與處理功能程序實現(xiàn) 串口發(fā)送功能的程序實現(xiàn)主要通過調(diào)用函數(shù)csbfs()函數(shù)實現(xiàn)，串口數(shù)據(jù)的接受與處理在

53、串口中斷中進行，程序實現(xiàn)框圖如圖4.7所示。圖 4.7 串口發(fā)送接收與處理功能程序實現(xiàn)框圖串口發(fā)送功能通過調(diào)用函數(shù)csbfs()來實現(xiàn)，函數(shù)中所需發(fā)送的數(shù)據(jù)共有13位，由起始位、指南針數(shù)據(jù)、超聲波數(shù)據(jù)、自動泊車狀態(tài)標志位與終止位構成，其中起始位為0XFF，終止位為0XFE。函數(shù)csbfs()會在每一次指南針數(shù)據(jù)讀取后與超聲波測距數(shù)據(jù)處理后被調(diào)用。串口中斷中通過接收和處理上位機所發(fā)送的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)對指南針校準與自動泊車的控制，上位機我發(fā)送的數(shù)據(jù)有5種分別為“$a*”；“$b*”；“$c*”；“$d*”；“$e*”。上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)為“$a*”時，系統(tǒng)會將標志位jzpd賦為1，代表開始進行指南針校

54、準，校準過程持續(xù)60s由系統(tǒng)自動進行延時操作，在校準過程中，while循環(huán)會停止運行直至校準結束。上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)為“$b*”時，系統(tǒng)會將標志位cwtc賦1，代表開始進行側位停車車位尋找操作，系統(tǒng)通過在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)cwxz()來實現(xiàn)側位停車車位尋找操作，并在側位停車車位尋找完成后，向上位機端發(fā)送車位尋找完畢信號。上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)為“$c*”時，系統(tǒng)會將標志位cwtc賦2，代表開始進行側位停車操作，系統(tǒng)通過在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)cwtcjx()來實現(xiàn)側位停車操作，并在側位停車完成后，向上位機端發(fā)送側位停車已完成信號。上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)為“$d*”時，系統(tǒng)會將標志位dcrk賦1，代表

55、開始進行倒車入庫車位尋找操作，系統(tǒng)通過在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)rkxz()來實現(xiàn)倒車入庫車位尋找操作，并在倒車入庫車位尋找完成后，向上位機端發(fā)送倒車入庫車位尋找已完成信號。上位機端發(fā)送數(shù)據(jù)為“$e*”時，系統(tǒng)會將標志位dcrk賦2，代表開始進行倒車入庫操作，系統(tǒng)通過在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)rkjx()來實現(xiàn)倒車入庫操作，并在倒車入庫完成后，向上位機端發(fā)送倒車入庫車位尋找已完成信號。4.2.3 小車控制程序實現(xiàn) 小車的控制分為四種，分別為：側位停車車位尋找；側位停車進行；倒車入庫。這四種控制的實現(xiàn)主要通過調(diào)用zdbc.c中的函數(shù)cwxz()，cwtcjx()，rkxz()，rkjx()。其中

56、，cwxz()是完成側位停車車位尋找功能；cwtcjx()可以實現(xiàn)側位停車進行功能；rkxz()可以實現(xiàn)倒車入庫車位尋找功能；rkjx()可以實現(xiàn)倒車入庫進行功能。下面對這四種控制的程序實現(xiàn)進行說明。（1） 側位停車車位尋找功能程序實現(xiàn)： 側位停車車位尋找功能程序實現(xiàn)主要依靠光電避障模塊，程序實現(xiàn)流程圖如圖4. 8所示。圖 4.8 側位停車車位尋找功能程序實現(xiàn)當標志位cwtc為1時，系統(tǒng)會在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)cwxz()進行側位停車側位尋找操作，函數(shù)中首先會對舵機角度進行修正，以確保小車行進方向的正確并控制電機前進，通過語句while(gdq=1 | gdh=1)可以對車位尋找是否完畢進

57、行判斷，當光電避障模塊標志中全部為0時，代表車位尋找完畢。尋找完畢之后，系統(tǒng)會控制電機停止，并將標志位bczt賦1代表側位停車車位尋找完畢，并通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)。（2） 側位停車進行功能程序實現(xiàn)：側位停車進行功能程序實現(xiàn)主要依靠電子指南針模塊與超聲波測距模塊，程序實現(xiàn)流程圖如圖4.9 所示。圖 4. 9側位停車進行功能程序實現(xiàn)當標志位cwtc為2時，系統(tǒng)會在while循環(huán)中調(diào)用函數(shù)cwtcjx()進行側位停車進行操作，函數(shù)中首先會調(diào)用函數(shù)read_cmp()獲取當前位置指南針數(shù)值，并將指南針數(shù)據(jù)保存在jdjl中。在角度信息確認后，系統(tǒng)會控制舵機與電機，使小車按相應路線前進并實時進行指南針數(shù)據(jù)的更新，當當前指南針數(shù)據(jù)轉動角度大于35度時，系統(tǒng)會通過舵機與電機控制小車前進并開啟超聲波以防止小車與障礙物發(fā)生碰撞。這時通過前后超聲波與指南針模塊間數(shù)據(jù)的交互，可以實現(xiàn)安全的泊車過程，當指南針數(shù)據(jù)滿足設定值時，代表當前自動泊車操作已完成。泊車完成后，系統(tǒng)會將小車控制重新進行初始化操作，并將標志位bczt賦2通過串口發(fā)送至上位機端，代表側位停車操作已經(jīng)完成。（3） 倒車入庫車位尋找功能程序實現(xiàn)：倒車入庫車位尋找功能程序實現(xiàn)主要依靠電子指南針模塊與光電避障模塊，程序實現(xiàn)流