【《基于单片机控制的自动泊车系统设计》15000字】

INET图3-7L298N管脚图L298N管脚作用功能如下表3-8所示。表3-8L298N管脚作用功能表管脚作用功能SENSA、SENSB依次是2个H桥的工作电流信息反馈控制接脚，不用时能够直接连接大地ENA、ENB使能端，自动输入PWM数据信号IN1、IN2、IN3、IN4输入终端，TTL逻辑思维工作电平数据信号OUT1、OUT2、OUT3、OUT4输出终端，和与之对应输入终端同逻辑思维VCC逻辑思维操作控制工作电源，4.5~7VVSS电机设备联动工作电源，最低数值需比自动输入的低压电平工作电压高GND连接大地本次设计利用达林顿管构成车模的驱动H桥电路，通过单片机输出占空比可以调控的控制开关分布状态下，准确修改调配机动设备实际转速[25-26]。H型桥式工作电路在管子的充分饱和截止方式下，工作效率十分高，开关反应时间短，输出稳定，广泛应用于直流电机驱动控制电路。直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。PWM（脉冲宽度调制）控制，通常配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大，它的原理就是直流斩波原理。H型桥式工作电路如下图3-9所示。图3-9H桥电路图L298N是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。其电机驱动电路如图3-10所示。图3-10电机驱动电路图3.5显示模块电路LCD1602有两大类自动显示种类：储存字段自动显示、存储字符自动显示[11]。LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上组成。LCD1602主要专业技术参数具体如下所示[27]：1.自动显示有效容量：16×两个存储字符2.工作电压：4.5~5.5V3.工作电流：2.0mA4.最优化工作电压：5.0V5.存储字符有效尺寸：2.95×4.35毫米。LCD1602的管脚定义如下表3-11所示。表3-11LCD1602控制命令表编号指示RSR/wD7D6D5D4D3D2D1D0D4D3D2D1D0W1清自动显示00000000012指示光标自动返回000000001∗3置自动输入方式00000001I/DS4自动显示开/关操作控制0000001DCB5指示光标或者存储字符移位000001S/CR/L∗∗6置作用功能00001D/LNF∗∗7置存储字符产生存贮控制器设备储存地址00018置数据信息存贮控制器设备储存地址0019读忙标记或者储存地址01BF10写数到CGRAM或者DDRAM1011从CGRAM或者DDRAM11LCD1602显示器设备总共有16个控制接脚。第1控制引脚与2控制引脚依次是地与工作电源控制引脚，3控制引脚应用在调节控制存储字符自动显示的对照度，7到14控制引脚为8位数据信息接口[28]。电子液晶功能模块工作电路如下图3-12所示。图3-12LCD1602电子液晶功能电路3.6超声波测距定位模块电路超声波感应设备的类型是HC-SR04超声波功能模块，其测试有效实际距离作用范围可以从2cm至400cm，这是一类非直接接触型的测试模式，其测试准确度可以达到3mm。这个功能模块的工作基本理论是借用于I/O端口的TRIG管脚激发。通过对其有关参考资料的查找发现，明白了这一功能模块测量有效实际距离的基本理论。功能模块主要包含：超声波自动发射器设备、自动接收控制器设备和操作控制工作电路。超声波坐姿测距如下图3-13所示。图3-13超声波坐姿测距图3.7语音模块电路语音模块应用WT588D语音自动功能模块，WT588D语音芯片是一款可重复擦除烧写的语音单片机芯片。配套WT588DVioceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可，可控制220个语音地址，每个地址位能加载组合128段语音。支持DAC/PWM两种输出方式，PWM输出可直接推动0.5W/8Ω扬声器。支持加载WAV，音频格式，以及MP3控制模式、按键控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式。该模块能够作为语音控制芯片，可经过计算机操作应用软件，随便排列组合语音，不占用空间；USB下载方式，支持在线下载/ISP下载；因I/O端口多，带操作控制作用功能与外置FLASH储存设备，因此能做FLASH单片机设备[29]。两个二极管串联和10K电阻分压，限制一个最高的饱和电压。语音自动提醒功能模块工作电路图，如图3-14所示。图3-14语音模块电路图3.8循迹导航光电模块电路图3-15中，此工作电路供应电源的工作电池的压力降低较低。本次循迹引导要检测地面黑线，通过传感器输出高压低压电平，采用比较器的方法满足功能要求，如果不用电压比较器的话，传回的电压信号弱，不能直接当做数字信号用。光电传感器就是由左边的红外发射二极管和右这的红外接收管组成，其实就是把红外收发管封装在一起。12端的红外二极管发出红外光，经白纸（黑色会吸收光线，无反射）反射回来给34端的红外接收管接收，当接收到红外线，则34导通，当检测到黑线时，此时也就是红外接收管没有接收到反射回来的红外光，34的红外接收三极管截止，则在RPR220的3管脚输出一个电压。若检测到的是白线则3脚没有电压输出。LM339(四路差动比较器)是在电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是一种常见的集成电路LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。一个芯片有四个比较器，因为不可能只用一个光电传感器去寻迹，至少要三个光电器件，所以用339比较器可以降低成本和电路的复杂度[30]。整个电路工作时若检测到黑线，刚RPR220的3脚输出一个电压与基准电压比较，若RPR220的3脚的电压比基准电压大，则LM339的2脚就输出一个低电平。相反检测不到黑线，则LM339的2脚就输出一个高电平。这样单片机就可以识别出黑线了。因此，本次设计考虑用比较器的方法，光电对管检测应用电路如图3-15所示。图3-15光电对管检测应用电路3.9本章小结本章对系统硬件总体原理图和各部分硬件电路图作了详细介绍，使读者对系统要实现功能的硬件有了直观的认识。首先原理图中说明系统由电源模块、单片机最小系统、语音模块、显示模块、循迹电路和电机驱动电路组成。单片机最小系统包含STC89C52RC单片机、时钟振荡模块、和复位模块。对它们的电路图和功能做了介绍。然后介绍了电源电路、L298N驱动电路、LCD1602显示模块电路、超声波测距定位模块、语音模块电路、循迹导航光电模块电路的电路设计。这些硬件模块是整个系统的基础，下一章的软件设计就是在此基础上完成的。4系统软件设计本章对总体和各个模块的程序流程图进行了详细介绍。4.1系统主程序设计设计方案的程序编译思路，明确主应用程序，依据各硬件工作电路作用功能来综合系统设计子应用程序功能模块，最终再把各功能模块嵌入主应用程序里。这样程序编译组成结构简易，因为子应用程序功能板块和硬件设备控制工作应用电路依次匹配。主程序包括超声波测距定位避障子程序，电机驱动子程序，语音播报子程序，显示子程序和循迹子程序。本次研究设置的操作应用软件方框图如下示意图4-1所示。图4-1系统操作应用软件设计规划框架图小车最后实现的功能包括自动智能入库和小车能根据引导线入库。提醒方式为语音播报，小车总共安置了3个超声波感应器设备，车头一个，左边一个，右边一个。循迹引导使用RPR220型光电管，经过比较器处置后，传输数字信息，单片机流程随之去判断处置。自己编写程序时先写每个模块的子程序，最后把程序综合起来，这样效率更高。当按下电源开关时，单片机初始化I/0，启动电机运行，随后小车进入超声波模式，当超声波传感器检测到障碍物时，会左转或右转躲避障碍物，随后继续直走，当检测到侧方有障碍物时，小车会启动泊车程序，先后退，然后进入车位，超声波传感器测出前方距离，显示屏显示出距离，语音播报出前方距离，泊车结束。如果地面有黑色引导线，按下小车模式切换按钮就会进入循迹模式，小车会跟着引导线前进，知道超声波传感器探测到前方很短距离就有障碍物，小车会停下来完成泊车，语音报出前方距离。系统主流程如图4-2所示。图4-2系统软件设计主流程图4.2定时中断处理初始化后，等候定时设备到达提前设置的数值，假如定时器时间达到，则就全面进入到定时器中断中，单片机就不断下一个命令指示[31]。总体思想是定时中断如果时间到了，多任务就会启动时间划分，如果没有进入中断，则单片机继续执行下一个命令。中断应用程序框架图如图4-3所示。图4-3定时中段子程序流程图4.3测距子程序流程图主应用程序对系统展开初始处理化之后，超声波距离测量应用程序设立定时设备T0为十六位定时设备，开间断许可位EA，归零自动智能显示接口P0与P2。以后使用超声波自动智能发射子利用流程送出一个超声波信息脉冲，为了规避数字信息直接耦合作用干扰，要求延时作用0.1ms在开外界间断自动智能接收自动智能返回的超声波数字信息（从而使超声波距离测量会有一个最低可测有效实际距离的主要原因）超声波遥测的原理与雷达遥测的原理相同，就是前面的超声波发射器发射超声波时，由于到达的障碍物被反射回来，被打回来的超声波就会被接收器接收[33]。基本工作基本理论主要包含：(1)应用IO端口TRIG激发距离测量，给最少10us的高压电平。(2)该超声波发送装置可以发出40.0千赫兹的方波，自动智能测试有没有数据信号自动返回；(3)有数据信号自动返回，经过IO端口ECHO自动输出一个高压电平，高压电平连续的有效时间就是超声波从自动发射到自动返回的有效时间。调试有效实际距离=(高压电平时间*声速(340米/分钟))/2[32]本设计里面小车也需要计算障碍物与小车之间的距离。开始系统初始化，开始测距，超声波发射端发出信号，接收端接收信号，然后根据上面的公式测出距离，如果测量值超出量程就会显示错误，否则就会显示正常距离。小车通过测距实现定位，然后程序控制小车的左转、右转、后退就可以实现简单的避障，避障子程序流程图在这不再赘述。测距子程序流程图如图4-4所示。图4-4测距子程序流程图4.4电机驱动子程序流程图单片机在应用程序的操作控制里，能够完成人工智能小车的自动智能化控制管理，可以完成自动智能不断前行，左转，右转，后退等作用功能，这样一来能够经过操作控制左侧电机设备，或右边电机设备来完成左右电机设备的机械运转，给不相同的PWM波，电机设备能够以不相同的运行工作速率运行，使用定时器可以准确的操作控制机械转动时间[33]。开始定时器初始化，单片机产生PWM信号输入给电机驱动芯片，然后驱动小车前进、左转、右转、后退，定时时间到了就会延时结束，返回主函数。电机驱动流程图如图4-5所示。图4-5电机驱动子程序流程图4.5循迹引导子程序流程图循迹引导子程序流程图如图4-6所示。图4-6循迹引导子程序流程图本次设计小车可以实现循迹入库的功能，循迹引导采用光电管RPR220，光电管RPR220可以检测地面的轨迹线，根据所编好的应用程序，参考依据所发命令指示，自动接收数据信号，就可以给[P_IOA_DATA]自动传送数据信息，进而驱动电机[34]。经过比较器处理后，接下来输出数字信号，单片机程序随之去判断处理[35]。4.6本章小结本章对系统主程序和各个子程序流程图作了详细说明，这样才会根据流程图写出正确合理的程序。首先介绍了系统主程序设计框图和流程图。然后介绍了定时中断处理流程图，测距子程序流程图，电机驱动子程序流程图，循迹引导子程序流程图，简明介绍了超声波传感器测距定位的原理和PWM电机调速原理。通过本章的介绍，使读者对最后小车要实现的功能的算法有了清晰地认识。5系统的实物调试本章对系统硬件与操作应用软件都展开了测试，实现了小车侧方停车和根据引导线自动入库垂直停车的功能。5.1电路板焊接使用万能表的二极管设备测量确定的档位来测试是否产生短路问题现象。能够依次对不相同控制芯片的VCC端，包括GND端来展开测试，假如控制芯片这2个引脚发送响声，则表明板子上这2个工作电源端是有短路的，这个时候千万不可直接通电，只要通电会产生冒烟烧糊的实际现象，从而干扰板子的整体运行工作。焊接加工实现了之后，第一步是实际外观上面的检测。少数矛盾问题能够使用肉眼来检测出之后，例如少数元设备器件是不是焊接加工反了，少数额定电阻额定电容是不是有虚焊，有些时候要求借用放大镜去观察，而假如产生虚焊时，就需要使用电烙铁展开补焊，补焊以后就可以进行接下来的焊接工作。5.2超声波模块测试本次设计的小车总共安置设计了三个超声波感应设施，车头一个，左右两侧各一个，用超声波检测阻碍物体，当一旦检测到有阻碍物体，小车会绕开阻碍物，策划躲避障碍行驶路线，并且检测有效实际测量距离。在测试的时，可以用纸板挡在超声波模块的前面一定的距离，并大概估计这个距离，在结合LCD显示屏上显示的实测距离进行判断，如果相差不大，超声波模块就调试成功。超声波模块测试如图5-1所示。图5-1超声波模块测试图5.3光电管模块测试小车实现循迹入库的功能是采用RPR220光电管模块，RPR220模块可以检测地面的轨迹线，结合编好的程序，就可以给[P_IOA_DATA]传送数据，进而控制转向电机和驱动电机。测试时，可以在地面上用黑色胶布黏贴一个轨迹线，按下寻迹功能按键，观察小车是否沿着轨迹线行走入库。测试图如图5-2所示。图5-2小车自动入库测试图5.4自动侧方停车测试本次设计的小车可以实现自动侧方停车的功能，刚开始小车会沿着事先设定好的轨迹行走，小车左右两边的超声波模块会检测两边是否有空车位，一旦检测到，系统启动侧方停车算法，小车会自动停到车位里面。测试图如图5-3所示。图5-3小车侧方停车测试图5.5系统全功能测试将小车开关打开后电源供电，初始化程序，显示屏显示caosenbo，小车进入超声波模式，当短暂按下KEY1时，此时小车进入循迹功能状态，显示屏显示“xunji”；当短暂按下KEY2时，此时小车复位。在实物调试过程中也遇到了不少问题，第一次调试时按下电源开关，小车电源指示灯看起来是亮的，但小车不动，后来查资料原因可能是电量不足，于是自己马上买了6节新的5号干电池，小车运行终于正常了。后来遇到侧方停车时小车停不到指定的空车位，后来通过把小车放在中间，两边都有障碍物，小车精确地检测到了空车位，并左转或右转停车，然后前方超声波传感器测出前方距离，并语音播报和在显示屏显示。第一次循迹泊车时小车偏离了引导线，后来查资料了解路线可以弯，但弯的角度应该不太大也不太小，刚好合适。自己实物调试环境的搭建比较节约，但都能模拟泊车环境，当然和实际泊车环境有差别。自己用运动鞋盒盒纸箱模拟汽车，在网上买了黑色电胶带来动作引导线，根据引导线入库实现了自动泊车，当自己按下电源开关，小车会自动找到停车空位并停下时，终于实现了小车侧方停车和根据引导线入库的功能。在系统测试过程里，除了以上展开硬件设施测试，还要求有一个重要的一步，就是展开操作应用软件测试。操作应用软件测试时要求使用功能模块化综合系统设计理论思想。把不相同的作用功能分功能模块来展开综合系统设计。根据系统作用功能依次测试，根据不同的测试基本条件，把系统作用功能依次调试出来。硬件设施协同测试以前能够先使用Keil操作应用软件，来展开测试，例如能够使用单步运行工作来展开测试。来查阅不相同的变化量是不是所要求的。把每一个的调试基本条件都录入在这其中，这样一来能够在后续运行工作过程里，更为精确的调试出操作应用软件里的主要问题和矛盾。能够经过设立断点，包括单步运行工作，来查阅变化量，Keil操作应用软件是十分快捷的，可以查阅每一个IO端口的数据信息。操作应用软件单独的展开测试实现了之后，就能够使用硬件设施来展开软硬件设施协同测试。因为软硬件设施协同测试就是把所撰写准确的操作软件应用程序的Hex资料文件下载保存到硬件设施里。通常都是下载保存到主要控制芯片里，例如单片机设备里，来逐渐的去运行。在展开协同测试时，能够测试系统的间断是否准确。而且参考依据判定基本条件是否全面进入相对应的间断里。还能够经过操作应用软件来查阅体系是否合理正常运行工作还是开始进入死周期循环。协同测试可以把以上所说的每一个功能模块依次全面集中展开调试，在软硬件设备测试过程里是十分关键的一步。软件程序调试图如图5-4所示。图5-4软件程序调试图6总结与展望6.1论文总结本文提出了一种基于STC89C52单片机的自动泊车系统设计方案。本次研究设计的整套体系归纳起来是由超声波功能模块、LCD液晶电子显示功能模块、语音自动功能模块、电机驱动模块、循迹模块等组成，可以实现小车自动入库、侧方停车、超声波测距、语音提示和LCD1602液晶显示等功能，运用单片机设备的P0、P1、P2、P3等I/O自动输入自动输出口，把交换之后的数据信号经过应用程序展开操作控制与全面处理，添加了光电循迹电路、测距电路和电机驱动电路，从而完成了毕设题目自动泊车系统设计。该系统优点是结构简单和成本比较低，并在自己的实物调试中实现了基本的功能，能够使小车驶入指定的停车位。本设计主要有以下几方面工作：（1）在综合系统设计有关设计方案的时候，需要