一种车辆入库自动循迹停车系统的方案设计

吴晓蝶 于金丽 李胜楠

摘要：汽车在现代社会生活中的普及程度越来越高，对停车环境和效率的要求也越来越高，先进的自动停车系统可以大大缩短停车的时间，提高停车位的利用率。本设计是一种在车库中应用的能够实现停车路线自动规划的系统，车辆进入车库就自动循迹并引导停车。该系统主要由环境数据采集子系统，中央控制子系统和车辆行驶姿态控制子系统组成。其中车辆行驶姿态控制子系统主要涵盖路线生成与自动循迹等;环境数据收集子系统包括信号接收和传输以及环境数据处理计算。设计的功能和应用场景使车主告别停车时烦琐的操作。车辆将准确地进入车库，而不是简单的执行自动停车指令，也可以成为未来实现完全的车辆自动驾驶的基石，使驾驶和对接更容易，更方便。

关键词：自动循迹停车;传感器;单片机;超声波

中图分类号：TP29 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）31-0236-03

1概述

1.1目的与意义

自动循迹停车系统是通过检测周围的道路状况和车辆的路径来调整车辆以找到最合适的停车位的方式。通过改变转弯半径，车辆速度，停车方向以及前后位置运动使车辆能够在系统的控制下自动进入停车系统。与手动停车相比，难以准确掌握角度，以前的倒车雷达机械智能低，可操作性低等。本设计的系统不仅提高了停车时车辆的自动化水平，可靠性和准确性。此外，大大减少了驾驶员因驾驶时间短在操作车辆时的困难，并且驾驶员基本完全摆脱了复杂的停车操作。

随着车辆，街道，社区，高速公路，停车场等的日益普及和数量的增加，人们对车辆的可操作性和智能性提出了更多的要求。然而，与许多司机和朋友，尤其是女司机相比，停车相当困难。随着中国国力的发展，城市规模越来越大，人口与停车位之间的紧张关系日益突出，即使在三四线城市也是如此。由于城市的规划和发展不能满足日益增长的居住空间需求，停车位的数量和停车位之间的距离相对较小。对于新手驾驶员来说，安全且准确地将车辆停放在正确位置是一件非常困难的事情。地上，地下停车场的出现缓解了一些停车问题，但要找到一个方便的停车位来轻松停车仍然不容易。如果操作不当，很容易在事故发生前后造成保险杠损坏。因此，研发智能自动循迹停车系统势在必行。幸运的是，科学技术的进步使我们有可能解决这个问题，即自动停车系统。系统应包括环境数据采集系统，中央处理单元和车辆策略控制系统。环境数据采集系统包括图像采集系统和车辆距离检测系统，其可以从车身收集周围物体的图像数据和距离数据，并通过数据线将数据传输到中央处理器;中央处理器可以分析和处理收集的数据以获得汽车的当前位置，目标位置和周围环境参数。根据上述参数制定自动停车策略并将其转换为电信号;车辆策略控制系统在接收到电信号后，根据命令进行角度，方向和动力支持等车辆的驱动。

1.2国内外研究现状

20世纪90年代以来，国外学者就开始研究了汽车的自动循迹停车问题。2003年，丰田首次在普锐斯混合动力汽车上部署智能停车系统;2007年，新款LS460轿车采用了自动停车系统;2006年，法国汽车零部件供应商法雷奥发布了第一代停车系统，该系统已用于大眾途安系列。

由于完成自动停车所需要达成的困难条件。由驾驶员选择的停车位的长度必须大于车的长度超过1.5米，并且自动停车系统可以自动检测停车位的存在。如果停车位太短，自动循迹停车系统无法检测到停车位的存在。自动循迹停车系统是一个复杂的停车辅助系统。它需要安装在车辆制造过程中。在倒车过程中，有很多步骤，顺序不受干扰，否则很容易引发事故，需要参考对象。如果其旁边没有其他车辆停放，则自动循迹停车辅助系统难以实施。如果空位旁边有一个小障碍物，虽然它不妨碍停车，但停车系统可能无法识别有效停车位。

2车辆入库自动循迹停车系统的功能设计

车辆入库自动循迹停车系统设计的功能模块包括三个子系统，即环境数据采集子系统、中央控制子系统和车辆行驶姿态控制子系统，如图1所示。

环境数据采集子系统的任务是对环境各种参数：剩余空车位，车辆周围是否有障碍物，收集停车路线拥挤状态等，将其发送到计算机，并将数据由计算机存储到数据库服务器。

中央控制子系统包括了驾驶员自主控制和各个子系统之间的通信，各个系统之间的通信采用NRF24 L01无线传感网络进行，NRF24 L01是一款新型单片RF收发器，工作在2.4GHz552.5 GHz ISM频段。内置频率合成器，功率放大器，晶体振荡器，调制器等功能模块，结合增强型ShockBurst技术，可通过程序配置输出功率和通信通道。NRF24L01功耗低，工作在-6dBm时，工作电流仅为9mA;接收时，工作电流仅为12.3mA，各种低功耗工作模式，工作在100 mw时电流为160 mA。在数据传输方面距离WiFi距离较远，但传输的数据量不如WiFi（掉电模式和空闲模式），使节能设计更加方便。该无线传感器网络用于实现无线启动功能。

车辆行驶姿态控制子系统安置在车辆系统内并与停车场中央控制器连接，在接收到计算机或者驾驶员的指令后进行路线生成与自动循迹功能：计算机根据环境数据将传人计算机的数据收集到计算机中，超声波和摄像头探测装置共同检测车辆周围数据自动规划出几条泊车路线（系统认定的最优路线和其他可供选择路线），生成路线包括了以下几方面：目的车位，前方行进道路车况，安装在车位上方的环境监测装置自动探测是否合适停车。

3车辆入库自动循迹停车系统的设计方案

3.1车辆位置、姿态以及周围环境的监测

（1）超声波测距装置：如图2所示，超声波发射器在一定方向上发射超声波，同时，定时同时开始，超声波在空中传播。当障碍物在途中被击中时，它将立即返回，超声波接收器在接收到反射波时将停止计时。超声波以340m/s的速度在空气中传播。即s=340*t/2，这称为时间差测距法。该系统使用三个以上的超声波传感器组成一个线阵检测装置，可以测量汽车前部，汽车前部以及前部和前部。为保证系统的可靠性，采用超声波测距的工作原理收集停车场的实时车号。收集的信息通过RS-485通信反馈到停车位显示灯和节点控制器。在车位上方安装环境探测装置，监测该车位当前情况f有无遮挡物阻碍停车，车距是否能够方便的停车等）。

（2）辅助探测装置：如图3所示的转台，转台是超声波雷达重要组成部分之一，通过转台旋转，实现超声波对周围环境扫描测量。转台动力部分由步进电机进行，实现对角度精确控制，超声波雷达通过转台旋转，不断测量周围距离信息，可精确反馈当前小车周围环境。

（3）指示灯：如图4所示，它安装在每个停车位的前面，以显示当前的停车位状态。当指示灯为绿色时，表示停车位为空;当指示灯为红色时，表示有车辆停放在该停车位上。

3.2将探测器信息进行收集整合

连接到检测器的节点控制器根据轮询方法收集连接的检测器信息，并根据一定的规则压缩和编码数据并反馈给中央控制器。

（1）节点控制器：节点控制器是超声波停车位检测系统的中间层，用于超声波检测器的组管理。循环检测探测器的信息并将信息传递给中央控制器。每个节点控制器可以控制40-64个停车检测器。

（2）中央控制器：中央控制器是整个系统的核心，主要用于收集和处理整个停车场信息的数据。处理结果反馈到室内和室外LED引导屏幕以显示停车位信息。中央控制器最多可以控制64个节点控制器。

3.3信息处理及反馈

经处理的停车位数据被发送到停车场的每个LED指示器屏幕以显示空的停车位信息，从而实现向车主提供各种方案以将车辆引导到空的停车位的功能。车主在选择好要停的车位后，在系统配套的软件中选择好车位，以免后续车主重复选择车位，提高停车效率。

系统同时将数据传输到计算机，计算机将数据存储到数据库服务器，用户可以通过计算机终端查询停车场的实时停车位信息以及停车场的年月日统计数据。

（1）室内LED引导屏：接收中央控制器的停车位信息，通过数字和文本实时显示当前连接区域的免费停车位数量，可全天24小时使用。内部程序也可以根据用户要求随时修改，以显示用户需要的其他信息。

（2）户外LED引导屏：室外LED显示屏由高亮度户外LED模块，驱动电路，控制电路和支架组成。它接收中央控制器的停车位统计数据，并以数字和文本形式实时显示当前停车场内可停车位数量，可全天24小时使用。内部程序也可以根据用户要求随时修改，以显示用户需要的其他信息。

3.4用户实时查询车位系统

停车引导系统管理软件：参见图5，停车位的电子地图嵌入在软件中，可以直观地实时反映停车位的使用情况。对于停车位错误的车辆，支持手动重写停车位以调整停车位的实际占用率。用户在停车前通过控制系统在停车场人口处为用户分配最佳停车位，控制系统智能控制LED灯，引导用户到达最佳停车位。或者车主根据实际自行手动选择预停车位。在车辆进入停车场的人口处，用户将发现道路上的LED灯将點亮并且存在到用户将停放的最佳位置的最佳路径。使用红外线感应来获取停车位以查看是否有停放的车辆，触发指示灯关闭，停车场人口处停车场的显示更新。当用户经过交叉路口时，用户可以清楚地看到停放的停车位，这便于用户停放车辆。

（1）上位机软件结构：上位机软件由2大部分构成，下位机数据采集和图形界面的操作。

（2）下位机数据采集：在下位机中，每台车的信息首先由计算机的终端节点收集。并通过NRF24 L01网络传递给协调员。它被打包成数据帧并通过串行电缆传输到计算机。

（3）图形界面的操作和统计，软件的运行图。

（4）所示停车场未进入车时的状态。

（5）当车辆进入停车场时，系统软件的路径引导。

（6）预定车辆结束选择车位后，后下一辆车再入场导引系统会分配下一个车位。

4结论

本研究中设计的系统不仅提高了停车时车辆的自动化水平，可靠性和准确性。此外，大大减少了驾驶时间短的车辆的驾驶困难，并且驾驶员完全摆脱了笨重的停车操作。也可以成为未来实现车辆自动驾驶的基石，使驾驶和对接更容易，更方便。