一、任务
设计并制作一个自动泊车系统，要求电动小车能自动驶入指定的停车位，停车后能自动驶出停车场。停车场平面示意图如图 1 所示，其停车位有两种规格，1~04 称为垂直式停车位，05、06 称为平行式停车位。图中“ ”为 LED 灯。
二、要求
1．基本要求
（1）停车场中的控制装置能通过键盘设定一个空车位，同时点亮对应空车位的 LED 灯。
（2）控制装置设定为某一个垂直式空车位。电动小车能自动驶入指定的停车位；驶入停车位后停车 5s，停车期间发出声光信息；然后再从停车位驶出停车场。要求泊车时间（指一进一出时间及停车时间）越短越好。
（3）停车场控制装置具有自动计时计费功能，实时显示计费时间和停车费。为了测评方便，计费按每 30 秒 5 元计算（未满 30 秒按 5 元收费）。
2．发挥部分
（1）电动小车具有检测并实时显示在泊车过程中碰撞隔板次数的功能，要求电动小车周边任何位置碰撞隔板都能检测到。
（2）电动小车能自动驶入指定的平行式停车位；驶入停车位后停车 5s，停车期间发出声光信息；然后从停车位驶出停车场。要求泊车时间越短越好。
（3）要求碰撞隔板的次数越少越好。
（4）其他。
三、说明
1. 测试时要求使用参赛队自制的停车场地装置。上交作品时，需要把控制装置与电动小车一起封存。
2. 停车场地可采用木工板制作。板上的隔板也可采用木工板，其宽度为2cm，高度为 20cm；计费线和车位线的宽度为 1cm，可以涂墨或粘黑色胶带。示意图中的虚线、电动小车模型和尺寸标注线不要绘制在板上。为了长途携带方便，建议在图 1 中虚线 AB 处将停车场地分为两块，测试时再拼接在一起。
3. 允许在隔板表面安装相关器件，但不允许在停车场地地面设置引导标志。
4. 电动小车为四轮电动小车，其地面投影为长方形，外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度≥26cm，宽度≥16cm，高度≤20cm，行驶过程中不允许人工遥控。要求在电动小车顶部明显标出电动小车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。
5. 当电动小车运行前部第一次通过计费线时开始计时，小车运行前部再次通过计费线时停止计时。
6.若电动小车泊车时间超过 4 分钟即结束本次测试，已完成的测试内容（含计时和计费的测试内容）仍有效，但发挥部分（3）的测试成绩计 0 分。
GPT-4o给出的设计方案
一、项目概述
设计并制作一个自动泊车系统，该系统允许电动小汽车能自动驶入指定的停车位。停车场示意图如图1所示，共有两个区域，每个区域含两个垂直车位和一个水平车位。系统采用光电传感器和控制装置，实现停车状态灯光显示及车辆自动驶入和驶出功能，实现自动化控制和计费。
二、硬件选型
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光电传感器
- 类型：反射型光电传感器，检测车辆位置，误差不超过1cm。
- 数量：2个（入口、出口各一个），每个车位各一个（共5个）。
- 安装位置：入口处50cm处，出口处50cm处，每个车位前端。
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控制器
- 类型：主控板（如Arduino或Raspberry Pi）
- 功能：信号处理、LED指示灯控制、计费功能
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LED灯
- 类型：红绿两色LED灯
- 数量：每个车位一个，控制接近停车位的状态（占用/空闲）
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驱动电路
- 类型：用于控制LED灯亮灭的驱动电路
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通讯模块
- 类型：无线通讯模块（如Wi-Fi或RF模块）
- 功能：实时反馈泊车信息
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动力系统
- 类型：电动小车，带陀螺仪/加速计和微处理器
三、系统功能实现
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车辆进入检测
- 入口光电传感器检测到车辆进入，控制器启动计费功能。
- 控制器实时监控各车位状态（空闲/占用），引导车辆驶入空车位。
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自动泊车
- 当控制器确定车辆进入后，根据空闲车位信息，以最短路线指引车辆进入指定车位。
- 使用PID算法控制车辆精确停车，确保车头离车位终点距离不超过2cm。
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状态反馈
- 每个车位前端安装LED灯，显示当前车位状态。
- 当车辆正确停入车位后，LED灯由绿变红，表示车位已占用；空闲车位为绿灯。
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计费功能
- 入口光电传感器启动计费功能：驶入时开始计时间，驶出时结束计费。
- 计费方式：每30秒为一个计费周期，不足30秒按30秒计算。
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车辆驶出检测
- 出口光电传感器检测到车辆驶出，结束计费并重置车位状态。
- 驶出过程中车辆应保持在设计路径内，避免误出或未出停车场。
四、测试与调试
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系统调试
- 调整光电传感器位置，确保探测精度在1cm以内。
- 校准车辆自动泊车系统，确保其能准确驶入每一个车位，误差不超过2cm。
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系统测试
- 模拟实际停车环境，进行多次测试确保系统的稳定性和可靠性。
- 特别注意控制系统的响应时间和准确性，确保满足设计要求的时间标准。
结论
该自动泊车系统通过综合使用光电传感器、LED灯、控制器及动力系统，实现了对车辆进出停车场的自动化管理，满足了停车场效率提升及人力成本节约的需求。同时，通过完善的计费系统和状态指示系统，使管理更为便捷和高效。
本题考察的知识点
这个自动泊车系统设计项目主要考察以下相关知识点：
- 光电传感器应用：了解传感器的基本原理、类型和应用，检测车辆位置及状态，并规划传感器布局和安装。
- 控制系统的实现：掌握单片机或嵌入式系统（如Arduino、Raspberry Pi）的编程，控制信号的处理与执行，确保系统稳定运行。
- 路线规划与运动控制：应用PID控制算法实现小车的自动泊车功能，计算最优路线并精确控制车辆位置。
- 通讯模块使用：无线通讯模块的配置和使用，实现停车状态实时反馈和监控,确保信息传递准确。
- 人机界面与状态显示：LED灯状态显示，反映车位的占用与空闲情况，为用户提供直观的停车信息。
- 计费系统：时间计费原理及实现，确定合理的收费机制，确保自动化管理。
通过该项目，学生可以系统掌握从硬件选型、系统设计到实际实现的综合技能。
