测控技术与仪器毕业设计：侧方位自动泊车小车设计.doc

1、本科毕业设计（20 届）侧方位自动泊车小车设计所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 广东工业大学本科毕业论文1摘 要随着汽车产业的不断升级，各家汽车公司和科技公司的新技术层出不穷，人工智能，自动驾驶，新能源等新兴技术也逐步步入人们的日常生活之中。自动泊车既是汽车自动化和智能化进程中的核心技术之一，也是给人们提供了极大便利的一项技术。其中侧方位停车是一种使用频率很高的停车方式，本文针对侧方位泊车这一实用性课题进行设计研究，探索相关的硬件设备及其相应的软件设计，以常见的智能小车为机械平台，结合传感器技术、电机舵机控制技术以及相应的软件技术为一体来实现

2、小车的各种功能。本设计主要开发一个能自动侧方位泊车，自动避障和无线遥控的智能小车控制系统。设计以由红外线传感器的自动泊车、红外线自动避障、蓝牙遥控组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实现小车的前进倒退、转向行驶、检测障碍物后停止、人工遥控、自动根据车位泊车等功能。本设计以智能小车为平台模拟汽车相应模块的功能，进行实物仿真测试，经过实验调试小车能够实现正常行驶与停止、蓝牙控制、自动避障、自动泊车等功能，达到了预期的目标和要求，对于实际的汽车自动化和智能化设计有一定的实用和参考价值。关键词: 泊车，智能小车，红外传感器，蓝牙广东工业大学本科毕业论文2AbstractWith the

3、upgrade of automobile industry, the endless new technology is developed by many automobile companies and scientific and technical corporation. New technology like artificial intelligence, automatic drive, new energy technology is step into our daily life. Automatic drive is not only a core technolog

4、y for automate and intelligentise of automobile, but also a convenient technology for our daily life. The parallel parking is the one of most used functions of parking ,this article conducts the design and research on this practicability project ,explore the design of relevant hardware device and it

5、s corresponding software structure. Based on a normal intelligence car platform, combined with sensor , electric motor , servo and Bluetooth technology and its corresponding driven software to achieve various functions of the car .This design mainly develop control system of auto parking, avoiding o

6、bstacle, Bluetooth control for an intelligence vehicle .The system use infrared sensor module to conduct auto parking and avoiding obstacle ,the Bluetooth module to control and driver module to power the motor and servo ,to realize the functions like moving forward and backward, turn right and left,

7、 control the motor speed and turning angle , detect the obstacle ,remote control ,automatic parking.This design use intelligence vehicle to simulate the functions of automobile, whose module divide into different simulation test. After the test of various experiments shows that the intelligence vehi

8、cle can achieve the regular drive and stop ,Bluetooth control, avoid obstacle itself and auto parking which can provide some practical and reference value for the automate and intelligentize of real automobile.Key words: parallel parking ，intelligence vehicle ，infrared sensor ，Bluetooth广东工业大学本科毕业论文3

9、目 录1 绪论 .51.1 研究背景 .51.2 国内外研究现状 .71.3 论文的研究内容与组织结构 .72 硬件系统综合设计 .92.1 智能小车行驶系统 .102.1.1 智能小车动力系统 .102.1.2 智能小车转向系统 .122.2 智能小车信息采集模块 .132.2.1 红外避障传感器的原理 .132.2.2 红外避障传感器的结构 .142.3 智能小车通讯系统 .152.3.1 蓝牙通信原理 .152.3.1 蓝牙通信过程 .173 智能小车软件设计与实现 .183.1 Arduino 软件综合系统 .193.1.1 Arduino 电机马达驱动 .193.1.2 Arduin

10、o 舵机驱动 .203.1.3 多路红外传感器的数据采集及分析 .213.1.4 蓝牙通讯的接受与发送 .223.2 Android 软件综合系统 .223.2.1 基于 Android 的蓝牙通讯 .233.2.2 智能小车控制程序 .254 路径规划设计 .14.1 实际泊车路径分析 .1广东工业大学本科毕业论文44.2 泊车路径模型分析 .24.3 智能小车泊车路径规划 .3结论 .1参考文献 .1致谢 .1广东工业大学本科毕业论文51 绪论1.1 研究背景随着智能汽车概念的兴起，相关的技术也在不断地升级与融合之中，无人驾驶汽车的概念也随之被不断提及，相关的产品也不断的推出。无人驾驶汽车

11、是自动化载具的一种，具有传统汽车的运输能力。作为自动化载具，自动驾驶汽车不需要人为操作即能感测其环境及导航。完全的自动驾驶汽车仍未全面商用化，大多数均为原型机及展示系统，部分可靠技术才下放至商用车型。而在众多无人驾驶技术中，自动泊车是人们平时使用频率很高的一种技术，汽车用户几乎每天都会面对这种情况，并且大部分车辆损坏的原因，多半不是重大交通事故，而是在泊车时发生的碰撞，这给用户带来了很多损失与不便。因此，关于自动泊车的技术，各家汽车公司和科技公司也在不断地推陈出新，不断地优化和提升自动泊车的性能与使用体验。同时，世界各国政府也相继出台了很多政策与目标，推动相关技术的发展，进一步推动了汽车自动化

12、智能化的进程。自动驾驶汽车的展示系统可追溯至 1920 年代及 1930 年代间，第一辆能真正自动驾驶的汽车则出现于 1980 年代。1984 年，卡内基美隆大学推动 Navlab 计划与 ALV 计划；1987 年，梅赛德斯-奔驰与德国慕尼黑联邦国防大学共同推行尤里卡普罗米修斯计划。从此以后，许多大型公司与研究机构开始制造可运作的自动驾驶汽车原型。21 世纪以后，伴随着资讯科技的进步，更是突飞猛进，特斯拉汽车率先推出了特定环境下的自驾车，而汽车工业人士估计 2030 年以前就会量产出现。目前，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）已提出正式的分类系统：等级 0：即无自动。驾驶随时掌握著车辆

13、的所有机械、物理功能，仅配备警报装置等等无关主动驾驶的功能也算在内。等级 1：驾驶人操作车辆，但个别的装置有时能发挥作用，如电子稳定程式（ESP）或防锁死刹车系统（ABS）可以帮助行车安全。等级 2：驾驶人主要控制车辆，但系统阶调地自动化，使之明显减轻操作负担，例如主动式巡航定速（ACC）结合自动跟车和车道偏离警示，而自动紧急煞停系统（AEB）透过盲点侦测和汽车防撞系统的部分技术结合。广东工业大学本科毕业论文6等级 3：驾驶人需随时准备控制车辆，自动驾驶辅助控制期间，如在跟车时虽然可以暂时免于操作，但当汽车侦测到需要驾驶人的情形时，会立即回归让驾驶人接管其后续控制，驾驶必须接手因应系统无力处理

14、的状况。等级 4：驾驶人可在条件允许下让车辆完整自驾，启动自动驾驶后，一般不必介入控制，此车可以按照设定之道路通则（如高速公路中，平顺的车流与标准化的路标、明显的提示线） ，自己执行包含转弯、换车道与加速等工作，除了严苛气候或道路模糊不清、意外，或是自动驾驶的路段已经结束等等，系统并提供驾驶人“足够宽裕之转换时间” ，驾驶应监看车辆运作，但可包括有旁观下的无人停车功能。 （有方向盘自动车）等级 5：驾驶人不必在车内，任何时刻都不会控制到车辆。此类车辆能自行启动驾驶装置，全程也不须开在设计好的路况，就可以执行所有与安全有关之重要功能，包括没有人在车上时的情形，完全不需受驾驶意志所控，可以自行决策

15、。 （无需方向盘自动车）现在大部分商用的汽车已经达到了等级 1 的标准，部分高级一些的智能汽车达到了等级 2 的水准，有些先进一些的智能汽车已经能够达到等级 3 的水准，但是仍然有一些安全上的隐患，一些科技公司的测试车型在测试中可以达到等级 4，但是距离真正的自动驾驶仍然有不小的差距，要消除相应的的安全隐患，汽车产业还有不少的路要走。同样，自动驾驶技术中的自动泊车技术也是如此，大部分的汽车还没有装载自动泊车装置，部分高级汽车装载了泊车辅助系统，例如倒车雷达，倒车传感器等，先进一些的智能汽车搭载了自动泊车辅助系统，但是这种系统并不是全自动的，用户还是要亲自控制，系统只是告诉用户停车的时机而已。因

16、此，设计开发一种响应速度快，经济实用且稳定可靠的智能汽车自动泊车系统也理所当然地成为自动驾驶技术研究和开发设计的焦点。本文就侧方位自动泊车这一课题开展了相应的研究与设计，主要以常见的智能小车平台模拟真实的汽车平台，通过搭建相应的泊车模块及其附加系统，以模拟和测试真实环境下的自动泊车的泊车系统。本文所搭建的智能小车平台，是一个集光机电以及计算机一体化的系统，通过计算机技术融合了信息通讯，传感，自动控制，自动测量等技术来完成小车的智能驾驶与自动泊车的目标。广东工业大学本科毕业论文71.2 国内外研究现状随着专用短程通讯技术和传感器技术，车辆控制技术越来越成熟，像自动驾驶，无人驾驶技术，从实验室走向

17、实际应用的步伐正在加快。比如特斯拉、谷歌、百度等等相继进行了无人驾驶技术相关的测试。其研究过程可以划分为三个阶段：首先是泊车过程中驾驶员感知增强 ，这类系统使用各类障碍传感器，增强用户对于周围环境的感知能力以及感知范围，例如超声波传感雷达，运用超声波传感器探测即将撞到的障碍物，在要撞到之前向用户发出提醒。这类产品已经在市场上广泛的运用。其次是基于超声传感器的简单自动泊车系统，利用传感器实现侧向停车位的检测，并控制车辆完成停车动作。系统通过相关的传感器探测出车位的相关信息并告知用户，用户在指定位置停好后，开启自动泊车按钮，系统开始辅助泊车，在泊车过程中，用户不需要操作方向盘，只需要根据系统的指示

18、，依靠系统探测出的信息，控制油门与刹车来停入车位，这种系统还是需要人为的干涉，不能做到全自动泊车，其代表性的系统是来自雪铁龙 C3 City Park 的自动泊车系统。最后是采用多传感器融合的自动泊车系统，这种系统则更进一步，可以做到不需人为操作全自动泊车，用户只需点下按钮，汽车就会自动泊入车位，这种系统通常采用了多个传感器配合使用，加以视觉检测装置，辅以避障装置来进行自动泊车的全过程，一般是通过视觉检测传感器来检测泊车的车位信息，加上超声波，摄像头组成的避障装置来检测障碍，防止进行碰撞，在高性能处理器的指挥下，整个系统完美配合，方向盘、油门、刹车、发动机、档位、门锁都可以自动配合控制，实现信

19、息融合。其代表车型为 大众的 PAV 系统（Park Assist Vision ） ，此系统目前处于商业演示阶段。1.3 论文的研究内容与组织结构本论文所述的智能小车综合系统主要涉及三大平台的工作与配合，共同完成智能小车的功能和目标。首先，是智能小车的行进与探测系统，小车首先能够像现实中的广东工业大学本科毕业论文8汽车一样能够正常的前进、后退、转向，以及分布在车身的智能传感系统，能够探测周围的环境并作出相应的的反馈，并接受用户的指令做出相应动作。其次，是用户交互系统，负责用户和智能小车的交互操作，能够将用户的指令传达给智能小车，同时也将小车的情况反馈给用户。最后是将二者连接在一起的通讯系统，

20、能够解析用户端与智能小车互相传输的数据，并传送至相应的执行机构。本文采用基于 Arduino 开发板的智能小车硬件驱动平台，和基于 Android 手机的用户软件交互界面，以及介于二者的基于蓝牙技术的智能通讯系统。论文的主要组织结构如下：第 1 章绪论，整体性的阐述了侧方位泊车系统的研究背景、研究目的以及意义，介绍了自动泊车系统在国内外的研究现状与研究过程，综合介绍了本论文所设计与研究的主要内容。第二章硬件系统综合设计，综合的介绍了本文所采取的硬件平台与相关模块，综合的介绍了各个方案的原理与结构，分析了个模块的优点与缺点，总结得出最终的硬件平台设计方案。第三章智能小车软件系统的设计与实现，分别介绍了位于硬件平台的 Arduino 开发板的驱动与控制软件开发，以及位于手机端基于 Android 应用的蓝牙通讯软件的集成的实现方法以及涉及到的主要代码的分析。第四章路径规划设计，首先对于实际中的泊车路径做了相关的介绍与分析，接着根据实际中的泊车步骤抽象为二维图形变化，进行了简化分析以及相关规划，最后根据二维模型，结合智能小车的传感控制系统，规划出小车的行进路线以及参考点位。论文最后是总结与展望，综合性的概括了本文所涉及的设计与研究，提炼总结全文所做的工作。结合智能汽车、智能传感器等产业未来的发展趋势，进一步提出了本文继续研究的道路。广东工业大学本科毕业论文9