基于51单片机制作的“自动停泊小车”的设计与实现

基于51单片机制作的“自动停泊小车”的设计与实现
作者：刘博霍家亮
来源：《科技视界》2013年第31期
【摘要】本文以“自动泊车”为线索，采用C语言编程控制单片机控制器，设计和完成了能够自动进入侧方停车空位的小车，主要阐述了项目背景、模块设计、业务流程以及模块功能实现的分析；项目经测试达到功能目的，配合相关的电路设计图，可作为在校学生的实践项目进行使用。

【关键词】单片机；自动停泊小车；设计
0 引言
随着科技的不断进步，汽车工业得到飞速发展，越来越多的老百姓拥有自己的爱车。

但对于新手驾驶员而言，停好车，甚至停车都是他们非常打怵的问题。

在这种需求背景下，自动泊车系统应运而生。

自动泊车系统，可以使汽车自动的正确停入停车位中，解决了驾驶员的大部分的停车问题。

该系统应包括：环境变量数据采集系统、中央处理器以及车辆策略控制操作系统。

在学院学习大学生对控制方面的专业课学习中，单片机相关知识的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，本次设计就是基于51单片机的自动停泊小车的设计。

1 项目概要
该系统基于51系列单片机，为在校的大学生实践设计所使用。

实现具有倒车距离提醒、信号灯变换、自动辅助停泊等能力的倒车系统。

应注意该设备对于触发条件的控制，做好代码的编写和优化，以及外围传感器的驱动和测距模块所使用的相关电气化元器件的工业要求。

倒车距离提醒采用超声波传感器对小车身后的障碍物进行测距，并通过LCD1602液晶显示屏进行距离显示，通过蜂鸣器的报警信号频率的不同来提示距离障碍物的远近程度，并在倒车过程中通过两侧的红外避障传感器进行车身周围障碍物检测，预防突然出现的障碍物对泊车过程的影响，使其能在第一时间探测到障碍物并传送给单片机，再通过单片机对小车下达停车指令的方式来避免小车与突然出现的障碍物发生碰撞。

2 项目分析
2.1 功能模块划分
该项目按照功能可划分为6个模块，包括，键盘控制器模块、LCD显示屏模块、超声波传感器模块、红外避障传感器模块、电机车轮模块、LED指示灯模块。

各模块由主控制器统一进行驱动、管理控制，相互间协调。

2.2 功能实现业务流程
设计中6个功能模块在主控制器的调控下成为一个整体，应用在普能模型小车上，使普通小车能模拟自动泊车的基本过程。

第一，对一些数据变量进行初始化，包括LCD液晶屏初始化，对定时器进行工作方式的定义，打开定时器中断，关闭外部中断及打开总中断。

第二，进行超声波传感器模块初始化，主要是为了测量小车后方距离障碍物的距离，通过对距离大小的控制来进行蜂鸣器报警提醒驾驶员注意后方车辆距离障碍物的远近，同时可以通过液晶显示屏的距离显示来告诉驾驶员障碍物距离车辆的距离，当距离达到最小值时执行停车操作，从而实现避障的功能。

第三，进行红外传感器模块初始化，并开始判断小车两侧是否存在障碍物，如果有障碍物的存在，启动泊车操作前只作辨别和报警提醒，启动泊车后做出报警并制动停制泊车进行。

第四，循环等待启动泊车键是否按下。

如按下则启动电机模块，右侧方位停车过程，即按标准右侧方位停车规范完成小车倒车，调整左后转弯的切入角度，直行倒退，然后调正车身完成入位。

第五，完成泊车。

3 项目实现
根据各个模块功能，调选合适的部件并书写驱动和功能代码，包含主程序、超声波模块初始驱动和功能实现、红外模块初始驱动和功能实现、电机驱动、LCD初始驱动、键盘驱动、LED指示灯控制等。

3.1 主程序
主程序main（）函数部分，主要是对一些数据变量进行初始化，LCD1602液晶屏初始化，并当写数据中不是空格时开始往液晶屏中写入数据并进行显示，对定时器进行工作方式的定义，打开定时器0中断，关闭外部中断及打开总中断。

void main（void）
{ …………
while（string[k]！=’＼0’）
{ WriteData（string[k]）；k++； }
TMOD=0x10； IT0=0；
EX0=0； EA=1；
…………
}
3.2 超声波模块
硬件采用HC-SR04超声波测距模块。

程序功能实现超声波测距的过程，主要是当接收到超声波发射管发射的超声波时，对发射到接收的时间差进行计算并将数据放入到缓冲区中。

当没有接收到回波信号时则将距离清零。

同时还要对缓冲区中获得的多组数据进行排序操作并取平均值后比较，从而使测量的距离能够更加精确。

if（succeed_flag==1）
{ distance_data=outcomeH；
distance_data
distance_data=distance_data|outcomeL；
distance_data*=12；
distance_data/=58；
}
3.3 红外模块
红外避障模块放置在小车车尾左右两侧放置，通过对两侧的障碍物的探测从而控制小车相应的动作，同时蜂鸣器做出报警相应提示驾驶人员注意车身周围是否存在障碍物。

红外传感器发射的红外线被接收管接收到时程序开始执行。

当左侧出现障碍物时，接收到红外信号后模块输出低电平，程序执行蜂鸣器报警并进行停车操作，延迟过后蜂鸣器关闭，蜂鸣器关闭主要是考虑到当障碍物消失时蜂鸣器应关闭，所以为了使蜂鸣器报警能更加准确采取不断获取红外模块的状态的方式。

同样右侧的红外避障模块与左侧的红外避障模块的工作方式相同。

if（BZ_L==0）
{ Sound=0；
Stop（）；delay（10）；
Sound=1； }
3.4 电机驱动
电机驱动模块主要是实现小车的运动状态，包括：前进、后退、左转、右转以及停止5个运动状态。

当4个状态引脚IN1，IN2，IN3，IN4接收到不同的电平信号时，执行对应的小车运动状态。

设计采用的是IN1和IN2引脚控制一个电机，IN3和IN4控制一个电机的4轮小车，驱动轮为后轮，通过控制不同的电平对引脚的输入从而控制小车当前的状态。

部分代码如下：
void Go（）
{ IN1=0；IN2=1；IN3=0；IN4=1； }
void Back（）
{ IN1=1；IN2=0；IN3=1；IN4=0； }
……
4 结束语
本设计采用STC89C52单片机作为控制器，使用C语言编写，协调后的各模块能够进行泊车操作，电源部分应用轻便的锂电池材料使得动力得到保障，传感器方面由于精确度各有不
同，故每次使用的效果略有差异，后期将改进泊车系统无法靠墙停泊的问题，总题上满足在校大学生初级阶段的学习需要。

【参考文献】
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[2]欧大生.杨彬.电路设计与制版[M].西安电子科技大学出版社，2004.
[3]杨子文.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2006.
[4]王为青，程国刚.Keil Cx51应用开发技术[M].人民邮电出版社，2006.
[5]高海生.单片机应用技术大全[M].西南交通大学出版社，2003.
[责任编辑：陈双芹]。