基于STM32F103控制平台的自动泊车系统研究

基于STM32F103控制平台的自动泊车系统研究

【摘要】本文主要讨论了以STM32F103为控制平台的智能汽车自动泊车系统的基本总体构架，以及以图像识别与超声波测距为车位探测基本手段，进行了相关论证。该系统以实现自动泊车为目标，通过CCD摄像头图像采集，超声波测距，STM32的数据处理，判断并发出指令，实现车辆的自动泊车。经实验证明，该系统能够准确识别车位方位并准确探测车位尺寸，实时为自动泊车系统提供外部环境参数，准确高效率实现自动泊车。

【关键词】图像识别；STM32；自动泊车；超声波测距；车位探测

引言

伴随着汽车逐渐在城市家庭普及，停车场的车位设计要求越来越苛刻，日益拥挤的泊车环境和窄小车位，要求人们泊车时对汽车的操纵必须更加娴熟。因此，市场对于自动泊车等汽车智能化功能的要求也日益增加。目前自动泊车系统的设计大多是基于DSP、FPGA等的控制处理平台，系统设计复杂，价格昂贵。由于STM32较于DSP、FPGA系统设计简单，价格低廉，故而本文以无人驾驶智能汽车自动泊车系统为应用背景完成基于STM32F103控制平台的自动泊车系统的设计与应用。

1.自动泊车系统基本框架

自动泊车系统一般包括环境数据采集系统、处理器以及车辆控制系统。环境数据采集系统探测停车空间，检测倒车起始点，并将所采集到的这些数据信息通过数据线传输给处理器；处理器在接收数据后，将采集到的上述数据加以分析处理，得到汽车的当前所在位置、泊车停靠的目标位置以及倒车过程中汽车周围环境的定位参数，依据得到的数据信息找出相应的自动泊车控制策略，并将倒车控制策略转换成电信号，发送给车辆控制系统；车辆控制系统在接收到可识别的电信号后，依据处理器发出的倒车控制指令对汽车行驶中的角度、方向及动力支援等各个方面做出合理的控制操作。

2.STM32F103控制平台

本研究采ARM cortex-M3内核的32位处理器STM32F103ZET6作为主控制器，该芯片内部采用哈佛结构、其中集成有KB的RAM和512KB的FLASH，运算速度快，并且具有体积小和低功耗的特点，在嵌入式图像处理方面具有较高的应用前景。

3.图像识别

3.1 图像处理基础

数字图像处理（ Digital Image Processing） 又称为计算机图像处理。它是将图像信息转换为数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，以改善图像质量、提高人们视觉效果为目的。

图像的预处理功能包括：图像的变换，编码压缩，增强和复原，从而使图像的清晰度和传输速度都得以提高。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征包括图像中的边缘，区域，轮廓等。这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。特征的选择与提取是对物体进行量化的过程为图像的识别做好准备。

3.2 图像识别与算法

CCD立体摄像头主要检测的运动目标是车辆和行人，但是在拍摄图像里面也会含有路旁晃动的树木，围栏和高架桥等。因此需要剔除这些虚假信息，同时，对于车辆和行人也要进一步确认，即根据各种图像信息特征的不同进行分析判断。首先，车辆和行人速度上的巨大差距，可以设定速度阈值来将其分开；其次，车辆和行人的外部轮廓特征的长宽比的差距之大，也可以很好的将二者区别开来。在人的识别方面要强调的是人在正面拍摄时，其脸部特征是可以直接捕捉的，从而可以直接进行识别。在侧面或者背面时，其头部，身躯的长宽比可以用设定阈值方法来判定。

4.超声波测距

4.1 车位探测方法

自动泊车超声波车位探测系统主要是由布置在车身侧面的超声测距模块构成的，通过超声传感器对车辆侧面的障碍物进行探测，即可完成车位探测及定位。

在探测车位时，车辆以某一恒定车速v 平行驶向泊车位。

1）当车辆驶过1号车停放的位置时，装在车身侧面的超声波传感器开始测量车辆与1号车的横向距离D=C*td/2（cm）。C为340m/s，td为超声波传感器发射超声波经1号车表面反射后，被接收端检测到时所经历的时间。

2）当车辆通过1号车的上边缘时，超声波传感器测量的数值会有一个跳变，超声波车位探测系统的STM32处理器记录当前时间t1。

3）车辆继续匀速前进，当行驶在1号车与2号车之间时，STM32处理器计算车位的宽度W。车位宽度W分为两种：第1种是车位竖向位置没有障碍物，车辆开过车位时超声波传感器对横向距离的测量值始终保持很大或保持传感器最大测量值600cm；第2种是车位竖向位置上有障碍物，由超声波测距原理计算，车辆与障碍物的距离为S，最后计算车位宽度W=S-D（cm）。

4）当通过2号车下边缘时，超声波传感器测量的数值又发生跳变，STM32

处理器记录当前时间t2。记录第2次跳变的时间后，STM32处理器调用测速模块，然后计算车位长度L=v（t2-t1）（cm）。

5）超声波车位探测系统的处理器对测量的车位长度L和宽度W进行分析，判断车位是否符合泊车基本要求并判断车位类型。

4.2 系统软件设计

超声波车位探测系统软件的功能：在系统硬件功能的基础上，完成信号控制、计时、数据处理、显示控制，并可与上位机进行通信。

当车辆开过车位时，STM32处理器的中断子程序记录两次采集值发生突变的时间，调用测速模块后，计算出车位的长度。再进入判断模块与预先输入的标准值比较，最后判断车位类型以及是否满足自动泊车要求。

5.结语

自动泊车系统是一个不断发展和创新的技术，本文提出基于STM32F103控制平台的自动泊车系统由超声波传感器和CCD摄像头以及其它外围电路组成，判断分析方法简单，容易实现。通过尽可能简单的路边垂直停车路径完成自动泊车的动作， 达到最终泊车姿态垂直于车位及所需泊车空间尽可能小的目的。经实验证明，该系统能够准确识别车位方位并准确探测车位尺寸，实时为自动泊车系统提供外部环境参数，准确高效率实现自动泊车。在实验时探测的目标过于理想化，没有涉及一些更为复杂的场景，在今后的研究中需要加以改进。

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