智能停车系统设计毕业论文.docx

1、智能停车系统设计毕业论文智能停车系统设计毕业论文 第1章 概 述1.1 智能停车的背景及意义 1.1.1 引言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国大学生电子大赛和省电子大赛中几乎每次都有关于小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该具有计时、智能寻迹、避障、停车等功能。随着我国汽车数量逐年急剧增多，停车位、停车场的数量却跟不上其增长的步伐，越来越多的人为如何停车而发愁。日益拥挤的停车环境要求人们对汽车的停车技术更加地娴熟

2、，这就更加重了人们工作之外的紧情绪，降低了人们的生活质量。因此，如何解决停车过程中的不便利，消除安全隐患，迅速、准确、安全地将汽车停靠到合适的位置，逐渐引起了人们的关注。1.1.2 背景及意义随着经济水平的发展和人民生活水平的不断提高，一方面汽车拥有量越来越多，公路、街道、停车场、居民小区等拥挤不堪，可利用的停车空间越来越少；另一方面，驾车新手逐年增多，由于不熟练导致的各种问题也很多。美国密歇根大学交通研究所的paulGreen的研究表呀，根据交通事故数据库统计资料和保险公司事故统计资料，停车导致的事故占到各类事故的44%，其中大约1/2到3/4的停车碰撞是倒车造成的，如表1-1、表1-2和表

3、1-3所示。由此可见，倒车进行停车是驾驶员容易出问题而导致交通事故的一个重要原因。如何改善汽车的操控性，尤其是停车过程中的不便利，消除安全隐患，迅速、准确、安全地将汽车停靠到合适的位置，逐渐引起了人们的关注。表1-1 根据车辆动作统计事故资料车辆动作数量百分比（%）前进163946进入车位121134离开车位35510转弯35210总计3557100表1-2 停车过程中事故统计资料停车动作数量百分比（%）倒车到路沿上41426.4倒车停在路边60938.9前进停在路边37824.1未停在路边835.3不明825.3总计1566100表1-3 密歇根市停车相关事故统计资料事故类型分类年份总计20

4、0020012002停车进入车库10589788582894离开车库2818254222077567总计38763520306510461总计致命性1237120611753618受伤870438092280567248532总计4248524008133955151221180汽车在停车过程中的困难主要有三方面：一是驾驶员的视野有限，驾车者在驾驶座上很难完全看清楚后方的情况，仅能通过后视镜来观察车尾部情况。然而由于位置、天气等因素，后视镜又往往难以起到良好的效果；二是对于经验较少的驾驶员，通过后视镜来观察车尾情况，需要推理反向视角的变化，又需要常常扭头观察真实情况，同时还需要控制方向盘、油门

5、和刹车等，容易造成操作失误；三是对于不熟悉的环境或者车位狭窄的情况下，驾车新手由于缺乏经验技巧，或者对车型部件的灵敏程度不熟悉，往往难以很好地控制汽车进行快速准确的停位。汽车作为一种重要的交通工具，一直在人们的经济文化生活中发挥着重要的作用。随着科技的进步，汽车电子更是发展迅速。汽车已经不仅仅作为一项机械产品，更承载了许多先进的电子设备，向着智能汽车的方向发展，即致力于改善人们的驾驶乐趣和汽车的安全性，把人们从简单枯燥的驾驶行为中解放出来。各大汽车厂商对于汽车电子都给予了很大关注，大力研究应用车载智能感应设备和半自动、自动电子控制设备。可以看到，研究自动停车技术的发展有着良好的应用前景和市场意

6、义1.2 单片机发展综述单片机是属于微型计算机的一种，二者既有相同的地方，又有区别。单片机集成了微型计算机的很多功能部件，如具有数据处理的CPU、随机和只读存储器、输入输出口和中断系统。但它们的具体结构和处理方式不同。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32

7、位300M的高速单片机。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），单片机芯片常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由

8、芯片仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片含4Kb的可供系统编程的只读存储器，这枚芯片集程序存储器基可在线编程也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器雨单片机芯片中，Atmel公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。尽管AT89S51与89C51在外型管脚上完全相同，但AT89S52在性能方面比89C51要优越一些，它可以在线编程，这样在

9、改写片程序时，不需要将芯片从工作环境中取下来，所使用更加方便；有了更高的工作频率，围大概为33MHz，根据有关资料得知89c51的极限工作频率只有24M，使得其计算速度得到了提高；稳定性更好，抗干扰能力更强；烧写次数更多；程序的性大大加强；兼容性方面：AT89S52向下完全兼容51全部系列产品。向8951也可以向下兼容，比如8051、89S51等早期MCS-51兼容产品。AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机，片带有一个4KB的Flash在线可编擦除只读存储器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容。片的存储器允许在线

10、重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程。同时已具有三级程序存储器的性能。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89S51更实用，因为它不仅和MCU-51系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上。这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机，片带有一个4KB的Flash在线可编擦除只读存储器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容。片的存储器允许在线重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程。同时已具有三级程序

11、存储器的性能。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89S51更实用，因为它不仅和MCU-51系列单片机指令、管脚完全兼容，而且它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上。这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。AT89S51主要功能列举如下主要功能列举如下主要功能列举如下主要功能列举如下：1、为一般控制应用的8位单芯片；2、晶片部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）；3、部程式存储器（ROM）为4KB ；4、部数据存储器（RAM）为128B；5、外部程序存储器可扩充至64KB；6、外部数据存储器可扩充至64KB；7、32条双向输入输出线，且每条均可

12、以单独做I/O的控制；8、5个中断向量源；9、2组独立的16位定时器；10、1个全多工串行通信端口；11、8751及8752单芯片具有数据的功能；12、单芯片提供位逻辑运算指令。VCC：AT89S51电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 RESET： AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至

13、高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得部特殊功能寄存器之容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其部无程序存储器空间。如果是使用 8751 部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压。ALE/PROG：地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器，将端口0

14、的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址围。第2章 方案选型设计2.1 题目分析根据题目要求，智能停

15、车系统可分为控制部分和信号检测部分。为了使小车能正常的进入仓库，因此车库系统需要有一个引导系统，把小车正确的引导到车库前，使小车能进行智能停车。这要求系统中装有光电对管等这种测距离的传感器，用以引导小车进入车库。在实现车库与小车通信的问题上，可以应用无线或红外的通信方式，使小车顺利找到车库，实现小车与车库系统的串联，并通过测距传感器实现入库、停车、再到出库的一系列动作。智能停车系统，对小车有设计外，还要对停车场要有专门的改建。题目要求小车智能停车，到达车库入口附近，进入车库，不能压线，可以使用红外对管等传感器。2.2 引导方案设计引导方案可分为引导小车至车库前和发现车库两部分。2.2.1 引导

16、小车传感器选择引导小车模块，可使用传感器检测地面的引导系统，从而使小车开往车库。方案一：采用发光二极管+光敏电阻，其工作原理：当无光照时，光敏电阻呈现高阻状态，反之，当有光照的时候，光敏电阻接收到反射的光，其阻值下降利用高低电平可以判断控制小车的形程和方向。该方案缺点明显：易受冻外界光源的干扰，不易于控制小车的行迹，损坏了信号采集的效果，有时甚至检测不到黑线，主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度，地表材料的反射情况对检测效果产生直接影响。而且外界的可见光对设备的影响很大，而且不容易克服外界可见光的干扰。虽然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这有增加额外的功率损耗。方案二: 采用红

17、外光电对管，由于只需分辨黑白，红外光电对管有一个管发射红外线一个用于接收红外线，由于白纸的黑线和白纸的反射系数不一样，白纸则反射回来，而黑线则被吸收了。这个再由外围电路对信号进行检测，同时接到单片机口，由单片来检测识别，控制小车的行驶。当对着黑线时，则一直检测到高电平，而白纸则低电平。这样一来检测反映灵敏，外围电路也很简单。光电对管发射的同时也能接收红外信号，整个检测设备简单，稳定性高，速度快。采用红外线管代替普通可见光管，可以降低环境光源对接收管的干扰，直接用直流电源给管子供电，从而测定小车的前进方向，该方案中小车的前进与后退是在同一路线上进行的，光线照射道路面上，根据在路上的线路的路面颜色

18、的不同，反光系数的不同，影响的反射光的强弱从而检测到所要走的线路，利用发光二极管以及光敏电阻组成发射与接收装置，来测定所要走的路线，该方案传感器必须装在小车的底盘前沿，靠近地面。使小车方向更准确。缺点是检测距离短，优点是成本低，易于操作。 比较两种方案，方案二的应用较为方便、快捷，而且避免电路的复杂性，使得操作和制作过程简单化，也使得应用的更加方便快捷，在小车的设计上避免了小车因没有方向感而不能到达目的地，也使软件的设计上少了很多的不必要的麻烦，但应注意传感器必须装在小车的底盘前沿，靠近地面。我们为避免设计上的一些难题和外界环境的影响，采用方案二。2.2.2 发现车库传感器选择发现车库模块，可

19、在车库上安装个光源使小车检测。为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器，即光敏电阻。光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱，阻值发生变化，输出电压随之变化。从而引导小车，向光源靠近。不同型号的光敏电阻，暗电阻及亮电阻差别较大，需根据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。由光敏电阻的工作原理是基于光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。半导体的导电能力取决于半导体导带载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收

20、光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻

21、的阻值也就逐渐恢复原值。光敏电阻：光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,又称为光电导探测器。它的特性可以概括为：入射光强,电阻减小，入射光弱，电阻增大。 光敏电阻大致可以分为表2-1几类。小车行驶时，寻的是自然光源，所以本设计的寻光传感器选择上面选择了可见光光敏电阻作为光线传

22、感器。表2-1 光敏电阻的分类类型特点紫外光敏电阻器对紫外线较灵敏,包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面 2.

23、3 避障电路的选择方案一：视觉传感器，视觉传感器是非接触型的。它是电视摄像机等技术的综合，是机器人众多传感器中最稳定的传感器。机器人的视觉传感器有下述三种测量方式：(1)直接处理电视摄像机所摄取的深浅图像亮度6分图像的深浅图像处理方式。把亮度信息数字化，通常为4-10比特左右，作为6464-10241024个象素输出处理部分。然后，利用种种已知算法，为线条进行解释，识别被加工物。这种图像处理法的困难是需要处理庞大的输出数据，费时太多。作为机器人的视觉，往往简化成双值，再利用专用处理装置快速处理。(2)把深浅图像双值化再处理方式。(3)根据距离信息测量物体的开关和位置的方式。该方法采用的方案有采

24、用三角测量法和利用两台电视摄像机的立体视觉法等多种方案。它以结构简单、使用方便、速度快、精度高等诸多优点被成功地用于工业检测、物体识别、工件定位、机器人自导引、航天及军事等诸多领域。视觉检测技术具有大量程、非接触、速度快、系统柔性好、精度高等优点，可广泛应用在物体的三维测量与立体图像重构等领域。对于立体视觉检测方法而言，立体匹配是立体视觉检测最为关键的问题，但是至今为止仍未找到一种通用快速的立体匹配算法，在摄像机标定、特征提取和立体图像匹配方面还存在着一些难以解决的问题。双目立体全方位视觉传感器:利用二次折反射的成像原理设计折反射镜面，利用4阶Runge-Kutta算法求得了镜面曲面的数字解，

25、通过组合镜头的设计方法将ODVS与广角镜头集成在一起来消除原有ODVS的固有死角，最后将两个相同参数的具有平均角分辨率的ODVS以背靠背的方式合成为一个双目立体ODVS。在视频数据采集、信息加工及表达上均采用高斯球坐标方式，避免了目前在三维测量与立体图像重构时多次坐标转换。利用两个具有相同参数的ODVS能方便地对齐特征点的方位角来实现快速的立体图像匹配，简化了摄像机标定、特征点的匹配等繁琐的步骤。实验结果表明，该传感装置能简化立体视觉测量计算的复杂性、容易实现立体图像匹配。易于多目标测量和分类，分辨率好。但不能直接测量距离，算法复杂，处理速度慢。方案二：红外光电式传感器，基于光电效应的传感器，

26、在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。光电测量时不与被测对象直接接触,光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。具有非接触、响应快、性能可靠、体积小、安装轻便等诸多特点，因此在工业自动化装置和智能小车中获得广泛应用。因为视觉传感器算法过于复杂，处理速度较慢，远没有红外光电式传感器响应快，体积相对来说也比较大，因此选择红外光电式传感器。2.4 车库停车电

27、路的选择方案一：超声波测距, 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的

28、方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量；缺点是一定距离有一定的束角，受周围障碍物影响大，且测量精度受到温度的一定影响。方案二：红外测距，原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，由于接收管接收的光强随是随反射物体的距离变化而变化的，因而，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差；自然界红外光

29、分布比较广泛，容易引起测量误差。市场上的红外测距传感器一般的测距围在20cm-150cm左右，适合近距离测距。车库是小空间，车体与车库两边距离较近，因此用红外测距也能实现，再加上可以使用避障电路中的红外光电传感器，即可节约成本，也可简化电路。因此选方案二。2.5 显示器的选择方案一：采用传统的七段数码LED显示器。LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。但是

30、LED显示器由于特性原因目前大多用于广场大屏幕或商品房门面牌匾。方案二：采用LCD液晶屏进行显示，LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。LCD显示器优点： （1）显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。 （2）数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。 （3）功率消耗小，相比而言

31、液晶显示器的主要功耗在部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。 （4）体积小、重量轻，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。虽然LCD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以采用LCD 作为显示器。2.6 电机的选择市场上用很多种类的小电压直流电动机，很方便的选择到。主要有普通电动机、和步进电动机。 方案一：采用步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲

32、信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动或反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电机的价格比较昂贵，对于我们的现状相差太远。 方案二：采用普通的直