基于单片机的智能小车泊车系统设计
摘要：该设计以 STC89C52 为控制核心，利用 PWM 波技术控制小车行驶速度的快慢、转弯以及自动停车，利用红外传感器感测路面信息，超声波传感器识别障碍物来及时调整小车的行驶走向，实现了循迹和避障的功能，同时通过 1602 液晶屏显示小车的实时信息，并实现了模拟现实的交通信号灯自动停车和侧方位泊车功能。
关键词：STC89C52；循迹；避障；泊车
中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0070-02.
自动泊车系统作为智能汽车和传统汽车的结合，在国外已经并不罕见，但目前国内却只有少数厂商拥有这一技术。本设计在实现小车的自动化基础上，完成了自动泊车。
完成本设计有现场可编程门阵列（FPGA）和微处理器（MCU）为控制核心两种方案选择。
FPGA具有高出微处理器三倍的处理速度，一个量级的端口，具有巨大的拓展空间。但其支持的语言较少且语法严谨，设计复杂，技术不成熟综合时易出现大量的错误和警告。
STC89C52 单片机功耗低，功能强大，具有可编程性。与FPGA 相比，STC89C52 作为第三代单片机，拥有成熟的技术，易于设计，可 c 语言编程，支持直接对硬件进行操作，灵活性好，处理速度快，对于普通智能小车完全可以胜任，且具有经济性。
本设计需要直接对硬件进行操作，需要灵活简易的程序编写，因此选择 STC89C52 单片机为控制核心。
1 系统总体设计
本设计以 STC89C52 作为控制核心，用红外反射式光电传感器进行路线的检测，利用超声波测距来获取小车距离障碍物的距离，用步进电机控制小车的启停、速度快慢以及转向，用 LCD1602 液晶显示屏来实时显示小车运行时间和路程。以此功能为基础，实现了小车的自动泊车。
本设计里的智能小车由以下几个模块构成：单片机主控模块、电机驱动模块、红外循迹模块、超声波测距避障模块、显 示模块以及自动泊车模块。总体构成图如图 1 所示：
图 1 系统总体构成
2 系统硬件设计
2.1 单片机主控模块
本系统采用AT89C52 单片机作为智能小车部分的控制核心，STC89C52 单片机是 STC89 系列的标准型 8 位单片机，其与标准MCS-51 指令系统和 8052 产品引脚兼容，功耗低、性能强大、价格便宜适用于许多较为复杂控制的场合。
本设计中使用了 AT89C52 单片机的大部分引脚，其具体的引脚功能分配如下表 1 所示 2.2 电机驱动模块小车的行驶需要靠电机的驱动来完成。单片机通过路况信息发出控制指令，通过控制电机的转速和转向来控制小车的运动。本系统采用步进电机驱动，步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电机。电机转动的快慢取决于脉冲信号的频率、转动的圈数取决于脉冲的个数，在不超载的情况下其转动速度不受负载的影响，即给步进电机输入一个脉冲信号，电机的转子就转过一个固定角度（步距角），给其输入连续的脉冲信号步进电机就能连续转动。
2.3 红外循迹模块
小车循迹使用的是红外探测法。利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断向地面发射红外线，当遇到黑色，不反射红外光，比较器输出为高电平；当遇到白色地面，红外光被反射回来，比较器输出为低电平。单片机根据输入电平的变化判断小车的行驶路线是否偏离，然后调用自动避障子程序实现小车的自动循迹，当左边检测到白色时小车右转，当右边检测到白色时小车左转；当两边检测到的都是黑色时小车前进，当两边检测到的都是白色时小车停止。
本系统采用红外接收器 1838 来解调HT6221 编码芯片的编码。红外接收器也叫做一体化红外接收头，其内部是由红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等构成的。红外监测二极管接收到红外信号后，会把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平。
交流信号进入带通滤波器，带通滤波器只允许 30khz到 60khz的负载波通过，然后脉冲信号再通过解调电路和积分电路进入比较器，由比较器输出高低电平信号，还原出发射端的信号波形。但为了提高接收的灵敏度输出的高低电平和发射端是反相的。
2.4 超声波测距避障模块
避障作为小车运动控制的核心内容，是整个自动泊车系统最关键的模块之一。本设计采用超声波测距，超声波频率高、波长短、定向性好、能量集中，适合于距离测量，且不易受光线干扰，提高了系统的可靠性。
避障系统包括超声波发射器、接收器和控制电路。通过超声波发射器发射超声波，在发射时刻开始计时，超声波在传播途中遇到障碍物立即反射回来，接收器检测接收到反射波停止计时，通过时间差即可计算出障碍物的距离。
2.5 显示模块
为了显示小车的实时信息，本系统中还设计了显示模块，采用 LCD1602 显示数据，它可以直接接单片机数据端使用，且具有功耗低、使用寿命长、显示内容多等特点。
2.6 自动泊车模块
自动泊车模块是本设计最重要的模块，其采用现实生活中侧方位停车的技术，借助超声波的避障模块的原理，通过对障 碍物的距离测定从而控制小车的行动来达到自动泊车的目的。
小车长约为 30cm，宽约为 20cm，车库长 m，宽为 n，且轮子与其中一端距离为 10cm，小车自动泊车轨迹图如图 2 所示。
自动泊车具体实现方案如下：
（1）当超声波测得距离为 n（式 2）时，小车随左车轮顺时针旋转角度 x；（2）当超声波测得距离为 p（式 3）时，小车停止旋转，开始后退入库；（3）当超声波测得距离为 q（式 4）时，小车停止后退，此时右车轮刚好入库；（4）小车随右车轮逆时针旋转，当超声波测得距离为k（式5）时，小车停止旋转，此时整个小车完全入库，达到水平状态。
当小车初始旋转角度 x 一定时，相关数据可由如下公式得出：
图 2 自动泊车轨迹图
3 系统软件设计
本系统软件设计采用模块化结构，由主程序、电机驱动子程序、中断子程序、调速子程序等构成，主要功能是负责对红外、超声波传感器信号的采集和控制，电机的速度方向调节，实现智能小车的灵活避障以及自动泊车，还有单片机的初始化编程等工作。
4 结语
本设计采用单片机为控制核心，利用红外、超声波传感器作为探测系统，通过软件编程完成了一辆功能模块化，可以循迹行驶，自动避障，自动泊车的智能小车。经过测试实验，该智能小车能够很好地按照预期循迹避障并实现自动泊车，运行良好，且易于功能进一步完善与扩展。
参考文献：
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[2] 史洪宇.基于单片机的多功能智能小车的设计[J].仪表技术,2010(12).
[3] 董琪,闫艳波,胡伯桐.基于 STC89C52 单片机的智能小车的设计[J].电子技术,2014(9).
