基STM32动泊车系统设计实现
基STM32动泊车系统设计实现
摘
动泊车系统(Automated Parking System简称APS)项属驾驶重技术
着车辆激增汽车动驾驶技术断创新发展动泊车系统尚未普降低工停车难度设计种基STM32F103ZET6实现动倒车入库侧方位停车智化车系统
该动泊车系统利红外光感HJIR2传感器超声波HCSR04模块循迹TCRT5000模块标准IEEE 80211ndWIFI模块组成进行环境检测实现障碍物识采集数传送处理器处理器数转换电信号驱动车控制L298N驱动模块模块Keil uVsion5编译环境整合起路径规划车进行速度控制转控制
系统根停车位识模拟停车环境控制车进行入库操作满足停车环境进行智化动泊车系统属嵌入式系统兼容数汽车实现侧方位泊车倒车入库行细微调整实现更稳定入库停车
关键词：STM32 线条识 动泊车 车辆控制
Automatic Parking System Based on STM32F103ZET6
Abstract
The Automated Parking System (APS) is one of the important technology for Autonomous vehicles With the rapid increase of vehicles and the continuous innovation and development of automotive automatic driving technology automatic parking systems have not yet been popularizedIn order to reduce the difficulty of manual parking at present there is an intelligent design based on STM32F103ZET6 for automatic reverse parking and lateral storage Trolley system
The automatic parking system uses infrared lightsensing HJIR2 sensor ultrasonic HCSR04 module tracking TCRT5000 module and standard IEEE 80211nd WIFI module to perform environmental detection realize obstacle recognition and collect the collected data Transmitted to the processor the processor converts the data into electric signals to drive the car＇s control L298N drive module and performs speed control and steering control on the car under path planning
The algorithm design of the car parking action the system designed the algorithm to control the car to enter the storage operation under the simulated parking environment which meets the intelligent automatic parking in different parking environments and realizes the side parking and reverse parking Enter the parking and make fine adjustments to achieve more stable parking
Keywords AutomaticparkingenvironmentalLine recognition
目 录
1系统概 1
11项目意义 1
12研究容 1
13文结构 2
2系统需求分析 3
21控制器需求分析 3
22传感器需求分析 3
23驱动部分需求分析 3
24系统行性分析 3
241济行性分析 4
242技术行性分析 4
3系统设计 5
31板设计 5
311芯片选择 5
312集成开发板 6
313开发环境 8
32驱动设计 10
321电机驱动 10
322红外遥控设计 14
33传感器设计 18
331循迹模块 18
332红外避障模块 20
333超声波模块 22
334 WIFI视频模块 23
34车成品 26
35泊车算法设计环境搭建 27
351侧方位泊车 27
352倒车入库 32
4系统测试 38
5总结展 42
谢 辞 43
1系统概
工业革命带极生产力全球汽车保量逐年激增国体私营济快速发展道路断完善促进私汽车购买热潮根汽车数享全球汽车数量十五年两倍增长量2019年中国汽车保量253万亿成全球第超越美国25万亿汽车保量迄止全球汽车保量已超10万亿辆
方面着国城镇化机动化进程快速推进国家更支持规范引导城市停车设施建设写入十三五规划纲智化泊车系统城市停车设施建设相辅相成致力解决民生问题泊车系统智技术非常效投资领域方面智化全球覆盖动泊车系统直处研究历程中：
①1992年众概念车IRVW Futura搭载APS
②2005年雪铁龙研发CityPark系统
③2007年丰田安装IPA系统
④2008年德国奔驰众等企业CityPark低造价IPA结合起
⑤2010年中国德赛西威开发出2D全景泊车系统
⑥2016年中国德赛西威推出3D全景泊车系统
着目前汽车智化研究火荼发展进步特传感器技术快速发展国均更便利动泊车系统作动驾驶系统发展重组成部分1
11项目意义
目前见汽车企业数控制L2级半动驾驶中包括半动泊车系统：传感器技术组成配合收集精确环境信息实现泊车路径规划系统进行车辆控制等功部分动泊车(高级泊车辅助APA)系统辅助驾驶员监控实现泊车动作现实中车辆激增带停车问题变更加复杂城市停车空间限汽车驶入式样停车位置驾驶员项必备技相交通压力复杂样停车环境限苛刻停车空间停车难成众驾驶员难题泊车程中出现轻微碰撞剐蹭事件频繁发生市场需求增长环境检测基础相成熟推进动泊车系统研究技术发展
12研究容
影响动泊车关键技术两部分：停车位检测车辆控制系统泊车停车位检测做越精确车辆环境控制效果更控制转系统速度方算法设计现状动泊车系统属汽车中超前配置前期技术开发模拟模型车进行测试完善
系统设计分两部分：
（1）速度转控制算法控制路径规划数收集：
速度转控制体：驱动设计电机控制红外遥控设计WIFI视频显示部分提供模拟汽车行驶基条件利系统处理相关控制信号通通输入输入口发动执行器达速度转控制车辆进行泊车动作
路径规划体环境检测模块：循迹模块红外避障模块超声波模块利传感器收集数确定车实时行驶轨迹车位四周环境信息设计难点研究方
（2）模块测试环境搭建终目功测试：
逐模块进行测试环境搭建设计出模拟类停车停车环境传感器熟悉掌握终集成根泊车方式设计算法搭建出终路径规划实现动泊车
汽车智化技术国泊车系统稳定性安全性方面稍足场景识率动化程度等方面甚已实现弯道超车出国厂商技术创新装车速度首屈指反观国外厂商选择更加稳健路线放缓功迭代速度结果流畅度性国更胜筹
设计致力帮助驾驶员解决停车效率实现停车规范降低泊车操作提高驾驶员舒适度国家拥挤城市城市停车设施建设提供更条件
13文结构
文开头通汽车增长背景进行概括提出泊车系统研究意义指出动驾驶泊车系统拟解决问题包含系统设计研究方描述构成泊车系统模块需求分析行性分析：便寻找适合系统符合技术条件硬件模块部分系统详细设计文中详细写出模块详细介绍实践
系统设计中实现方法配置方法拟实现目结合模块进行测试环境搭建部分描述核心算法设计程：包括侧方位泊车算法倒车入库泊车算法配合模块算法计算组合成泊车功搭建测试环境进行测试数收集体现测试环境中结果终进行总结展
2系统需求分析
21控制器需求分析
需精确检测车周围环境意味会外设加入系统中芯片选型优先考虑高性低成低功耗嵌入式处理器
设计STM32F103ZET6芯片拥3ADC11定时器13通信接口实现快速数处理提高系统运算速度停车效率处理芯片提供STM32单片机串口通信容易做两款MCU进行串口通信
22传感器需求分析
身身体感官样通感知知外界环境完成汽车动驾驶动泊车车周身需安装感官 现代传感器精度提高设计需加入传感模块够做分辨障碍物感应停车线停车时实况包含种等收集环境信息适配环境条件进行动泊车
需满足线条产生区设计采TCRT5000传感器黑白色吸收作产生电信号红外光电传感器(HJIR2)定距离中探测物体会输出低电HCSR04超声波测距提供2cm40cm非接触式距离感测功摄头模块车尾查停车时车视环境
23驱动部分需求分析
更真实模拟汽车运作状态设计采四电机开发板L298N驱动L298NST公司生产种高电压电流电机驱动芯片基转通控制两边差速开发板焊接两L298N驱动芯片
控制部分采红外遥控实现车初步控制红外线遥控目前广泛种通信遥控手段原理讲通红外遥控芯片发射接收两部分遥控键盘属发射部分中包括编码调制LED红外发送器接收部分包括光电转换放器解调解码电路
通WIFI模块串口方式控板实现通信车进行控制WIFI模块采标准IEEE 80211nUSB接口带10100Mbps LANWAN复网络接口TTL232串口支持线安全功WAPPSKWPA2PSK加密
24系统行性分析
系统属嵌入式系统系统功模块组成具强扩展型独立模块具特功集成起组成动泊车系统通STM32F103ZET6控芯片处理两关键部分数车位检测：两超声波传感器五路红外循迹模块两红外避障模块摄头图采集控制系统：WIFI线传输控制控制转算法设计车速检测模块电压显示通模型车设计环境进行测试实现应L2级动智泊车
241济行性分析
系统设计完全求实际汽车运行设计车进行汽车模拟运作类模块普价格降低相整汽车系统集成套动泊车系统需款成高传感器摄头控芯片STM32系列专求高性低成低功耗嵌入式应系统专门设计
242技术行性分析
Windows10面利台Keil uVision5MCUC语言开发动泊车系统中研究方路径规划基路径规划环境检测技术重点传感模块成熟MCU通信变更加容易解决技术难点便实现动泊车系统
3系统设计
31板设计
311芯片选择
意法半导体公司中STM32系列芯片：
增强型32位ARM微控制器STM32F103ZET6配置参数
核 ARM® Cortex™M3 32位RISC
工作频率 72MHz
高速存储器高达512K字节闪存64K字节SRAM
STM32F103ZET6正常工作参数
温度范围：40°C +105°C
供电电压：20V 36V
丰富增强IO端口联接两条APB总线外设系列省电模式保证低功耗应求完美支持种传感器数高速率传送控STM32F103ZET6 器件功配置图21示
STM32F103ZET6
定时器8
SPI 3
IIC 2
USART 5
CAN 1
SDIO 3
GPIO 112
USB 5
ADC 12通道
DAC 12通道
图31 芯片器件功
STM32F103ZET6高密度性线系列提供六种器件根选设备
包含64引脚144引脚包括外围设备72 MHz频率高速嵌入式存储器（512 KB闪存SRAM（64 KB）广泛增强型I O外设连接两APB总线器件均提供三12位ADC四通16位ADC四通16位定时器加两PWM定时器标准高级通信接口：两I2C三SPI两I2SSDIO五USARTUSB
图32 芯片系统架构
包含着五驱动单元 ARM® Cortex™M3 32核DCode总线(Dbus)系统总线(Sbus)通DMA1DMA2太网DMA三动单元：部SRAM部闪存存储器AHBAPB桥(AHB2APBx)连接着APB设备两AHBAPB桥AHB2APB总线间提供步连接 APB1操作速度限36MHz APB2操作全速(高72MHz)
时钟树配置外设加入时钟配置根功模块桥进行配置外设前必须设置寄存器RCC_AHBENR开该外设时钟
312集成开发板
芯片总体结构架构图22确定动泊车系统STM32F103ZET6控控制核心支持引进种传感器模块构成路径规划系统运算控制车进行泊车运算采STM32F103ZET6集成开发板图23
图33 开发板芯片引脚图
图34 STM32F103ZET6集成开发板
开发板芯片引脚图图33144通输入输出口够承载传感器控制器加入
购买开发板讲芯片脚引出外设加入杜邦线连接相应模块加入根选择IO口进行配置集成开发板图34示
313开发环境
Keil uVision5 进行STM32F103ZET6编程Keil家业界领先微控制器(MCU)软件开发工具独立供应商提供包括C编译器宏编译连接器库理功强仿真调试器等完整开发方案
创建完整ARM项目需先官网载相应功C文件头文件图35示
35需引进文件
中包括芯片系统时钟定义Keil uVision5Options中选择芯片类型芯片包提前导入keil库中选择生成HEX文件进行烧录设置读取头文件路径选择编译器版
次选择烧录器STLinkV2载器具方便烧录快捷稳定成较低特点期完成仿真调试动作载器图36示
图36 STLINKV2载器
图37 KEIL设置仿真
项目进行设置程序写入开发板中设置进行仿真调试设置图37
示
控制电机占空Analysis Windows查波形输出红外遥控解码控制值Watch中通变量值实时变化进行调试超声波测距距离通计算形成变量Watch中查定时器计数器状态串口发送接收传感器接收电值等等监控
KEIL中提供两种仿真模式种通Simulator进行仿真调试时需实物外种进行选择烧录方式进行实物芯片仿真强仿真功提供模块监控寄存器状态移位操作变量实时变化通Analysis Windows查PWM波形输出等仿真窗口选择图38示
38仿真窗口
32驱动设计
321电机驱动
更真实模拟汽车运作状态设计安装四电机图310示设计通PWM占空调节直流电机转速通控制前轮速度完成车转
A
B
C
D
图310车电机模块
电机控板8IO口通电机高低电控制正反转电机分正负极前进时：先正极电置1负极复位0退正极复位0负极置1停止复位0
电机通输出＼输入IO口配置表
表31 电机芯片脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
A正极
GPIOG
GPIO_Pin_13
AUP
2MHz
GPIO_Mode_Out_PP
A负极
GPIOG
GPIO_Pin_11
ADOWN
B正极
GPIOC
GPIO_Pin_11
BUP
B负极
GPIOD
GPIO_Pin_0
BDOWN
C正极
GPIOD
GPIO_Pin_6
CUP
C负极
GPIOG
GPIO_Pin_9
CDOWN
D正极
GPIOG
GPIO_Pin_4
DUP
D负极
GPIOD
GPIO_Pin_2
DDOWN
车左右两边驱动AC两电机需C电机控制BD电机需B控制里D电机控制脚电机：DUPDDOWN电置1
TIM2定时器产生1US定时TIM2时钟72Mhz通分频时钟分10000HZ配置代码图311示
图311 TIM2分频设置
初期占空实现车速度初步控制开启芯片TIM2定时器启TIM2时钟配置分频频率采计数模式配置频率公式： 72MHz7210010000Hz ①
开启中断中断更新状态编写中断函数达us级计数器
电机驱动部分开发板L298N实现常见15脚Multiwatt封装L298N双H桥直流电机驱动芯片基参数
类型 ：全桥
输入类型 ： 非反相
输出数 ：4
电流输出通道 ：2A
电流峰值输出 ：3A
电源电压 ：45 V ~ 46 V
额定功率：25W
工作温度 ：25°C ~ 130°C
安装类型 ： 通孔
封装外壳 ：Multiwatt15（垂直弯曲错列引线）
产品型号 Motion Motor Control
含两H桥高电压电流全桥式驱动器驱动直流电动机步进电动机继电器线圈等感性负载 采标准逻辑电信号控制具两控制端受输入信号影响情况允许禁止器件工作逻辑电源输入端 部逻辑电路部分低电压工作外接检测电阻变化量反馈控制电路L298N芯片驱动电机该芯片驱动台两相步进电机四相步进电机驱动两台直流电机联时驱动四台电机L298N电机驱动原理图图312示
图312 L298N电机驱动原理图
车两边驱动AC两电机需C控制BD电机需B控制左右电机电机驱动原理图图313示
图313 左右电机原理图
时开启TIM2定时器IRQ中断设置中断级编写中断函数中断函数中设置控制电机占空变量值speed_count：定时器中设定变量值作精准定时延时计数中断函数图314示
图314中断函数配置
通speed_count差值赋值电机变量值达占空实现速度控制里周期50US假设赋值电机速度20US会20US高电30US低电控制电机正转反转速度算法图315示
图315电机控制函数
322红外遥控设计
图316 红外遥控器
次采红外遥控实现车初步控制红外线遥控目前广泛种通信遥控手段具体积功耗低功强成低优点通红外遥控系统发射接收两部分组成应编解码专集成电路芯片进行控制操作发射部分包括键盘编码调制LED红外发送器接收部分包括光电转换放器解调解码电路红外遥控器发送接收图316图317示
MCU
输入设备键盘
输出设备红外发光
MCU
输入设备
红外接收头
输出设备
XXXX
图317 红外遥控器
图318 红外接收解码
开发板红外接收头参数：
工作电压：48～53V
工作电流：17～27mA
接收频率：38kHz
峰值波长：980nm
静态输出：高电
输出低电：≤04V
输出高电：接工作电压
原理：
1 引导码：MCU检测正确引导码确认接收面数保证数稳定性正确性
2 客户码：区分红外遥控设备
3 操作码：客户操作时产生编码通操作产生码值等红外接收头接收
4 解码：芯片通接收电信号解析操作码码值MCU根码值做出相应动作
红外接收端原理图图319示
图319 红外接收端原理图
次设计中9ms高电45ms低电作引导码：
键键值：
0 056ms高电+0565ms低电
1 056ms高电+1685ms低电
终根键值发送二进制数码红外接收端进行解码波形图图320示
图320 波形图
作红外遥控控制然然采中断控制法次设计中采通外部中断边检测器初始化相应GPIO脚配置外部中断源进行中断源GPIO连接编写相应中断源中断处理程序中断接收红外遥控信号便进行解码通MCU处理实现相应动作红外中断函数配置中断函数图321示
图321 EXIT中断函数配置
根遥控器提供键码优先满足车基运动前进退左转右转停止设计算法短200MS运作长持续运行预留钮进入动驾驶状态：循迹模式避障模式超声波模式摄头模式侧方位动泊车倒车入库动泊车等功分布图322示
图322 遥控键分配
根引导码持续时间计算高电时间讲解码数值存数组里面转换根红外标志位判断车进行初步控制车基模型便已成型
解码出基指令代码图323示
图323 键指令
设计果键长时间达1S持续运行指令果短1S运行次样设计利动泊车中转角度精准速度控制实现更完善动泊车机动控制部分中包括转控制刹车控制基础便期传感检测互相融合
33传感器设计
331循迹模块
R
M
L
图324循迹模块
遵循道路现状定车相关循迹算法基三路循迹两二路循迹循迹模块车动行驶路劲规划称循迹技术三路循迹(左)二路循迹(右)图323示循迹模块通输出＼输入IO口配置表
表311 电机芯片脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
三路右
GPIOG
GPIO_Pin_13
SEARCH_R_PIN
50MHz
GPIO_Mode_Out_IPU
三路中
GPIOG
GPIO_Pin_8
SEARCH_M_PIN
三路左
GPIOG
GPIO_Pin_11
SEARCH_L_PIN
二路左
GPIOA
GPIO_Pin_1
LL_PIN
二路右
GPIOA
GPIO_Pin_3
RR_PIN
TCRT5000传感器红外发射二极断发射红外线发射出红外实现没反射回反射回强度够时光敏三极直处关断状态时模块输出端低电反射回强度足够光敏三极达饱便输出高电点亮二极三路循迹二路循迹原理图图325示
图325循迹原理图
停车规范讲车辆处停车线停车线面颜色明显区循迹模块系统设计中车辆环境检测提供重环车辆动驾驶技术通收集停车线颜色进行车位判断关重步采集停车线时候循迹模块MCU信号MCU进车辆停车线处位置进行处理配合模块采集数进行车辆控制实现动泊车设计三路循迹模块放车尾中部两路循迹模块分安置车两端车辆进行转时车轮压停车线两路循迹模块采集信号车辆进行停车操作两路循迹模块压停车线时车辆转已足够进行步操作
采集循迹模块反射信号时进行车辆控制测试算法编写测试算法编写图326示
图326循迹控制
利红外循迹法：利黑白色红外线吸收作进行判断测试设计出模拟停车环境：
底色白色采K4白色纸板拼接成采单条黑线直尺黑色水笔画出模拟停车垂直停车线行停车线车相障碍物模拟已停车辆路径规划部分进行完善车辆控制算法提供基础
332红外避障模块
图327红外避障模块
红外光电传感器(HJIR2)发射出探测脉定距离中探测物体会重新输入MCU中进行处理相红外开关检测障碍物输出低电未检测反知停车程中遇障碍物车进行控制避免碰撞避障功
接收接收信号集成电路进行放会点亮模块LED灯时输出MCU低电信号红外避障放电路图328示
图328红外避障放电路
基硬件：红外发送接收通502调电阻103调电阻调节实现探测距离变送电路：模拟量：数字量：模拟量较器输出开关量
采两避障模块分安装车尾部左右两侧判断停车时障碍物位置MCU进行相应处理动泊车路径规划中遇种障碍物设计重点考虑点现实停车中车位前者车前左右会类车辆设计中车辆固定物体统称障碍物红外避障模块加入周围环境检测起作检测障碍物时方面动泊车系统应做判断车位否符合停车条件外方面停车中保留车辆障碍物安全距离
设计红外避障模块加车尾两端车辆缓速行驶寻找供停车车位时红外避障感应周围障碍物信息MCU收低电信号算法判断否满足停车条件
红外避障模块通输出＼输入IO口配置
312红外避障脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
右避障
GPIOC
GPIO_Pin_7
VOID_R_PIN
2MHz
GPIO_Mode_Out_IPU
左避障
GPIOG
GPIO_Pin_2
VOID_L_PIN
333超声波模块
HCSR04超声波测距提供2cm40cm非接触式距离感测功测距精度达高3mm模块包括超声波发射器接收器控制电路设计利超声波传感器达动泊车中精细调整车进入动泊车模式环境检测部分会通超声波收集左右部掐障碍物具体位置侧方位泊车中利检测前车辆停车距离倒车入库泊车中检测左右车辆精准距离实现更完美泊车路径规划超声波模块图329示
图329超声波模块
超声波工作环境工作原理：
1超声波模块接入电源
2脉触发引脚（trig）输入长20us高电方波
3输入方波模块会动发射840KHz声波时回波引脚（echo）端电会0变1（时应该启动定时器计时）
4超声波返回模块接收时回波引 脚端电会1变0（时应该停止定时器计数）定时器记时间超声波发射返回总时长
5根声音空气中速度344米秒计算出测距离
首先MCU先发送少10us高电触发HCRS04模块部发出信号传感器动回应输出回响信号需关注信号输出高电超声波发出重新返回接收时间次设计利TIM3定时器段时间记录算出距离波回性结果2总时间发送接收时间总超声波测距算法工作图330示
图330超声波计算函数
334 WIFI视频模块
设计模拟倒车途中视摄头倒车时情景展示位机屏幕中模拟出更真实停车环境实时监控倒车时情况通WIFI模块位机编写指定代码传送车WIFI模块WIFI模块中芯片进行解码发送电信号MCU进行控制MCU根WIFI模块中信号车进行控制
WIFI模块采标准IEEE 80211n带110100Mbps LANWAN复网络接口USB接口TTL232串口线安全功支持WAPPSKWPA2PSK加密次WIFI热点名称：hjwifi2014
WIFI中固件包括着款芯片单片机进行串口通信位机发送指令STM32F103ZET6串口单片机根接收TTL指令做出控制电信号
设计Windows10作位机WIFI发送指令需Microsoft NET FrameworkWindows新托代码编程模型强功新技术结合起构建具视觉引注目户体验应程序实现跨技术边界缝通信支持种业务流程
启动PC端软件设计画面中操作指令指令通软件中修改达控制软件名称图331示
图331 PC控制软件
软件中界面基满足车基控制附带开摄头指令设置中需求编写新指令发送控芯片操作界面图332示
图332 PC端操作界面
指令设计通串口接收解析进行动作STM32F103ZET6提供通步异步收发器利分数波特率发生器进行高速数通信
RX：接收数串行输通采样技术区数噪音恢复数
TX：发送数输出发送器禁止时输出引脚恢复IO端口配置发送器激活发送数时TX引脚处高电单线智卡模式里IO口时数发送接收PC端操作指令修改图333示
设计中时开启数收发根收WIFI信号进行判断串口WIFI解码代码：
unsigned char rec_data
if(USART_GetITStatus(USART3 USART_IT_RXNE) RESET)
{
USART_ClearITPendingBit(USART3 USART_IT_RXNE)
* Read one byte from the receive data register *
rec_data USART_ReceiveData(USART3)
if(start0&&rec_data0xff) 果已收包头前收包尾
{
buf[start1]rec_data 缓存数
start++
}
else if(start0&&rec_data0xff) 果收包尾
{
mode[0]buf[0] 状态存储数组赋值
mode[1]buf[1]
mode[2]buf[2]
start0
mode11 指示函数循环检测次
}
else if(rec_data0xff&&start0) 果收包头
start++
}
PC端修改相关指令代码修改指令图411示
图333 PC端指令
34车成品
设计超声波安装车身中位红外避障模块安置车尾两端两路循迹模块安置车尾两端三路循迹模块安装车尾中部成品车图334示
图334车车尾
摄头安装车尾处观察倒车时视环境适作图处理续功推进WIFI模块开发板方影响信号前提合理空间放置
模块系统辅助功相息息相关
避障模块检测前方否障碍物超声波模块根障碍物距离进行车辆调整循迹模块根停车线位置车路径规划图335示
车尾
图335 车功模块分布图
35泊车算法设计环境搭建
常见泊车方式：侧方位泊车倒车入库泊车设计根两种泊车方式设计算法
351侧方位泊车
1．侧方位泊车环境分析搭建
侧方位停车位设置道路宽度设置机动车驾驶证考试中科目二项侧方位停车法设计科目二驾驶中侧方停车标准侧方位泊车图336示
图336侧方位泊车示意图
设计底色白色纸板粘接成纸板先铅笔画出固定面积侧方位停车位停车线宽度1CM颜色白色板明显区分采黑色记号笔涂满1CM宽度停车线测试环境中设计三停车位条道路中心线根停车场景障碍物代车物体放相邻停车位
2．侧方位泊车算法设计
根停车场景设计通收集环境信息进行处理作出控制电信号
果未扫描障碍物相邻车系统通循迹模块停车线反射强度定位停车位具体位置具体算法逻辑流程图337示：
左循迹模块 1
右循迹模块 1
前进（速度减半）
左转
左转200MS
中循迹模块 1
摆正车身
右转100MS
中循迹模块 1
Y
N
退(速度减半)
泊车完成
退2cm
选择侧方位泊车
车位满足停车条件
调整车位置
N
Y
左转
图337 侧方位泊车流程图
车位车辆左方开始设计泊车算法：
1遥控器钮行泊车模式开始检测周围环境信息果超声波反射回距离10CM判断障碍物10CM判断障碍物
2减速退直超声波判断距离10CM红外避障感应
3红外避障感应继续退重复(1)(2)步骤
4左循迹模块感应停车线系统收集时车辆左转角度然继续左转
5右循迹模块感应停车线系统收集时车辆位置信息车左转角度足系统时予200MS左转信号
6车辆左转角度已足够停车时车辆速度快修改高电占降低速度出持续前进电信号
7中循迹模块感应边缘停车线车停止
8开始摆正车身根左转角度出相延时右转信号摆正车身
9右转进行时中循迹模块进行判定果收集电信号车进行退调整然完成整系统泊车操作
相关算法设计代码
if(LL_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 1
}
CarRight()
}
else if (auto_flag 1)
{
if(RR_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarRight()
delay_ms(6000)
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 2
}
CarRight()
}
else if(auto_flag 2)
{
SPEED_DUTY 10
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(6000)
back_time 0
back_flag 0
auto_flag 3
}
CarGo()
}
else if(auto_flag 3)
{
SPEED_DUTY 30
if(back_time < 600)
{
CarLeft()
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
back_flag 1
}
if(back_time 599)auto_flag 4
}
}
else if (auto_flag 4)
{
if(back_flag 0)sensor_flag 0
else if(back_flag 1)
{
SPEED_DUTY 20
CarBack()
delay_ms(4000)
CarStop()
sensor_flag 0
}
}
352倒车入库
1．倒车入库环境分析搭建
倒车入库数停车场中停车建设停停车场较规范停车线规划停车建设线条感应更容易 倒车入库示意图图338示
图338 倒车入库示意图
2算法设计
系统针倒车入库设计流程图339示
左循迹模块 1
右循迹模块 1
前进（速度减半）
左转
中循迹模块 1
左转
退100MS
车身否摆正
Y
N
三路循迹齐
泊车完成
选择倒车入库泊车
超声波距离>8cm
退调整
N
YY
左转
退100MS
图339 倒车入库流程图
具体倒车入库算法描述：
1遥控器钮垂直泊车模式开始检测周围环境信息果超声波反射回距离10CM判断障碍物10CM判断障碍物
2减速退直超声波判断距离10CM红外避障未感应障碍物开始左转
3左循迹模块感应停车线系统收集时车辆左转角度然继续左转
4右循迹模块感应停车线系统收集时车辆位置信息
5车辆左转角度已足够调整车身左转车身垂直
6根车身调整位置三路循迹条直线出前进信号
7倒车入库完成
算法相关代码
void AUTO_Vertical(void)
{
if (auto_flag 0 )
{
if(obstacle_flag 0)
{
if(distance_cm < 15 )
{
SPEED_DUTY 10
CarGo()
return
}
else if(distance_cm > 15 )
{
CarStop()
obstacle_flag 1
}
}
if( obstacle_flag 1)
{
SPEED_DUTY 30
CarRight()
if(LL_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 1
}
}
}
else if (auto_flag 1)
{
if(SEARCH_L_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 2
}
CarRight()
}
else if(auto_flag 2)
{
SPEED_DUTY 10
CarGo()
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(8000)
auto_flag 3
back_time 0
}
}
else if(auto_flag 3)
{
SPEED_DUTY 30
if(back_time > 12)auto_flag 4
if(back_time < 14)
{
CarRight()
}
}
else if(auto_flag 4)
{
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(6000)
sensor_flag 0
}
SPEED_DUTY 10
CarGo()
}
}
4系统测试
系统三部分：控制部分传感部分算法部分具体需测试功逐分布测试程组成总体进行测试中需解系统总体架构流程图图41示
系统板
红外遥控
电机驱动
传感模块
算法设置
基运行
模式选择
中断处理
正转
反转
占空调速
红外光感
超声波
红外避障
侧方位泊车
倒车入库泊车
控制部分
传感部分
算法部分
图41 总体架构流程
首先设计环境车控制模块进行测试分析需求：车做速度方控制保持稳定性代码编写通遥控器基实现车前进退速度控制键中左转右转功根代码中Switch中预留功Case新增车指令功车运行程保持稳定性电压表根电压波动稳定判断
传感部分进行测试数收集红外避障模块硬件处调整电阻工程中配置KEIL仿真界面中开IO口输出电监控手掌放避障模块前方电变化超声波模块设计距离算法算法中加入均值运算加强超声波稳定性放全局变量中手掌超声波前方调整距离利仿真中Watch窗口查变量数值测试完成超声波测距表现稳定精准循迹模块K8纸中黑色水笔涂出块黑色区域仿真中循迹反射白色区域WHITE_AREA 0黑色区域BLACK_AREA 1测试设计中传感模块精度达需求稳定性强
算法测试系统设计终目标算法通测试结果断完善积累验
表车距离控制线性规律电压值8V：
411占空延时车运行距离表
10
20
30
40
50
200MS
1CM
44CM
84CM
110CM
182CM
400MS
2CM
73CM
117CM
15CM
184CM
测试设计停车时速度采SPEED_DUTY 30毫秒数200MS
次设计模拟停车环境图42示
图42 侧方位泊车环境
优先模拟周围障碍物情形会通判断停车线然根算法步骤车停进车位次测试车次稳定停入车位控制者车驶停车位行位置会导致停车缓慢容易出错车位供停车范围需车位置限制运行完侧方位泊车车位置图43示
图62 侧方位泊车环境
图43 侧方位泊车测试结果
次测试环境障碍物情况动泊车系统开启超声波判断障碍物位置然通红外避障检测两障碍物间够满足停车条件系统进行动泊车表现较稳定
倒车入库算法：
次模拟倒车入库测试环境图44示
图44 倒车入库泊车环境
车现实车辆存差异倒车入库做法现实中容易测试中动泊车系统表现稳定障碍物环境够利停车
测试结果图45示
图45 倒车入库泊车测试结果
模拟停车环境左右侧车辆进行泊车超声波配合红外避障模块判断否足够缝隙进行泊车系统功测试稳定
5总结展
设计基满足正常情形动泊车符合具规范化停车线动泊车车控制车尾旁边时判断周围障碍物信息然进行稳定动泊车操作
系统扩展性功满足继升级条件
系统缺乏着动识车位功续追加中果车位建设够达定条件外设中增加定位信息实现车认驾驶车位旁边便进行动泊车操作
未城市化停车建设中停车场建设雷达技术更加普实现车位定位遍布行期车辆种模式够进行动泊车动驾驶技术研究方设计已拥检测条件增加更精确检测模块车规划更精准控制实现完全动泊车
参考文献
[1] 20182019动泊车动泊车行业研究报告
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[8] 邹传伍周瑞浩马彪基超声波全动行泊车路径规划[J]现代制造2017(33)：1112
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基STM32动泊车系统设计实现
基STM32动泊车系统设计实现
摘
动泊车系统(Automated Parking System简称APS)项属驾驶重技术
着车辆激增汽车动驾驶技术断创新发展动泊车系统尚未普降低工停车难度设计种基STM32F103ZET6实现动倒车入库侧方位停车智化车系统
该动泊车系统利红外光感HJIR2传感器超声波HCSR04模块循迹TCRT5000模块标准IEEE 80211ndWIFI模块组成进行环境检测实现障碍物识采集数传送处理器处理器数转换电信号驱动车控制L298N驱动模块模块Keil uVsion5编译环境整合起路径规划车进行速度控制转控制
系统根停车位识模拟停车环境控制车进行入库操作满足停车环境进行智化动泊车系统属嵌入式系统兼容数汽车实现侧方位泊车倒车入库行细微调整实现更稳定入库停车
关键词：STM32 线条识 动泊车 车辆控制
Automatic Parking System Based on STM32F103ZET6
Abstract
The Automated Parking System (APS) is one of the important technology for Autonomous vehicles With the rapid increase of vehicles and the continuous innovation and development of automotive automatic driving technology automatic parking systems have not yet been popularizedIn order to reduce the difficulty of manual parking at present there is an intelligent design based on STM32F103ZET6 for automatic reverse parking and lateral storage Trolley system
The automatic parking system uses infrared lightsensing HJIR2 sensor ultrasonic HCSR04 module tracking TCRT5000 module and standard IEEE 80211nd WIFI module to perform environmental detection realize obstacle recognition and collect the collected data Transmitted to the processor the processor converts the data into electric signals to drive the car＇s control L298N drive module and performs speed control and steering control on the car under path planning
The algorithm design of the car parking action the system designed the algorithm to control the car to enter the storage operation under the simulated parking environment which meets the intelligent automatic parking in different parking environments and realizes the side parking and reverse parking Enter the parking and make fine adjustments to achieve more stable parking
Keywords AutomaticparkingenvironmentalLine recognition
目 录
1系统概 1
11项目意义 1
12研究容 1
13文结构 2
2系统需求分析 3
21控制器需求分析 3
22传感器需求分析 3
23驱动部分需求分析 3
24系统行性分析 3
241济行性分析 4
242技术行性分析 4
3系统设计 5
31板设计 5
311芯片选择 5
312集成开发板 6
313开发环境 8
32驱动设计 10
321电机驱动 10
322红外遥控设计 14
33传感器设计 18
331循迹模块 18
332红外避障模块 20
333超声波模块 22
334 WIFI视频模块 23
34车成品 26
35泊车算法设计环境搭建 27
351侧方位泊车 27
352倒车入库 32
4系统测试 38
5总结展 42
谢 辞 43
1系统概
工业革命带极生产力全球汽车保量逐年激增国体私营济快速发展道路断完善促进私汽车购买热潮根汽车数享全球汽车数量十五年两倍增长量2019年中国汽车保量253万亿成全球第超越美国25万亿汽车保量迄止全球汽车保量已超10万亿辆
方面着国城镇化机动化进程快速推进国家更支持规范引导城市停车设施建设写入十三五规划纲智化泊车系统城市停车设施建设相辅相成致力解决民生问题泊车系统智技术非常效投资领域方面智化全球覆盖动泊车系统直处研究历程中：
①1992年众概念车IRVW Futura搭载APS
②2005年雪铁龙研发CityPark系统
③2007年丰田安装IPA系统
④2008年德国奔驰众等企业CityPark低造价IPA结合起
⑤2010年中国德赛西威开发出2D全景泊车系统
⑥2016年中国德赛西威推出3D全景泊车系统
着目前汽车智化研究火荼发展进步特传感器技术快速发展国均更便利动泊车系统作动驾驶系统发展重组成部分1
11项目意义
目前见汽车企业数控制L2级半动驾驶中包括半动泊车系统：传感器技术组成配合收集精确环境信息实现泊车路径规划系统进行车辆控制等功部分动泊车(高级泊车辅助APA)系统辅助驾驶员监控实现泊车动作现实中车辆激增带停车问题变更加复杂城市停车空间限汽车驶入式样停车位置驾驶员项必备技相交通压力复杂样停车环境限苛刻停车空间停车难成众驾驶员难题泊车程中出现轻微碰撞剐蹭事件频繁发生市场需求增长环境检测基础相成熟推进动泊车系统研究技术发展
12研究容
影响动泊车关键技术两部分：停车位检测车辆控制系统泊车停车位检测做越精确车辆环境控制效果更控制转系统速度方算法设计现状动泊车系统属汽车中超前配置前期技术开发模拟模型车进行测试完善
系统设计分两部分：
（1）速度转控制算法控制路径规划数收集：
速度转控制体：驱动设计电机控制红外遥控设计WIFI视频显示部分提供模拟汽车行驶基条件利系统处理相关控制信号通通输入输入口发动执行器达速度转控制车辆进行泊车动作
路径规划体环境检测模块：循迹模块红外避障模块超声波模块利传感器收集数确定车实时行驶轨迹车位四周环境信息设计难点研究方
（2）模块测试环境搭建终目功测试：
逐模块进行测试环境搭建设计出模拟类停车停车环境传感器熟悉掌握终集成根泊车方式设计算法搭建出终路径规划实现动泊车
汽车智化技术国泊车系统稳定性安全性方面稍足场景识率动化程度等方面甚已实现弯道超车出国厂商技术创新装车速度首屈指反观国外厂商选择更加稳健路线放缓功迭代速度结果流畅度性国更胜筹
设计致力帮助驾驶员解决停车效率实现停车规范降低泊车操作提高驾驶员舒适度国家拥挤城市城市停车设施建设提供更条件
13文结构
文开头通汽车增长背景进行概括提出泊车系统研究意义指出动驾驶泊车系统拟解决问题包含系统设计研究方描述构成泊车系统模块需求分析行性分析：便寻找适合系统符合技术条件硬件模块部分系统详细设计文中详细写出模块详细介绍实践
系统设计中实现方法配置方法拟实现目结合模块进行测试环境搭建部分描述核心算法设计程：包括侧方位泊车算法倒车入库泊车算法配合模块算法计算组合成泊车功搭建测试环境进行测试数收集体现测试环境中结果终进行总结展
2系统需求分析
21控制器需求分析
需精确检测车周围环境意味会外设加入系统中芯片选型优先考虑高性低成低功耗嵌入式处理器
设计STM32F103ZET6芯片拥3ADC11定时器13通信接口实现快速数处理提高系统运算速度停车效率处理芯片提供STM32单片机串口通信容易做两款MCU进行串口通信
22传感器需求分析
身身体感官样通感知知外界环境完成汽车动驾驶动泊车车周身需安装感官 现代传感器精度提高设计需加入传感模块够做分辨障碍物感应停车线停车时实况包含种等收集环境信息适配环境条件进行动泊车
需满足线条产生区设计采TCRT5000传感器黑白色吸收作产生电信号红外光电传感器(HJIR2)定距离中探测物体会输出低电HCSR04超声波测距提供2cm40cm非接触式距离感测功摄头模块车尾查停车时车视环境
23驱动部分需求分析
更真实模拟汽车运作状态设计采四电机开发板L298N驱动L298NST公司生产种高电压电流电机驱动芯片基转通控制两边差速开发板焊接两L298N驱动芯片
控制部分采红外遥控实现车初步控制红外线遥控目前广泛种通信遥控手段原理讲通红外遥控芯片发射接收两部分遥控键盘属发射部分中包括编码调制LED红外发送器接收部分包括光电转换放器解调解码电路
通WIFI模块串口方式控板实现通信车进行控制WIFI模块采标准IEEE 80211nUSB接口带10100Mbps LANWAN复网络接口TTL232串口支持线安全功WAPPSKWPA2PSK加密
24系统行性分析
系统属嵌入式系统系统功模块组成具强扩展型独立模块具特功集成起组成动泊车系统通STM32F103ZET6控芯片处理两关键部分数车位检测：两超声波传感器五路红外循迹模块两红外避障模块摄头图采集控制系统：WIFI线传输控制控制转算法设计车速检测模块电压显示通模型车设计环境进行测试实现应L2级动智泊车
241济行性分析
系统设计完全求实际汽车运行设计车进行汽车模拟运作类模块普价格降低相整汽车系统集成套动泊车系统需款成高传感器摄头控芯片STM32系列专求高性低成低功耗嵌入式应系统专门设计
242技术行性分析
Windows10面利台Keil uVision5MCUC语言开发动泊车系统中研究方路径规划基路径规划环境检测技术重点传感模块成熟MCU通信变更加容易解决技术难点便实现动泊车系统
3系统设计
31板设计
311芯片选择
意法半导体公司中STM32系列芯片：
增强型32位ARM微控制器STM32F103ZET6配置参数
核 ARM® Cortex™M3 32位RISC
工作频率 72MHz
高速存储器高达512K字节闪存64K字节SRAM
STM32F103ZET6正常工作参数
温度范围：40°C +105°C
供电电压：20V 36V
丰富增强IO端口联接两条APB总线外设系列省电模式保证低功耗应求完美支持种传感器数高速率传送控STM32F103ZET6 器件功配置图21示
STM32F103ZET6
定时器8
SPI 3
IIC 2
USART 5
CAN 1
SDIO 3
GPIO 112
USB 5
ADC 12通道
DAC 12通道
图31 芯片器件功
STM32F103ZET6高密度性线系列提供六种器件根选设备
包含64引脚144引脚包括外围设备72 MHz频率高速嵌入式存储器（512 KB闪存SRAM（64 KB）广泛增强型I O外设连接两APB总线器件均提供三12位ADC四通16位ADC四通16位定时器加两PWM定时器标准高级通信接口：两I2C三SPI两I2SSDIO五USARTUSB
图32 芯片系统架构
包含着五驱动单元 ARM® Cortex™M3 32核DCode总线(Dbus)系统总线(Sbus)通DMA1DMA2太网DMA三动单元：部SRAM部闪存存储器AHBAPB桥(AHB2APBx)连接着APB设备两AHBAPB桥AHB2APB总线间提供步连接 APB1操作速度限36MHz APB2操作全速(高72MHz)
时钟树配置外设加入时钟配置根功模块桥进行配置外设前必须设置寄存器RCC_AHBENR开该外设时钟
312集成开发板
芯片总体结构架构图22确定动泊车系统STM32F103ZET6控控制核心支持引进种传感器模块构成路径规划系统运算控制车进行泊车运算采STM32F103ZET6集成开发板图23
图33 开发板芯片引脚图
图34 STM32F103ZET6集成开发板
开发板芯片引脚图图33144通输入输出口够承载传感器控制器加入
购买开发板讲芯片脚引出外设加入杜邦线连接相应模块加入根选择IO口进行配置集成开发板图34示
313开发环境
Keil uVision5 进行STM32F103ZET6编程Keil家业界领先微控制器(MCU)软件开发工具独立供应商提供包括C编译器宏编译连接器库理功强仿真调试器等完整开发方案
创建完整ARM项目需先官网载相应功C文件头文件图35示
35需引进文件
中包括芯片系统时钟定义Keil uVision5Options中选择芯片类型芯片包提前导入keil库中选择生成HEX文件进行烧录设置读取头文件路径选择编译器版
次选择烧录器STLinkV2载器具方便烧录快捷稳定成较低特点期完成仿真调试动作载器图36示
图36 STLINKV2载器
图37 KEIL设置仿真
项目进行设置程序写入开发板中设置进行仿真调试设置图37
示
控制电机占空Analysis Windows查波形输出红外遥控解码控制值Watch中通变量值实时变化进行调试超声波测距距离通计算形成变量Watch中查定时器计数器状态串口发送接收传感器接收电值等等监控
KEIL中提供两种仿真模式种通Simulator进行仿真调试时需实物外种进行选择烧录方式进行实物芯片仿真强仿真功提供模块监控寄存器状态移位操作变量实时变化通Analysis Windows查PWM波形输出等仿真窗口选择图38示
38仿真窗口
32驱动设计
321电机驱动
更真实模拟汽车运作状态设计安装四电机图310示设计通PWM占空调节直流电机转速通控制前轮速度完成车转
A
B
C
D
图310车电机模块
电机控板8IO口通电机高低电控制正反转电机分正负极前进时：先正极电置1负极复位0退正极复位0负极置1停止复位0
电机通输出＼输入IO口配置表
表31 电机芯片脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
A正极
GPIOG
GPIO_Pin_13
AUP
2MHz
GPIO_Mode_Out_PP
A负极
GPIOG
GPIO_Pin_11
ADOWN
B正极
GPIOC
GPIO_Pin_11
BUP
B负极
GPIOD
GPIO_Pin_0
BDOWN
C正极
GPIOD
GPIO_Pin_6
CUP
C负极
GPIOG
GPIO_Pin_9
CDOWN
D正极
GPIOG
GPIO_Pin_4
DUP
D负极
GPIOD
GPIO_Pin_2
DDOWN
车左右两边驱动AC两电机需C电机控制BD电机需B控制里D电机控制脚电机：DUPDDOWN电置1
TIM2定时器产生1US定时TIM2时钟72Mhz通分频时钟分10000HZ配置代码图311示
图311 TIM2分频设置
初期占空实现车速度初步控制开启芯片TIM2定时器启TIM2时钟配置分频频率采计数模式配置频率公式： 72MHz7210010000Hz ①
开启中断中断更新状态编写中断函数达us级计数器
电机驱动部分开发板L298N实现常见15脚Multiwatt封装L298N双H桥直流电机驱动芯片基参数
类型 ：全桥
输入类型 ： 非反相
输出数 ：4
电流输出通道 ：2A
电流峰值输出 ：3A
电源电压 ：45 V ~ 46 V
额定功率：25W
工作温度 ：25°C ~ 130°C
安装类型 ： 通孔
封装外壳 ：Multiwatt15（垂直弯曲错列引线）
产品型号 Motion Motor Control
含两H桥高电压电流全桥式驱动器驱动直流电动机步进电动机继电器线圈等感性负载 采标准逻辑电信号控制具两控制端受输入信号影响情况允许禁止器件工作逻辑电源输入端 部逻辑电路部分低电压工作外接检测电阻变化量反馈控制电路L298N芯片驱动电机该芯片驱动台两相步进电机四相步进电机驱动两台直流电机联时驱动四台电机L298N电机驱动原理图图312示
图312 L298N电机驱动原理图
车两边驱动AC两电机需C控制BD电机需B控制左右电机电机驱动原理图图313示
图313 左右电机原理图
时开启TIM2定时器IRQ中断设置中断级编写中断函数中断函数中设置控制电机占空变量值speed_count：定时器中设定变量值作精准定时延时计数中断函数图314示
图314中断函数配置
通speed_count差值赋值电机变量值达占空实现速度控制里周期50US假设赋值电机速度20US会20US高电30US低电控制电机正转反转速度算法图315示
图315电机控制函数
322红外遥控设计
图316 红外遥控器
次采红外遥控实现车初步控制红外线遥控目前广泛种通信遥控手段具体积功耗低功强成低优点通红外遥控系统发射接收两部分组成应编解码专集成电路芯片进行控制操作发射部分包括键盘编码调制LED红外发送器接收部分包括光电转换放器解调解码电路红外遥控器发送接收图316图317示
MCU
输入设备键盘
输出设备红外发光
MCU
输入设备
红外接收头
输出设备
XXXX
图317 红外遥控器
图318 红外接收解码
开发板红外接收头参数：
工作电压：48～53V
工作电流：17～27mA
接收频率：38kHz
峰值波长：980nm
静态输出：高电
输出低电：≤04V
输出高电：接工作电压
原理：
1 引导码：MCU检测正确引导码确认接收面数保证数稳定性正确性
2 客户码：区分红外遥控设备
3 操作码：客户操作时产生编码通操作产生码值等红外接收头接收
4 解码：芯片通接收电信号解析操作码码值MCU根码值做出相应动作
红外接收端原理图图319示
图319 红外接收端原理图
次设计中9ms高电45ms低电作引导码：
键键值：
0 056ms高电+0565ms低电
1 056ms高电+1685ms低电
终根键值发送二进制数码红外接收端进行解码波形图图320示
图320 波形图
作红外遥控控制然然采中断控制法次设计中采通外部中断边检测器初始化相应GPIO脚配置外部中断源进行中断源GPIO连接编写相应中断源中断处理程序中断接收红外遥控信号便进行解码通MCU处理实现相应动作红外中断函数配置中断函数图321示
图321 EXIT中断函数配置
根遥控器提供键码优先满足车基运动前进退左转右转停止设计算法短200MS运作长持续运行预留钮进入动驾驶状态：循迹模式避障模式超声波模式摄头模式侧方位动泊车倒车入库动泊车等功分布图322示
图322 遥控键分配
根引导码持续时间计算高电时间讲解码数值存数组里面转换根红外标志位判断车进行初步控制车基模型便已成型
解码出基指令代码图323示
图323 键指令
设计果键长时间达1S持续运行指令果短1S运行次样设计利动泊车中转角度精准速度控制实现更完善动泊车机动控制部分中包括转控制刹车控制基础便期传感检测互相融合
33传感器设计
331循迹模块
R
M
L
图324循迹模块
遵循道路现状定车相关循迹算法基三路循迹两二路循迹循迹模块车动行驶路劲规划称循迹技术三路循迹(左)二路循迹(右)图323示循迹模块通输出＼输入IO口配置表
表311 电机芯片脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
三路右
GPIOG
GPIO_Pin_13
SEARCH_R_PIN
50MHz
GPIO_Mode_Out_IPU
三路中
GPIOG
GPIO_Pin_8
SEARCH_M_PIN
三路左
GPIOG
GPIO_Pin_11
SEARCH_L_PIN
二路左
GPIOA
GPIO_Pin_1
LL_PIN
二路右
GPIOA
GPIO_Pin_3
RR_PIN
TCRT5000传感器红外发射二极断发射红外线发射出红外实现没反射回反射回强度够时光敏三极直处关断状态时模块输出端低电反射回强度足够光敏三极达饱便输出高电点亮二极三路循迹二路循迹原理图图325示
图325循迹原理图
停车规范讲车辆处停车线停车线面颜色明显区循迹模块系统设计中车辆环境检测提供重环车辆动驾驶技术通收集停车线颜色进行车位判断关重步采集停车线时候循迹模块MCU信号MCU进车辆停车线处位置进行处理配合模块采集数进行车辆控制实现动泊车设计三路循迹模块放车尾中部两路循迹模块分安置车两端车辆进行转时车轮压停车线两路循迹模块采集信号车辆进行停车操作两路循迹模块压停车线时车辆转已足够进行步操作
采集循迹模块反射信号时进行车辆控制测试算法编写测试算法编写图326示
图326循迹控制
利红外循迹法：利黑白色红外线吸收作进行判断测试设计出模拟停车环境：
底色白色采K4白色纸板拼接成采单条黑线直尺黑色水笔画出模拟停车垂直停车线行停车线车相障碍物模拟已停车辆路径规划部分进行完善车辆控制算法提供基础
332红外避障模块
图327红外避障模块
红外光电传感器(HJIR2)发射出探测脉定距离中探测物体会重新输入MCU中进行处理相红外开关检测障碍物输出低电未检测反知停车程中遇障碍物车进行控制避免碰撞避障功
接收接收信号集成电路进行放会点亮模块LED灯时输出MCU低电信号红外避障放电路图328示
图328红外避障放电路
基硬件：红外发送接收通502调电阻103调电阻调节实现探测距离变送电路：模拟量：数字量：模拟量较器输出开关量
采两避障模块分安装车尾部左右两侧判断停车时障碍物位置MCU进行相应处理动泊车路径规划中遇种障碍物设计重点考虑点现实停车中车位前者车前左右会类车辆设计中车辆固定物体统称障碍物红外避障模块加入周围环境检测起作检测障碍物时方面动泊车系统应做判断车位否符合停车条件外方面停车中保留车辆障碍物安全距离
设计红外避障模块加车尾两端车辆缓速行驶寻找供停车车位时红外避障感应周围障碍物信息MCU收低电信号算法判断否满足停车条件
红外避障模块通输出＼输入IO口配置
312红外避障脚配置表
GPIO
PIN
Define
SPEED
MODE
右避障
GPIOC
GPIO_Pin_7
VOID_R_PIN
2MHz
GPIO_Mode_Out_IPU
左避障
GPIOG
GPIO_Pin_2
VOID_L_PIN
333超声波模块
HCSR04超声波测距提供2cm40cm非接触式距离感测功测距精度达高3mm模块包括超声波发射器接收器控制电路设计利超声波传感器达动泊车中精细调整车进入动泊车模式环境检测部分会通超声波收集左右部掐障碍物具体位置侧方位泊车中利检测前车辆停车距离倒车入库泊车中检测左右车辆精准距离实现更完美泊车路径规划超声波模块图329示
图329超声波模块
超声波工作环境工作原理：
1超声波模块接入电源
2脉触发引脚（trig）输入长20us高电方波
3输入方波模块会动发射840KHz声波时回波引脚（echo）端电会0变1（时应该启动定时器计时）
4超声波返回模块接收时回波引 脚端电会1变0（时应该停止定时器计数）定时器记时间超声波发射返回总时长
5根声音空气中速度344米秒计算出测距离
首先MCU先发送少10us高电触发HCRS04模块部发出信号传感器动回应输出回响信号需关注信号输出高电超声波发出重新返回接收时间次设计利TIM3定时器段时间记录算出距离波回性结果2总时间发送接收时间总超声波测距算法工作图330示
图330超声波计算函数
334 WIFI视频模块
设计模拟倒车途中视摄头倒车时情景展示位机屏幕中模拟出更真实停车环境实时监控倒车时情况通WIFI模块位机编写指定代码传送车WIFI模块WIFI模块中芯片进行解码发送电信号MCU进行控制MCU根WIFI模块中信号车进行控制
WIFI模块采标准IEEE 80211n带110100Mbps LANWAN复网络接口USB接口TTL232串口线安全功支持WAPPSKWPA2PSK加密次WIFI热点名称：hjwifi2014
WIFI中固件包括着款芯片单片机进行串口通信位机发送指令STM32F103ZET6串口单片机根接收TTL指令做出控制电信号
设计Windows10作位机WIFI发送指令需Microsoft NET FrameworkWindows新托代码编程模型强功新技术结合起构建具视觉引注目户体验应程序实现跨技术边界缝通信支持种业务流程
启动PC端软件设计画面中操作指令指令通软件中修改达控制软件名称图331示
图331 PC控制软件
软件中界面基满足车基控制附带开摄头指令设置中需求编写新指令发送控芯片操作界面图332示
图332 PC端操作界面
指令设计通串口接收解析进行动作STM32F103ZET6提供通步异步收发器利分数波特率发生器进行高速数通信
RX：接收数串行输通采样技术区数噪音恢复数
TX：发送数输出发送器禁止时输出引脚恢复IO端口配置发送器激活发送数时TX引脚处高电单线智卡模式里IO口时数发送接收PC端操作指令修改图333示
设计中时开启数收发根收WIFI信号进行判断串口WIFI解码代码：
unsigned char rec_data
if(USART_GetITStatus(USART3 USART_IT_RXNE) RESET)
{
USART_ClearITPendingBit(USART3 USART_IT_RXNE)
* Read one byte from the receive data register *
rec_data USART_ReceiveData(USART3)
if(start0&&rec_data0xff) 果已收包头前收包尾
{
buf[start1]rec_data 缓存数
start++
}
else if(start0&&rec_data0xff) 果收包尾
{
mode[0]buf[0] 状态存储数组赋值
mode[1]buf[1]
mode[2]buf[2]
start0
mode11 指示函数循环检测次
}
else if(rec_data0xff&&start0) 果收包头
start++
}
PC端修改相关指令代码修改指令图411示
图333 PC端指令
34车成品
设计超声波安装车身中位红外避障模块安置车尾两端两路循迹模块安置车尾两端三路循迹模块安装车尾中部成品车图334示
图334车车尾
摄头安装车尾处观察倒车时视环境适作图处理续功推进WIFI模块开发板方影响信号前提合理空间放置
模块系统辅助功相息息相关
避障模块检测前方否障碍物超声波模块根障碍物距离进行车辆调整循迹模块根停车线位置车路径规划图335示
车尾
图335 车功模块分布图
35泊车算法设计环境搭建
常见泊车方式：侧方位泊车倒车入库泊车设计根两种泊车方式设计算法
351侧方位泊车
1．侧方位泊车环境分析搭建
侧方位停车位设置道路宽度设置机动车驾驶证考试中科目二项侧方位停车法设计科目二驾驶中侧方停车标准侧方位泊车图336示
图336侧方位泊车示意图
设计底色白色纸板粘接成纸板先铅笔画出固定面积侧方位停车位停车线宽度1CM颜色白色板明显区分采黑色记号笔涂满1CM宽度停车线测试环境中设计三停车位条道路中心线根停车场景障碍物代车物体放相邻停车位
2．侧方位泊车算法设计
根停车场景设计通收集环境信息进行处理作出控制电信号
果未扫描障碍物相邻车系统通循迹模块停车线反射强度定位停车位具体位置具体算法逻辑流程图337示：
左循迹模块 1
右循迹模块 1
前进（速度减半）
左转
左转200MS
中循迹模块 1
摆正车身
右转100MS
中循迹模块 1
Y
N
退(速度减半)
泊车完成
退2cm
选择侧方位泊车
车位满足停车条件
调整车位置
N
Y
左转
图337 侧方位泊车流程图
车位车辆左方开始设计泊车算法：
1遥控器钮行泊车模式开始检测周围环境信息果超声波反射回距离10CM判断障碍物10CM判断障碍物
2减速退直超声波判断距离10CM红外避障感应
3红外避障感应继续退重复(1)(2)步骤
4左循迹模块感应停车线系统收集时车辆左转角度然继续左转
5右循迹模块感应停车线系统收集时车辆位置信息车左转角度足系统时予200MS左转信号
6车辆左转角度已足够停车时车辆速度快修改高电占降低速度出持续前进电信号
7中循迹模块感应边缘停车线车停止
8开始摆正车身根左转角度出相延时右转信号摆正车身
9右转进行时中循迹模块进行判定果收集电信号车进行退调整然完成整系统泊车操作
相关算法设计代码
if(LL_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 1
}
CarRight()
}
else if (auto_flag 1)
{
if(RR_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarRight()
delay_ms(6000)
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 2
}
CarRight()
}
else if(auto_flag 2)
{
SPEED_DUTY 10
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(6000)
back_time 0
back_flag 0
auto_flag 3
}
CarGo()
}
else if(auto_flag 3)
{
SPEED_DUTY 30
if(back_time < 600)
{
CarLeft()
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
back_flag 1
}
if(back_time 599)auto_flag 4
}
}
else if (auto_flag 4)
{
if(back_flag 0)sensor_flag 0
else if(back_flag 1)
{
SPEED_DUTY 20
CarBack()
delay_ms(4000)
CarStop()
sensor_flag 0
}
}
352倒车入库
1．倒车入库环境分析搭建
倒车入库数停车场中停车建设停停车场较规范停车线规划停车建设线条感应更容易 倒车入库示意图图338示
图338 倒车入库示意图
2算法设计
系统针倒车入库设计流程图339示
左循迹模块 1
右循迹模块 1
前进（速度减半）
左转
中循迹模块 1
左转
退100MS
车身否摆正
Y
N
三路循迹齐
泊车完成
选择倒车入库泊车
超声波距离>8cm
退调整
N
YY
左转
退100MS
图339 倒车入库流程图
具体倒车入库算法描述：
1遥控器钮垂直泊车模式开始检测周围环境信息果超声波反射回距离10CM判断障碍物10CM判断障碍物
2减速退直超声波判断距离10CM红外避障未感应障碍物开始左转
3左循迹模块感应停车线系统收集时车辆左转角度然继续左转
4右循迹模块感应停车线系统收集时车辆位置信息
5车辆左转角度已足够调整车身左转车身垂直
6根车身调整位置三路循迹条直线出前进信号
7倒车入库完成
算法相关代码
void AUTO_Vertical(void)
{
if (auto_flag 0 )
{
if(obstacle_flag 0)
{
if(distance_cm < 15 )
{
SPEED_DUTY 10
CarGo()
return
}
else if(distance_cm > 15 )
{
CarStop()
obstacle_flag 1
}
}
if( obstacle_flag 1)
{
SPEED_DUTY 30
CarRight()
if(LL_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 1
}
}
}
else if (auto_flag 1)
{
if(SEARCH_L_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
auto_flag 2
}
CarRight()
}
else if(auto_flag 2)
{
SPEED_DUTY 10
CarGo()
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(8000)
auto_flag 3
back_time 0
}
}
else if(auto_flag 3)
{
SPEED_DUTY 30
if(back_time > 12)auto_flag 4
if(back_time < 14)
{
CarRight()
}
}
else if(auto_flag 4)
{
if(SEARCH_M_DATA BLACK_AREA)
{
CarStop()
delay_ms(18000)
CarBack()
delay_ms(6000)
sensor_flag 0
}
SPEED_DUTY 10
CarGo()
}
}
4系统测试
系统三部分：控制部分传感部分算法部分具体需测试功逐分布测试程组成总体进行测试中需解系统总体架构流程图图41示
系统板
红外遥控
电机驱动
传感模块
算法设置
基运行
模式选择
中断处理
正转
反转
占空调速
红外光感
超声波
红外避障
侧方位泊车
倒车入库泊车
控制部分
传感部分
算法部分
图41 总体架构流程
首先设计环境车控制模块进行测试分析需求：车做速度方控制保持稳定性代码编写通遥控器基实现车前进退速度控制键中左转右转功根代码中Switch中预留功Case新增车指令功车运行程保持稳定性电压表根电压波动稳定判断
传感部分进行测试数收集红外避障模块硬件处调整电阻工程中配置KEIL仿真界面中开IO口输出电监控手掌放避障模块前方电变化超声波模块设计距离算法算法中加入均值运算加强超声波稳定性放全局变量中手掌超声波前方调整距离利仿真中Watch窗口查变量数值测试完成超声波测距表现稳定精准循迹模块K8纸中黑色水笔涂出块黑色区域仿真中循迹反射白色区域WHITE_AREA 0黑色区域BLACK_AREA 1测试设计中传感模块精度达需求稳定性强
算法测试系统设计终目标算法通测试结果断完善积累验
表车距离控制线性规律电压值8V：
411占空延时车运行距离表
10
20
30
40
50
200MS
1CM
44CM
84CM
110CM
182CM
400MS
2CM
73CM
117CM
15CM
184CM
测试设计停车时速度采SPEED_DUTY 30毫秒数200MS
次设计模拟停车环境图42示
图42 侧方位泊车环境
优先模拟周围障碍物情形会通判断停车线然根算法步骤车停进车位次测试车次稳定停入车位控制者车驶停车位行位置会导致停车缓慢容易出错车位供停车范围需车位置限制运行完侧方位泊车车位置图43示
图62 侧方位泊车环境
图43 侧方位泊车测试结果
次测试环境障碍物情况动泊车系统开启超声波判断障碍物位置然通红外避障检测两障碍物间够满足停车条件系统进行动泊车表现较稳定
倒车入库算法：
次模拟倒车入库测试环境图44示
图44 倒车入库泊车环境
车现实车辆存差异倒车入库做法现实中容易测试中动泊车系统表现稳定障碍物环境够利停车
测试结果图45示
图45 倒车入库泊车测试结果
模拟停车环境左右侧车辆进行泊车超声波配合红外避障模块判断否足够缝隙进行泊车系统功测试稳定
5总结展
设计基满足正常情形动泊车符合具规范化停车线动泊车车控制车尾旁边时判断周围障碍物信息然进行稳定动泊车操作
系统扩展性功满足继升级条件
系统缺乏着动识车位功续追加中果车位建设够达定条件外设中增加定位信息实现车认驾驶车位旁边便进行动泊车操作
未城市化停车建设中停车场建设雷达技术更加普实现车位定位遍布行期车辆种模式够进行动泊车动驾驶技术研究方设计已拥检测条件增加更精确检测模块车规划更精准控制实现完全动泊车
参考文献
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[2] STM32单片机Openmv串口通信httpsblogcsdnnetLJH_1999articledetails88782943
[3] 王龙汽车动泊车系统关键技术研究重庆交通学2016年
[4] STM32f103xx中文数手册[M]
[5] 周淑娟基单片机智循迹车设计方案[J]工业技术职业教育20119(02)1218
[6] 郭智源韩建张西鹏等基STM32PIDPWM温度控制系统研究[J]科学技术工程201111(16)38053807
[7] 栋沈峥楠动泊车系统关键技术应分析[J]汽车技术2016(3)103105
[8] 邹传伍周瑞浩马彪基超声波全动行泊车路径规划[J]现代制造2017(33)：1112
[9] Gruyer DChoi SBoussard Cet alFrom virtual to reality how to prototype test and evaluate new ADAS Application to automatic car parking[C] Intelligent Vehicles Symposium2014
[10] 姜辉动行泊车系统转控制策略研究[D]吉林学2010年
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