杜龍龍 / 湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于12C5A60S2單片機(jī)安全汽車(chē)后視鏡的視角分析

杜龍龍 / 湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

當(dāng)前汽車(chē)后視鏡絕大數(shù)以固定居多，在轉(zhuǎn)彎或者泊車(chē)時(shí)不能實(shí)時(shí)根據(jù)人的需求進(jìn)行角度的變換和設(shè)置，這就造成了人們使用的不便，尤其是在一些較狹窄的路段，由于盲區(qū)的存在，造成了不少交通事故。本設(shè)計(jì)擬采用STC公司研發(fā)的60S2高速實(shí)時(shí)控制芯片消除盲區(qū)，從而提高駕車(chē)者的安全保障，消除安全隱患。

汽車(chē)后視鏡；盲區(qū)；單片機(jī)

1.引言

隨著人民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，家用轎車(chē)已普及到千家萬(wàn)戶。然而隨著汽車(chē)數(shù)量的增加，交通事故也與之劇增。根據(jù)交通局的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，汽車(chē)的交通事故有74.5％發(fā)生在轉(zhuǎn)向和并道的時(shí)候，而這很大一部分原因是因?yàn)楹笠曠R無(wú)法調(diào)整，在人眼的盲區(qū)無(wú)法覆蓋的視線里釀成了事故和慘案。當(dāng)前汽車(chē)后視鏡絕大數(shù)以固定居多，在轉(zhuǎn)彎或者泊車(chē)時(shí)不能實(shí)時(shí)根據(jù)人的需求進(jìn)行角度的變換和設(shè)置，這就造成了人們使用的不便，尤其是在一些較狹窄的路段，由于盲區(qū)的存在，造成了不少交通事故。

針對(duì)現(xiàn)存的問(wèn)題，運(yùn)用光的傳導(dǎo)性對(duì)后視鏡盲區(qū)進(jìn)行了一些列分析，擬采用基于單片機(jī)MCU控制技術(shù)及傳感器技術(shù)對(duì)目前常見(jiàn)家用轎車(chē)后視鏡進(jìn)行修正和改進(jìn)，從而提升駕駛員的行車(chē)安全保障。

2.系統(tǒng)分析與總體設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路

目前市場(chǎng)上的轎車(chē)后視鏡大多都是固定的，不能根據(jù)轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)自動(dòng)地調(diào)節(jié)方向和角度，轎車(chē)變向或者改道的時(shí)候存在極大的安全隱患。本設(shè)計(jì)擬對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)角度改變引起的輸出電壓的變化進(jìn)行AD采集，通過(guò)電壓的輸出變化，實(shí)時(shí)地控制反光鏡的轉(zhuǎn)向角度，以方便司機(jī)在轉(zhuǎn)向的時(shí)候可以消除盲點(diǎn)，消除安全隱患。

2.2系統(tǒng)功能模塊劃分

從系統(tǒng)的功能性來(lái)劃分，我們可以劃分成完整的七個(gè)功能模塊。我們根據(jù)這些功能需求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)所需的功能模塊，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框圖

汽車(chē)方向盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，不斷改變電壓信號(hào)，由單片機(jī)實(shí)時(shí)采集，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換得來(lái)的電壓值實(shí)時(shí)與門(mén)限值比較，當(dāng)電壓小于下限或者大于上限門(mén)限電壓時(shí)，用MCU控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的工作，以轉(zhuǎn)動(dòng)后視鏡達(dá)到相應(yīng)角度的調(diào)節(jié)目的。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)主控芯片采用了單片機(jī)STC12C5A60S2

（1）電容C8、C9和晶振組成時(shí)鐘電路；

（2）R1、C1、S1組成單片機(jī)的復(fù)位電路；

（3）片內(nèi)具有10位精度的ADC，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S；

（4）片內(nèi)有EEPROM，可用于保存采集的電壓信號(hào)；

（5）帶有2路PWM功能。

3.2 方向盤(pán)電位器電壓輸出模塊

單圈電位器具有線性度好，采樣精確，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，車(chē)輛在行駛過(guò)程中并道或者轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度不會(huì)大于360°，故本設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)角度小于360°的方向盤(pán)。

本設(shè)計(jì)運(yùn)用一個(gè)單圈電位器與方向盤(pán)的轉(zhuǎn)向軸相連，通過(guò)轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)控制電位器兩端輸出電壓的變化。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸右轉(zhuǎn)時(shí)，電位器的電阻減小，輸出電壓變小，反之，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸左轉(zhuǎn)時(shí)，電位器的電阻增大，輸出電壓變大。如圖2所示。

圖2　電位器輸出電路

由于車(chē)內(nèi)電瓶電壓為12V，而單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的電壓必須是5V以內(nèi)的，故在此設(shè)計(jì)了一個(gè)5V穩(wěn)壓電路給電位器供電，同時(shí)也可滿足單片機(jī)的工作電壓要求，如圖6中所示可采用7805穩(wěn)壓芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 電機(jī)選擇

方案一：

直流減速電機(jī)。這種電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)(馬達(dá))的集成體。這種集成體通常也可稱(chēng)為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。減速電機(jī)具有如下特點(diǎn)：

（1）占用空間小，承載能力強(qiáng)。

（2）能耗低，性能好，運(yùn)行效率高達(dá)95％。

（3）經(jīng)過(guò)精密加工，可適應(yīng)強(qiáng)，只要搭配相應(yīng)聯(lián)軸器就能直接使用，使用范圍非常廣泛。

但是直流減速電機(jī)精度低，可控性差，不能精確控制旋轉(zhuǎn)角度，不適用在旋轉(zhuǎn)角度較為精密的場(chǎng)合。

方案二：舵機(jī)。這種電機(jī)是船舶上的一種大甲板機(jī)械，具有扭矩大，功率高等優(yōu)點(diǎn)，常用于船舶或者航天設(shè)備，或大型機(jī)械設(shè)備，而在家用設(shè)備中并不適用。

方案三：

步進(jìn)電機(jī)。以單位電磁脈沖信號(hào)為單位步距角的電機(jī)元件。一個(gè)脈沖信號(hào)就行進(jìn)了一個(gè)步距角。

這種電機(jī)具有精度高，不受外接負(fù)載影響的優(yōu)點(diǎn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)控制的汽車(chē)后視鏡的運(yùn)動(dòng)，需要精確的角度，消除特定的盲區(qū)，故選擇方案三，本設(shè)計(jì)擬采用2BYGH47步進(jìn)電機(jī)。

4.軟件設(shè)計(jì)

（1）當(dāng)采集電壓值大于左邊門(mén)限電壓值時(shí)，存取AD值，執(zhí)行下一步：當(dāng)?shù)诙尾杉妷褐荡笥诘谝淮坞妷褐禃r(shí)，左后視鏡向外翻轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)诙尾杉妷褐敌∮诘谝淮坞妷褐禃r(shí)，左后視鏡回正；

（2）當(dāng)采集電壓值小于右邊門(mén)限電壓值時(shí)，存取AD值，執(zhí)行下一步：當(dāng)?shù)诙尾杉妷褐敌∮诘谝淮坞妷褐禃r(shí)，右后視鏡向外翻轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)诙尾杉妷褐荡笥诘谝淮坞妷褐禃r(shí)，右后視鏡回正；

（3）當(dāng)采集到的電壓值在平衡范圍之內(nèi)，則存取AD值，制動(dòng)電動(dòng)機(jī)；

完成以上步驟，重新回到初始起點(diǎn)，重新采集AD值。

5.總結(jié)與展望

本項(xiàng)目的實(shí)施和推廣極大提高了駕駛的安全性，一定程度上杜絕了由于后視鏡盲區(qū)造成的安全事故，如果在社會(huì)上進(jìn)行推廣，必然在汽車(chē)行業(yè)里有很大的需求，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

針對(duì)實(shí)際中產(chǎn)生的問(wèn)題，基于對(duì)過(guò)程和需求的分析，對(duì)汽車(chē)外后視鏡進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，在一定程度上解決了由盲區(qū)帶來(lái)的安全隱患。但是由于不同車(chē)身長(zhǎng)度的不同，駕駛室的大小，在安裝該裝置時(shí)還需要進(jìn)行角度調(diào)試。當(dāng)然現(xiàn)實(shí)中的安全問(wèn)題是個(gè)復(fù)雜的事情，技術(shù)只能作為一種輔助。所以僅靠技術(shù)層面的解決是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，他需要司機(jī)和道路行人的共同努力才行。如果所有人都能做到不搶道，不違章，相信不該發(fā)生的意外就會(huì)大大減少。人們的出行將會(huì)更加的安全舒心。

[1]吳佳林,孔軍.汽車(chē)后視鏡盲區(qū)及預(yù)測(cè)方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版）,2010,32(6):958-961.DOI:10.3963/ j.issn.1007-144X.2010.06.026.

[2]趙宇峰.汽車(chē)后視鏡盲區(qū)檢測(cè)及預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究[D].鄭州大學(xué),2008.

[3]程凱常.基于球面反射的汽車(chē)后視鏡最優(yōu)參數(shù)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)家,2016,4(2):41-42.DOI:10.3969/j.issn.1673-9671.2016.02.029.

[4]劉軍.淺談汽車(chē)后視鏡視野測(cè)試方法[J].山東工業(yè)技術(shù),2015,(16):292-294.

[5]王楠,白晶,張守武等.汽車(chē)電動(dòng)外后視鏡的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,13(4):15-18.DOI:10.3969/ j.issn.1671-6558.2014.04.004.

[6]陳浩,馬艷,郝亮等.汽車(chē)駕駛員視野拓展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].汽車(chē)工程師,2016,(6):19-23.

課題項(xiàng)目：

本文為湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)課題項(xiàng)目，基于單片機(jī)的汽車(chē)后視鏡的安全優(yōu)化和編號(hào)2016JC04。