【正文】 ................................................................................ 22 PIT 模塊初始化設計 ..................................................................................... 23 PWM 模塊初始化設計 .................................................................................. 24 AD 轉(zhuǎn)換初始化設計 .................................................................................... 24 道路模塊程序設計 ................................................................................................... 25 道路信息采集程序設計 ................................................................................ 25 引導 線提取程序設計 .................................................................................... 27 交通燈模塊程序設計 ............................................................................................... 28 小車自動入庫程序設計 ........................................................................................... 29 第五章 總結(jié) ............................................................................................................................ 31 參考文獻 .................................................................................................................................. 32 附錄 A：系統(tǒng)硬件仿真原理圖 .............................................................................................. 34 附錄 B1：最小系統(tǒng) PCB 原理圖 ........................................................................................... 35 附錄 B2：電機驅(qū)動 PCB 原理圖 ........................................................................................... 35 附錄 B3： 電源模塊 PCB 原理圖 ........................................................................................... 36 附錄 C：系統(tǒng) C 語言源程序 .................................................................................................. 37 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 引言 設計背景及意義 智能停車場實驗室是我校信息工程學院為本科研究生實踐訓練和課程研究搭建的模擬平臺，該實驗室可以為自動化和測控專業(yè)在數(shù)字電路實驗、模擬電路實驗和嵌入式實驗等方向上提供支持，為我院學生的學習生活又增添了一種新的方式。 測控技術(shù)與儀器專業(yè)是一個理論與實踐并重的專業(yè)，理論性與應用性都極強。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和開發(fā)能力，我校信息與工程學院先后創(chuàng)辦了創(chuàng)新基地與秋實工作室，智能停車場課題也是在此基礎上提出的。該項目為我們 提供了一個學習的平臺，讓有興趣的同學參與開發(fā)研究，可以開闊大家的視野，激發(fā)學習基礎理論的熱情。此外，通過這個實驗室還可以增進與其他院校的交流，以達到相互學習共同進步的目的。如果這項技術(shù)成熟并投入使用，不但可以改變現(xiàn)在車場管理效率低下的現(xiàn)狀，而且可以實現(xiàn)車場無人化管理，節(jié)省人力物力。此外，如果停車場內(nèi)有對外開放的臨時車位，自動停車系統(tǒng)更加有利于對這些車位的管理。車輛的高速增長導致城市交通擁堵，與此同時，停車入庫排隊時間長和尋找車位困難已經(jīng)成為十分嚴重的社會問題。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 設計目標 本設計是在飛思卡爾智能小車的基礎上進行的，首先要按照飛思卡爾大賽的標準設計出智能車系統(tǒng)，其系統(tǒng)主要包括 微 控制器模塊、電源管理模塊、路徑識別模塊、電機驅(qū)動模塊及轉(zhuǎn)向舵機控制模塊等 [2]。 在小車 行駛 的過程中，利用了 攝像頭 對 道路 進行感測，得到的數(shù)據(jù)送交單片機，單片機 處理 得到的數(shù)據(jù)，通過 PWM波控制 車頭 舵機的轉(zhuǎn)動， 從而調(diào)整小車的相對位置， 以達到自動 尋跡的目的。通過攝像頭采集交通燈的信息，經(jīng)過程序算法提取出交通燈的指向，指引小車向空車位行駛。本設計的具體任務如下： （ 1）、結(jié)合停車場模型，設計引導路線的識別方法； （ 2）、結(jié)合停車場模型，設計信號燈的識別方法； （ 3）、設計小車控制硬件電路原理圖、 PCB； （ 4）、設計循跡 、停車入庫軟件。每個模塊都包括硬件和軟件兩部分，硬件為系統(tǒng)工作提供硬件實體，軟件為系統(tǒng)提供各種算法。 單 片 機M c 9 s 1 2 x s 1 2 8電 源 模 塊1 2 V 5 V 7 . 2 V 6 V攝 像 頭視 頻 分 離圖 像 采 樣舵 機 控 制電 機 控 制紅 外 對 管B D MP C 機 圖 21 智能車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 微控制器根據(jù)圖像采集傳感器采集的道路信息快速準確地對路徑進行判斷，對 舵機和后輪直流電機 PWM 控制，從而保證智能車能夠快速穩(wěn)定地行駛。 設計方案分析 在設計小車自動停車入庫系統(tǒng)的過程中，通過對相關(guān)資料的查詢，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 4 不同部分存在多種 實現(xiàn)方案，各種方案都存在其利弊。 道路識別方案分析 道路識別模塊要實現(xiàn)的功能是在白底黑線的車道上自動識別行駛的路線，檢測智能車相對于車道中央的偏移量、方向等信息使小車自主沿著車道運行。路徑識別 的主要要求是準確、快速、盡量超前地采集路面信息，把它轉(zhuǎn)變成點信號，傳送到單片機中處理。 （一）、基于光電傳感器的路徑識別方案 對于飛思卡爾大賽來說，基于光電傳感器來進行路徑識別是完全可行的，因為賽道是在白色賽道上識別中間的黑色，可以在小車前面裝上光敏器件，光敏電阻或是光敏二極管，根據(jù)白色與黑色賽道對光的反射強度的不同，從而對光敏器件產(chǎn)生不同的電阻電壓，把這些數(shù)據(jù)送給單片機處理就可以讓小車識別具體 的路線。其弊端是感知前方賽道距離有限，受外界紅外頻段光線干擾，精度比較低 [3]。這種方案的特點是：磁場在空間的分布具有方向性，所以電磁傳感器采集的信息同樣具有特定的方向。 （三）、 采用攝像頭采集的路徑識別方案 使用攝像頭采集路徑信息的原理是 通過調(diào)整攝像頭鏡頭的焦距，可以采集到小車前方不同范圍的道路圖像，得到智能車前方的道路信息，對圖像中的道路參數(shù)進行檢測。其優(yōu)點是可以獲得小車前方較遠路徑信息，不足是對圖像處理的計算量大，單片機處理數(shù)據(jù)時間長，電路設計相對復雜。其優(yōu)點是對比度高、動態(tài)特性好。另一種方案是采用 CMOS 圖像傳感器，這種傳感器的原理與 CCD 圖像傳感器的原理大致相同。 綜上所述，在這次設計中路徑識別模塊選用 CCD 圖像傳感器的攝像頭方案。例如上海交通大學研究的基于級聯(lián)濾波交通燈識別方法，其是通過對已有的交通燈圖像進行訓練及采用色彩分割的方法而提取候選區(qū)域，并將候選區(qū)域作為輸入 [6]；同濟大學研究的方向是在 HIS顏色空間進行交通燈的顏色分割，利用交通燈被黑色矩形框包圍這一典型特征進行形狀分割，根據(jù)形狀分割所得位置對顏色分割候選區(qū)進行確認，從而精確定位交通燈位置以及亮燈在交通燈中的位置 [7]。因為在路徑采集模 塊選用的是 CCD 攝像頭，為了減少智能車的硬件組成以及減少費用預算，所以在這里使用同樣的攝像頭，但對信息的處理算法卻迥然不同，在后續(xù)的論文中將會詳細介紹。能夠?qū)崿F(xiàn)定位的傳感器數(shù)不勝數(shù)，最初試想的方案是利用光敏電阻來測量小車與車位的距離，具體做法是在車庫中央安裝發(fā)光二極管，車庫空著時二極管被點亮，在小車四周安裝八個光敏電阻，利用光敏電阻距離光源位置不同產(chǎn)生不同電阻的原理，進而產(chǎn)生電壓差，從而測出小車距離光源的位 置。最嚴重的問題是光敏電阻受環(huán)境影響很大，遠遠不能實現(xiàn)車庫的精確定位。紅外對射管的接收范圍相對較小，所以并不受相鄰車庫對管的影響，精確度高，能夠?qū)崿F(xiàn)小車內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 6 對車庫的精確定位 [8]。其中車輪、舵機和電機已經(jīng)安裝在車上，不需要進行調(diào)節(jié)機械結(jié)構(gòu)。智能車硬件安裝如圖 22 所示。 攝像頭安裝位置的高低對智能車行駛過程中路徑識別的范圍，以及路徑識別的準確性和實時性具有直接的影響。攝像頭又受到單片機采樣速率的影響，根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)用于路徑采集攝像頭的高度 為 10 厘米、向下傾角 30 度為宜，用于交通燈信息采集攝像頭的高度為 12 厘米、向上傾角 30 度為宜。車庫有左右之分，所以在小車的左右兩側(cè)各需要一個對管，用以區(qū)分空余車位在車的左側(cè)還是右側(cè)。 車場硬件安裝 智能車場的設計是獨立于自動入庫系統(tǒng)的，但本次設計需要車場相關(guān)硬件配合，所以這里對車場的硬件安裝提出簡單要求，其主要部分有：紅外對管、交通燈以及用于空位查詢的光電管。安裝在車庫門口的紅外對管，其裝在右側(cè)還是左側(cè)取決于該車庫相對 于主干道的位置。空位查詢的傳感器安裝在車庫正中即可，車場系統(tǒng)硬件安裝如圖 23 所示。 MC9S12X 系列是 HCS12 系列的增強產(chǎn)品，其基于 S12CPU 內(nèi)核，可以達到之前產(chǎn)品 2 到 5 倍的性能。 S12X 單片機的 CPU 以復雜指令集 CISC 為架構(gòu)，集成了中斷控制器，有豐富的尋址方式。此模塊是一個可編程的、智能的直接內(nèi)存存取模塊，可以進行通信處理、中斷處理和數(shù)據(jù)預處理。 MC9S12XS128 單片機存在三種不同的引腳封裝： 112 引腳 LQFP 封裝、 80 引腳 QFP封裝、 64 引腳 LQFP 封裝，他們的功能基本相同。其主要功能如下：中央處理器是高速的 16 位處理單元，數(shù)據(jù)總線也是 16 位，由算數(shù)邏輯單元（ ALU）、核心寄存器組以及控制單元三部分組成；因為單片機的地址總線是 16 位的，所以基本存儲器的尋址范圍是 0x0000～ 0xFFFF,尋址空間為 64KB。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 9 單片機時鐘電路設計 時鐘電路是單片機最小系統(tǒng)設計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于使用的晶振體工作頻率很高，如果電路設計不合理會使其工作時產(chǎn)生的高頻信號對其他電路造成干擾，特別對模擬部分的干擾較大，甚至會致使單片機系統(tǒng)無法正常工作。并聯(lián)型電路連接如圖 31 所示。 R3 的作用是保證晶體正常起振，它的大小一般為 10MΩ。 復位電路設計 單片機要正常工作需要在上電的時候給它一個復位信號， 使 CPU 和其他部件都置為一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 S12 單片機的復位引腳是低電平有效，即在正常狀態(tài)時要求該引腳被上拉至高電平，在對單片機進行復位時其要保持一定時間的低電平 [14]。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 10 圖 32 單片機復位電路 系統(tǒng)上電時，復位按鈕處于松開狀態(tài)，由 于電容 C1 要進行充電，所以電壓不會突然變化而只能緩慢上升，這樣就可以在復位引腳上保持一段時間的低電平。但是該電路不具備低壓復位保護功能，而且在對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高的場所，需要在 R1 兩端并聯(lián)反向保護二極管 [15]。此部分電路設計就是為了連接 BDM 調(diào)試器的， BDM 調(diào)試器的功能是將程序從微 機上下載到單片機里，并可實現(xiàn)在線調(diào)試，同時它還可以給單片機供電 [16]。第二種方法是清華大學提出的，該方式將 BKGD 設置到第三腳，這樣即使 BDM 頭插反，也不會引起任何嚴重的后果。 圖 33 BDM接口電路 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 11 為了充分保護單片機的引腳，通常串聯(lián)如圖所示的電阻 R13，其典型阻值 為 51 歐姆，此外單片機的工作模式?jīng)Q定了要在 MODC 引腳與電源之間串聯(lián)一個 的電阻。當單片機與調(diào)試器分離時，由于MODC 上存在 的上拉電阻，單片機就會自動回到普通模式。電源管理模塊主要包括