王梓霖 孫昕 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

基于單片機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王梓霖 孫昕 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STC89C52RC單片機(jī)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)超聲波測(cè)距原理，輔以電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，配以數(shù)碼管顯示功能，通過(guò)芯片的控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛主要功能，同時(shí)配以霧天自動(dòng)開(kāi)啟霧燈、雨天自動(dòng)開(kāi)啟雨刷的輔助功能。

1 概述

本文使用小型直流電動(dòng)作為動(dòng)力裝置，實(shí)現(xiàn)小車直線行走功能；使用超聲波測(cè)距來(lái)達(dá)到避障的目的；根據(jù)空氣相對(duì)濕度大于80%對(duì)霧天進(jìn)行模擬，空氣相對(duì)濕度達(dá)到85%對(duì)雨天進(jìn)行模擬。整合超聲波模塊、數(shù)據(jù)比較模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、濕度檢測(cè)模塊，最后由單片機(jī)STC89C52RC進(jìn)行控制。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊包括電機(jī)直流電機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片兩部分，其控制電路如圖1所示。

2.2 壁障模塊

無(wú)人駕駛系統(tǒng)的障礙物檢測(cè)模塊由舵機(jī)和超聲波模塊組成，將超聲波測(cè)距模塊連接到舵機(jī)上，利用舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)和位置保持功能，使超聲波模塊的朝向得以改變，以便達(dá)到實(shí)時(shí)、多方向檢測(cè)的目的，使小車可以自主、智能的選擇行駛方向，能夠提前停止行駛，以免與障礙物發(fā)生碰撞，增加無(wú)人駕駛小車在行駛中的安全系數(shù)和整體的智能等級(jí)，其模塊原理圖如圖2所示。

圖1 L293D控制電路電路圖

圖2 超聲波模塊原理圖

2.3 溫濕度檢測(cè)模塊

溫度的計(jì)算需要用公式將測(cè)量的數(shù)值轉(zhuǎn)化為成整的溫度值，應(yīng)用的公式如公式（1）所示：濕度轉(zhuǎn)換方法如公式（2）所示：

相對(duì)濕度根據(jù)上述公式算出來(lái)之后，還需要考慮當(dāng)前環(huán)境溫度而進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)墓郊捌鋮?shù)選擇如公式（3）。

3 軟件設(shè)計(jì)

本次研究的軟件程序在keil4的環(huán)境下編程，軟件流程設(shè)計(jì)包括障礙物檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)和濕度檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)，其流程圖如圖3、4所示。

圖3 避障模塊流程圖

圖4 濕度檢測(cè)模塊流程設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

本文對(duì)永磁電機(jī)進(jìn)行了計(jì)算與分析，得出了電機(jī)磁場(chǎng)分布，通過(guò)場(chǎng)路結(jié)合的方法計(jì)算了，永磁同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗值，通過(guò)伏安法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通過(guò)結(jié)果對(duì)比可知，直軸電抗的計(jì)算誤差為0．2%，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近，但是交軸電抗的計(jì)算誤差為14．5%，相對(duì)于直軸的計(jì)算結(jié)果偏大，但是對(duì)于工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，亦可滿足工程需要，因此應(yīng)用該方法計(jì)算電樞反應(yīng)電抗是可行的。

本文從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大方面，對(duì)無(wú)人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)行駛、自動(dòng)避障、自動(dòng)開(kāi)啟霧燈、自動(dòng)蜂鳴器報(bào)警的功能，達(dá)成了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，完成了本次的基于單片機(jī)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

孫昕（通訊作者），沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院副教授，研究方向：電機(jī)及電器自動(dòng)控制。