发布时间 : 星期一 文章自动泊车系统的设计更新完毕开始阅读7d65aeb5482fb4daa58d4bd0
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
3.2 系统的硬件设计
本设计硬件部分包括：蓝牙模块；STC15F2K61S2单片机最小系统；GY-26电子指南针模块；超声波测距模块；光电避障模块；电机驱动模块；舵机组成。硬件设计结构框图如下：
本设计中采用STC15F2K61S2单片机作为MCU，通过蓝牙模块实现与上位机之间的通信，根据由上位机端接收到的数据控制小车完成相应的自动泊车动作。蓝牙同单片机之间的通信是利用串口实现的，波特率的发生器由定时器2发生；GY-26电子指南针模块与单片机之间的通信共有两种通信方式，分别为串口通信与IIC通信。
在本次设计中，由于蓝牙模块、超声波测距模块、电机与舵机占用了单片机系统所有定时器，所以本次设计中与GY-26电子指南针模块的通信采用IIC通信，实现对下车当前的位置信息进行监测，IIC通信中时钟引脚与单片机P0.0口相连接，数据引脚与单片机P0.1口相连接；前超声波测距与单片机P1.0和P1.1口相连接，在小车向前行进时，会开启前超声波进行测距并通过单片机定时器0对超声波信号脉宽进行计算与处理得到超声波测距信息，后超声波与单片机P1.6和P1.7相连接，在小车向后行进时，会开启后超声波进行测距，测距信息处理过程与前超声波相同；光电避障模块与超声波相同由前后两个组成，主要在车位寻找过程中起到作用，单片机在接收到寻找车位命令之后，会控制小车前进，并根据光电避障模块的状态来判定当前所寻找的车位是否符合系统要求，光电避障模块分别与单片机最小系统P1.2与P1.3相连接；电机驱动与舵机在单片机最小系统均由定时器1对占空比与高电平时间进行控制，电机驱动与单片机最小系统P2.2与P2.3相连接控制小车前进与后退，而在定时器中通过对占空比进行控制可以对电机的功率进行控制，进而达到控制速度的效果，舵机信号端与单片机P2.7口相连接，通过对高电平时间进行控制可以实现对舵机角度的控制，进而达到控制小车运动角度的目的。小车控制的具体实现过程会在第四章进行具体介绍。
3.3 系统的软件设计
上位机软件设计在Microsoft Visual Studio 2010平台下进行设计，整体设计
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简单、易操作。主要包括：串口发送与接收部分；指南针数据、超声波数据监测部分；电子指南针校准控制部分；自动泊车控制部分。上位机软件设计结构框图如下：
本设计中上位机使用C Sharp语言在VS2010平台下编写，实现对指南针数据、超声波数据的实时显示，通过按键控制下位机系统进行指南针校准操作与自动泊车操作。首先，上位机会将由单片机最小系统发送的数据进行处理并显示出来，本作品的下位机指南针校准、倒车入库、侧位停车等技术操作的完成控制由上位机的按钮完成，具体程序实现过程会在第五章进行详细介绍。
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第四章 系统的软件设计
4.1 下位机硬件设计
本作品的硬件电路设计由Altium Designer软件完成，其主要包括：IAP15F2K61S2最小系统电路；电机驱动电路；舵机控制电路；基本（5V）供电电路；模块主要包括：蓝牙模块；电子指南针模块；超声波测距模块；光电避障模块。
4.1.1 电机驱动电路
所谓电机，就是实现机械能和电能之间进行转换的的机器[18]。电机有许许多多多的类型和种类，倘若按照电源的类型进行区分，现在的市场上可分为交/直流电机两种。最为普通的直流电机主要分为步进电机Stepper motor(可以通过控制电脉冲信号实现电机的控制[19]。步进电机如果要实现工作就必须输入相应的电脉冲，并且电脉冲和和步进电机工作是一一对应的，步进电机的工作状态和一般电动机存在一定的差异，采用的运动形式是步进。 直流电机的基本构成：
（1）主磁极主要作用是气隙磁场的产生，（2）换向极的主要用途是进化换向过程的转换，削弱电机工作状态下换向器与电刷由于不断接触而发生的换向火花。一般装配在一对接触的主磁极上，由变向铁芯片和变向极绕组组成。（3）机座电机定子的外壳称为机座，作用是稳固端盖、换向极和主磁极，同时对整体的电机起到稳固和固定的作用，电刷装置，电刷装置是的作用是用来导入或导电压和电流。（4）转子，转子主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴构成[20]。
如图4.1直流电机驱动电路框图
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4.1.2 舵机
安装在自动泊车系统上的舵机，就如同日常生活中的方向盘，舵机的传出角度通过转动轴来控制小车的转向。这个转角的精度是小车能否正确的自动泊车，能否可以用正确的角度驶入泊车位置。
本作品所用的舵机是S-D5舵机。飞思卡尔官方指定的舵机就是S-D5舵机，具体的实现功能是前轮的角度相互转换间的操作。凭借给使能端线发送不一样的占空比PWM信号波，目的是实现S-D5输送轴的转弯半径大小的控制，相比于普通的舵机，类似于在频率50Hz下工作的，工作T=20ms，当工作在0~~180度基本上在T=0.5ms~~2.5ms的工作周期时，可以发送的P W M波的占空比应该是在0.5--20或是2.5--20这个工作区间。
因为P W M波中工作周期内相对较长的高电平周期确定S-D5的转弯角度，所以可以凭借P W M脉宽调控舵机传出的旋转角度。当初始化过过程如果需要调试，就需要对S-D5的数值进行连续的测试，目的是为了让S-D5转动轴承最大限度的接近中间区域，接下来就是测试S-D5的转动角度的工作极限，从最初的50Hz~~20ms分频周期传入进S-D5内，到后来的发现和确定工作区间的极限范围，最终的测试流程中并未发现过于严重或是无法解决的难题，大体上可以满足设计所需实现功能的需求，可是最后总是发现S-D5的反馈速度比较迟钝且机动性差，转动过程中延时较长。
在具体的使用过程中，S-D5的正常使用区间，在机器可接受的区域之间，频率和精度的准确性成正相关函数，可是偶尔则会发生不平稳与颤抖的情况。在使用其他的舵机后测得在300Hz的频率下工作，舵机的旋转较为平稳并且快速度和精准性都得到了很大程度的提高。在设计的过程中发现的S-D5的这个缺点可能就是S-D5自身的设计缺陷，或是S-D5因为牺牲了自身的速度和精准性，而换来S-D5可以在相对较宽的平率范围工作的可能性。
S-D5本身是一种由多齿轮轴承，加上控制电路组成的模块，供电电路如图 4.2图：
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