CN220518260U - 基于单片机的自动泊车系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及自动驾驶技术领域，尤其为基于单片机的自动泊车系统，包括单片机、避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块、循迹模块以及电源模块，避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块以及循迹模块分别与单片机电连接，电源模块为整个系统供电，舵机模块用于驱动车轮转向，驱动模块用于驱动车轮转动。本实用新型的有益效果是智能化和精准化程度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动驾驶技术领域，具体为基于单片机的自动泊车系统。
背景技术
现如今国内外研究自动泊车系统方面的人员越来越多，使得其发展更加的迅速。在早些年，西方发达国家率先完成了工业革命，因此率先对小车进行研究，有了一定的研究成果。自动泊车技术是当今汽车智能化发展的重要分支之一，它通过利用车载传感器和计算机处理系统，实现自动控制汽车在有限空间内进行停车与取车。在国际上，自动泊车技术已经得到广泛应用，并取得了较为显著的成效。
如申请号为2021205946373的中国实用新型专利公开了一种自动泊车控制系统和汽车，所述自动泊车控制系统用于控制车辆自动泊车，所述自动泊车控制系统包括显示屏、控制器、环境信息采集装置、自动泊车装置；所述显示屏用于发送自动泊车指令；所述控制器用于在接收到显示屏发送的所述自动泊车指令之后，向所述环境信息采集装置发送环境信息采集指令；所述环境信息采集装置将获得的所述环境信息发送至所述控制器；所述自动泊车装置用于接收所述控制器发送的所述自动泊车参数，并根据所述自动泊车参数控制车辆自动泊车。通过将汽车上的自动泊车按键设置在显示屏中，由用户操作显示屏控制自动泊车装置进行自动泊车，可以降低车辆的开发成本，节省车辆建造的开支。
上述自动泊车控制系统所述环境信息数据量大，计算较为复杂，因此，智能化和精准化较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供基于单片机的自动泊车系统，以解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于单片机的自动泊车系统，包括单片机、避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块、循迹模块以及电源模块，避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块以及循迹模块分别与单片机电连接，电源模块为整个系统供电，舵机模块用于驱动车轮转向，驱动模块用于驱动车轮转动。
作为本实用新型的一种优选技术方案，还包括稳压模块，电源模块通过稳压模块与单片机相连。
作为本实用新型的一种优选技术方案，稳压模块的型号为LM2596S。
作为本实用新型的一种优选技术方案，还包括OpenMV模块，OpenMV模块与单片机电连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，循迹模块为TSL1401线性CCD传感器。
作为本实用新型的一种优选技术方案，单片机的型号为STM32F407ZGT6。
作为本实用新型的一种优选技术方案，通信模块为蓝牙模块。
作为本实用新型的一种优选技术方案，还包括手机APP，手机APP与蓝牙模块相连。
作为本实用新型的一种优选技术方案，避障测距模块为超声波模块。
作为本实用新型的一种优选技术方案，还包括TFT显示屏，TFT显示屏与单片机电连接。
本实用新型的有益效果是：
系统采用STM32F407ZGT6作为核心控制芯片，通过超声波计算出与前方物体的距离并且具备避障和测距功能。采用L298N驱动模块来驱动小车车轮进行运动，LM2596S稳压模块来调节小车的每个模块的工作电压，保证每个模块都能正常工作。用MG996R舵机模块，实现小车的正常转向，TSL1401线性CCD模块进行数据采集和处理，从而实现小车循迹的自主导航和OpenMV4 H7Plus模块通过识别颜色来确定车位状态并驶入停车位。实时的小车数据传输给单片机，最后单片机再进行数据处理显示到TFT显示屏幕上，手机上也可以通过无线通信的方式控制小车的运动方向，达到控制小车的运动效果，从而实现较高的智能化和精准化泊车。
附图说明
图1为本实用新型系统示意图；
图2为本实用新型STM32主控模块原理图；
图3为本实用新型RTC时钟电路原理图；
图4为本实用新型TF-SD存储卡座电路原理图；
图5为本实用新型TFT液晶显示屏接口图；
图6为本实用新型NRF2401无线模块接口图；
图7为本实用新型稳压供电模块原理图；
图8为本实用新型STM32-USB Slave接口图；
图9为本实用新型JTAG/SWD调试接口图；
图10为本实用新型ISP串口接口图；
图11为本实用新型用户自定义按键电路原理图；
图12为本实用新型自定义LED指示灯电路原理图；
图13为本实用新型FLASH--W25Q16电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实施方案中：基于单片机的自动泊车系统，包括单片机、避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块、循迹模块以及电源模块，避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块以及循迹模块分别与单片机电连接，电源模块为整个系统供电，舵机模块用于驱动车轮转向，驱动模块用于驱动车轮转动。
如图2-4所示，本实用新型核心控制芯片采用的是STM32F407ZGT6，它具有丰富的片上外设，性能非常的强大，功耗还非常低，非常适用于移动型小车的设计。本实用新型的小车采用12V电池供电，通过稳压电源模块给各个功能模块稳定的工作电压。主控芯片STM32的PB10端口和PB11端口与OpenMV4H7 Plus模块的TX引脚和RX引脚相连接，用来检测OpenMV4 H7 Plus模块是否识别色块和进行数据接收和发送，能够更好的控制和监测小车。
PE3端口、PE2端口和PA1端口与线性CCD模块的分别与SI引脚、CLK引脚和A0引脚相连接，分别前两个引脚用于触发线性CCD工作和最后一个用于ADC采样，并控制小车的循迹。PF9端口与舵机模块的PF9引脚相连接，用于PWM波形控制小车转角，能够更好的控制小车的转向角度。PB12端口和PB13端口与超声波模块相连接，分别用于捕获超声波模块回波脉冲计算距离和与超声波模块进行信息传输，用于控制智能小车的避障和测距。PF6端口与PF7端口分别与驱动模块L298N模块的PWMA和PWMB引脚相连接用于输出PWM波形来控制电机。端口PC0、PC1和PC2、PC3分别对应连接AIN1、AIN2和BIN1、BIN2引脚，用于输出信号控制两个车轮正反转。PA0、PA1、PB6和PB7分别与左轮和右轮的编码器相连接用于传输编码器测得的小车速度。
主控芯片STM32的多个端口分别连接TFT屏幕的多个数据传输引脚，通过各个引脚功能的配合完成TFT屏幕显示的功能。STM32的最基本的电路由复位电路和时钟电路组成。复位电路的主要功能是按下按键把整个系统进行初始化操作，让系统数据恢复到初始设定的数值，当程序发出错误的指令之后出现混乱现象，这时按下复位按键，就可以让单片机重新启动，重启之后会把以前数据清除释放内存。时钟电路的功能是为单片机提供更高的时钟频率，用来提高单片机的运行速度。在8MHz和32.768KHZ的两个晶振的电路周围分别加入两个负载电容保证晶振正常工作，从而让时钟电路正常运行，进而让STM32单片机正常运行。
如图5所示，TFT的工作电压3.3V，响应时间主要一般在1ms到8ms之间，它采用16位的并方式与外部连接，29号脚、5号脚和30号脚GND为接地段，31号脚和32号脚接3.3V输入电压，23号脚为SCK时钟线端口，25号脚和26号脚分别连接单片机的PA2和PA3端口上通过SPI总线进行信息传输。
小车在行驶过程中难免会出现紧急情况，所以避障和测距的功能显得尤为重要。本实用新型中，采用HC-SR04超声波传感器模块(现有技术)，通过发出的超声波进行避障和测距，工作电压在5V左右。反应灵敏度高，实际操作起来简单便捷。超声波外部模块主要有四个引脚与单片机相连，VCC接5V电压，GNG接地端，触发引脚Tring接单片机的PB12端，回波引脚Echo接单片机的PB13端。在模块连接前首先检查是否通电，没通电的话对着端口直接插，通电的话必须先接GND再接其他端口。超声波模块HC-SR04在工作原理是，系统给超声波模块的触发引脚一个高电平，就可以让模块发出超声波。在触发引脚发送超声波之后到回波引脚接收到被返回超声波的这段时间，回波引脚始终保持一个高电平的状态，所以可以从这段高电平的脉冲时间来算出被测物体的距离。
如图6所示，NRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。
同时，本实用新型采用的蓝牙通信模块为HC05(现有技术)。这个芯片是比ESP8266芯片的功耗更低、使用开发更加简单。HC05拥有非常完整的蓝牙功能，主要用于蓝牙串口通信，通过串口通信来控制小车。HC05模块还具有低功耗特性，可以在电池供电的情况下长时间工作。此外，HC05模块还支持多种蓝牙协议，如SPP、HID等，可以满足不同应用场景的需求。通过蓝牙通信模块将相关信息传送给手机APP。
为了同时驱动小车的两个电机，采用的是L298N电机驱动模块(现有技术)，内部为双通道的电路输出，产生的50HZ的PWM信号频率能够满足了两轮小车控制系统的需求。
本实用新型小车的设计采用的OpenMV4 H7 Plus模块(现有技术)，内部集成了三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，内部还拥有数字运动处理器(DMP)，通过IIC通讯协议将与单片机进行数据传输。模块内部自带模数转换功能，将获得的模拟信号通过A/D转换变成数字信号，然后将数据传输给单片机。OpenMV4 H7 Plus模块采用3.3V直流电压源供电，在电源入口加入滤波电容，主要是用来滤除交流成分，确保电压的纯洁性，进而保证模块工作的稳定性，满足系统对模块的需要。这个模块主要是通过串口进行通信。
本实用新型采用的是MG996R舵机模块(现有技术)，MG996R舵机模块是一种高性能数字舵机，具有高精度、高速度、高扭矩等特点，适用于机器人、航模、车模等领域。其主要特点包括：高精度：采用12位分辨率的AD转换器，能够实现精确的位置控制，高速度：响应速度快，能够实现快速的动作控制，高扭矩：具有大扭矩输出能力，能够实现高负载的动作控制，可编程性：支持多种控制模式，可以通过编程实现不同的控制方式。通过控制PWM信号的占空比，可以实现对舵机的位置控制。同时，通过使能信号的控制，可以实现对舵机的开关控制。
本实用新型采用TSL1401线阵CCD模块作为循迹模块(现有技术)，线性CCD是一种基于电荷耦合原理的图像传感器，它能够实现高精度的图像捕捉和处理，因此在循迹模块中使用线性CCD可以实现高精度的道路标线检测和循迹控制。线性CCD可以通过在车辆下方安装多个线性CCD传感器，来检测车辆周围的道路标线。当车辆行驶时，线性CCD传感器可以将道路标线的位置信息传输到主控模块进行处理，并根据处理结果控制车辆的行驶方向和速度，从而实现车辆的自动循迹。
本次设计采用的是LMS2596S稳压模块，最大输入电压可达40V，驱动最大电流为3A,具有高效率、低压降、低温升等特点，自身还拥有过热关断和限流保护能力。搭配一个主控板降压芯片AMS1117，把输入电压进一步降到稳定的5V供给主控芯片使用，其内部电路图如图7所示。
如图8-10所示，可以通过USB Slave接口、JTAG/SWD调试接口以及ISP串口接口对本实用新型的模块进行相应的调试。
如图11-13所示，用户可以自定义按键和指示灯。
本实用新型智能小车采用STM32F407ZGT6作为本次设计的核心控制芯片，通过超声波计算出与前方物体的距离并且具备避障和测距功能。采用L298N驱动模块来驱动小车车轮进行运动，LM2596S稳压模块来调节小车的每个模块的工作电压，保证每个模块都能正常工作。用MG996R舵机模块，实现小车的正常转向，TSL1401线阵CCD模块进行数据采集和处理，从而实现小车循迹的自主导航和OpenMV4 H7 Plus模块通过识别颜色来确定车位状态并驶入停车位。实时的小车数据传输给单片机，最后单片机再进行数据处理显示到TFT显示屏幕上，手机上也可以通过无线通信的方式控制小车的运动方向，达到控制小车的运动效果。
以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：包括单片机、避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块、循迹模块以及电源模块，避障测距模块、舵机模块、驱动模块、显示模块、通信模块以及循迹模块分别与单片机电连接，电源模块为整个系统供电，舵机模块用于驱动车轮转向，驱动模块用于驱动车轮转动。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：还包括稳压模块，电源模块通过稳压模块与单片机相连。
3.根据权利要求2所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：稳压模块的型号为LM2596S。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：还包括OpenMV模块，OpenMV模块与单片机电连接。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：循迹模块为TSL1401线性CCD传感器。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：单片机的型号为STM32F407ZGT6。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：通信模块为蓝牙模块。
8.根据权利要求7所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：还包括手机APP，手机APP与蓝牙模块相连。
9.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：避障测距模块为超声波模块。
10.根据权利要求1所述的基于单片机的自动泊车系统，其特征在于：还包括TFT显示屏，TFT显示屏与单片机电连接。
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