基于单片机的自动驾驶系统的设计与实现

王梓霖 孙昕 沈阳工学院信息与控制学院

基于单片机的自动驾驶系统的设计与实现

王梓霖 孙昕 沈阳工学院信息与控制学院

本文设计了一个基于STC89C52RC单片机的无人驾驶系统。该系统根据超声波测距原理，辅以电机驱动系统，配以数码管显示功能，通过芯片的控制，实现无人驾驶主要功能，同时配以雾天自动开启雾灯、雨天自动开启雨刷的辅助功能。

1 概述

本文使用小型直流电动作为动力装置，实现小车直线行走功能；使用超声波测距来达到避障的目的；根据空气相对湿度大于80%对雾天进行模拟，空气相对湿度达到85%对雨天进行模拟。整合超声波模块、数据比较模块、电机驱动模块、湿度检测模块，最后由单片机STC89C52RC进行控制。

2 硬件设计

2.1 驱动模块

驱动模块包括电机直流电机和驱动芯片两部分，其控制电路如图1所示。

2.2 壁障模块

无人驾驶系统的障碍物检测模块由舵机和超声波模块组成，将超声波测距模块连接到舵机上，利用舵机的旋转和位置保持功能，使超声波模块的朝向得以改变，以便达到实时、多方向检测的目的，使小车可以自主、智能的选择行驶方向，能够提前停止行驶，以免与障碍物发生碰撞，增加无人驾驶小车在行驶中的安全系数和整体的智能等级，其模块原理图如图2所示。

图1 L293D控制电路电路图

图2 超声波模块原理图

2.3 温湿度检测模块

温度的计算需要用公式将测量的数值转化为成整的温度值，应用的公式如公式（1）所示：湿度转换方法如公式（2）所示：

相对湿度根据上述公式算出来之后，还需要考虑当前环境温度而进行适当的补偿。补偿的公式及其参数选择如公式（3）。

3 软件设计

本次研究的软件程序在keil4的环境下编程，软件流程设计包括障碍物检测模块设计和湿度检测模块的设计，其流程图如图3、4所示。

图3 避障模块流程图

图4 湿度检测模块流程设计

4 结论

本文对永磁电机进行了计算与分析，得出了电机磁场分布，通过场路结合的方法计算了，永磁同步电机的电枢反应电抗值，通过伏安法进行实验测试，通过结果对比可知，直轴电抗的计算误差为0．2%，与实验结果相近，但是交轴电抗的计算误差为14．5%，相对于直轴的计算结果偏大，但是对于工程设计来说，亦可满足工程需要，因此应用该方法计算电枢反应电抗是可行的。

本文从硬件设计和软件设计两大方面，对无人驾驶系统进行了设计，实现了自动行驶、自动避障、自动开启雾灯、自动蜂鸣器报警的功能，达成了实验目的，完成了本次的基于单片机的无人驾驶系统的设计。

孙昕（通讯作者），沈阳工学院信息与控制学院副教授，研究方向：电机及电器自动控制。