張濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文介紹基于單片機(jī)控制的汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)，在汽車(chē)行駛或者倒車(chē)時(shí)，倒車(chē)?yán)装l(fā)送超聲波到達(dá)障礙物，反射后經(jīng)放大電路放大返回單片機(jī)控制電路，單片機(jī)控制電路對(duì)反射回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算出汽車(chē)離障礙物的距離，數(shù)碼管會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，系統(tǒng)會(huì)設(shè)定一個(gè)安全值，如果數(shù)碼管上的數(shù)值小于或者等于安全值時(shí)，報(bào)警聲會(huì)發(fā)出，以此警示駕駛員，然后實(shí)行安全倒車(chē)。

單片機(jī) 超聲波 測(cè)距

1 引言

隨著我國(guó)汽車(chē)數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，使得交通事故，惡性事故的發(fā)生機(jī)率也變得越來(lái)越大，交通安全問(wèn)題顯得尤為突出，如果在交通事故發(fā)生之前，我們能夠向駕駛員發(fā)出警告，駕駛員就可以接受警報(bào)信號(hào)，然后做出相應(yīng)應(yīng)對(duì)方法，那么交通事故的發(fā)生，就可以在很大程度上得到減少人身以及財(cái)產(chǎn)安全得以保障。于是汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器的，在汽車(chē)行駛或者倒車(chē)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)障礙物，超聲波進(jìn)行測(cè)距，然后傳感器接收到回波信號(hào)，控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出汽車(chē)與障礙物之間的距離，當(dāng)此距離達(dá)到設(shè)定的距離時(shí)，將通過(guò)LED數(shù)碼管顯示，通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車(chē)在行駛過(guò)程中，會(huì)與其他汽車(chē)靠的太近，這樣可能發(fā)生碰撞情況，這樣就需要設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)，汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)是比較重要的，該硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)該有單片機(jī)控制模塊，超聲波發(fā)射與接收模塊，LED模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊負(fù)責(zé)報(bào)警，單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，控制超聲波的發(fā)射，超聲波發(fā)射與接收模塊負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)送與接收，顯示模塊負(fù)責(zé)距離的顯示，蜂鳴器報(bào)警模塊負(fù)責(zé)報(bào)警，警示駕駛員做出相應(yīng)措施。

2.1 STC89C52的功能模塊

STC89C52單片機(jī)的重要組成有，中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等部分，8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，內(nèi)置4KB EEPROM，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷是STC89C52的基本功能。STC89C52引腳如圖1所示：

圖1 STC89C52引腳圖

2.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)模塊

汽車(chē)在行車(chē)過(guò)程中，會(huì)遇到障礙物，這時(shí)候，發(fā)射器會(huì)發(fā)出信號(hào)，遇到障礙物后發(fā)生反射，接收器接收信號(hào)，放大后送入控制系統(tǒng)，這期間時(shí)間可以測(cè)得，根據(jù)時(shí)間，計(jì)算出距離并做出判斷。超聲波的發(fā)送與接收不好模擬，可以在PROTEUS仿真圖上進(jìn)行仿真，模擬兩個(gè)探頭，其中一個(gè)為發(fā)射探頭，一個(gè)為接收探頭，超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，超聲波遇到障礙物后會(huì)發(fā)生反射，超聲波接收探頭接收反射回來(lái)的超聲波，并將反射回來(lái)的超聲波送入單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)對(duì)這個(gè)聲波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)計(jì)算出的距離進(jìn)行判斷，超聲波測(cè)距原理如圖2所示。

2.3 蜂鳴器報(bào)警模塊

蜂鳴器工作過(guò)程需要電，直流電源是用電的來(lái)源，在當(dāng)今生活中被廣泛應(yīng)用。蜂鳴器，是一種電子發(fā)聲器，特點(diǎn)是一體化，包括兩種類型，壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)報(bào)警，這個(gè)部分采用蜂鳴器進(jìn)行，通過(guò)控制電路，計(jì)算出障礙物與汽車(chē)之間的距離，當(dāng)?shù)管?chē)達(dá)到這個(gè)安全距離范圍內(nèi)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒。蜂鳴器報(bào)警裝置設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 蜂鳴器報(bào)警裝置設(shè)計(jì)圖

2.4 按鍵模塊設(shè)置

為按鍵裝置的設(shè)計(jì)模塊，有三個(gè)按鍵，從左至右依次為，設(shè)置鍵，加鍵，減鍵，系統(tǒng)對(duì)倒車(chē)的安全距離初始設(shè)置為100cm，通過(guò)加鍵可以增大安全距離，通過(guò)減鍵可以縮減安全距離，通過(guò)設(shè)置鍵可以設(shè)定安全距離。

3 軟件設(shè)計(jì)

汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)在倒車(chē)過(guò)程中起著非常重要的作用，這樣可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的安全倒車(chē)，防止發(fā)生碰撞。距離的測(cè)量與計(jì)算，顯示都需要本設(shè)計(jì)來(lái)完成，設(shè)計(jì)此系統(tǒng)軟件分為兩個(gè)部分，即主程序和子程序，其中中斷程序即為子程序，主程序的功能是系統(tǒng)初始化，設(shè)置中斷，控制系統(tǒng)對(duì)超聲波的發(fā)送與接收，計(jì)算汽車(chē)到障礙物之間的距離。

3.1 主程序模塊

主程序的功能：系統(tǒng)的環(huán)境可能不適合該設(shè)計(jì)的研究，首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，定時(shí)器T0工作模式被設(shè)置為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。EA進(jìn)行置位，緊接著顯示端P0和P1清零，調(diào)用超聲波發(fā)生子程序，送出一個(gè)超聲波脈沖，超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)主程序流圖

首先，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，緊接著超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波，計(jì)時(shí)器T0同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，為了避免直射波的觸發(fā)，系統(tǒng)需要延時(shí)，超聲波經(jīng)障礙物后返回超聲波接收模塊，如果系統(tǒng)檢測(cè)到超聲波有反射回來(lái)，那么計(jì)時(shí)器T0將會(huì)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)反射回來(lái)的聲波信號(hào)經(jīng)放大后，送入單片機(jī)控制單元，控制單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算，從而得到汽車(chē)到障礙物之間的距離，這個(gè)距離會(huì)被顯示在LED數(shù)碼管上。

得到的距離如果與系統(tǒng)設(shè)定的安全值相同或者小于安全值，那么系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，這個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警方式是通過(guò)蜂鳴器提醒駕駛員，駕駛員接收到報(bào)警信號(hào)后會(huì)做出相應(yīng)的措施來(lái)阻止事故的發(fā)生。相反，如果回波信號(hào)沒(méi)有產(chǎn)生，那么T0將產(chǎn)生溢出中斷，系統(tǒng)將重新發(fā)送超聲波信號(hào)同時(shí)計(jì)時(shí)器T0開(kāi)始工作，測(cè)出的汽車(chē)到障礙物之間的距離如果大于安全距離，代表汽車(chē)與障礙物之間理論上不會(huì)發(fā)生碰撞，這個(gè)時(shí)候程序也將回到開(kāi)始，重新啟動(dòng)超聲波的發(fā)送。距離顯示通過(guò)LED完成，報(bào)警通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.2 測(cè)距模塊

超聲波在空氣中的傳播會(huì)受到溫度的影響，此設(shè)計(jì)一般認(rèn)為，溫度對(duì)超聲波的傳播速度沒(méi)有影響，在汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中遇到障礙物，都有可能對(duì)汽車(chē)安全造成威脅。此設(shè)計(jì)中，汽車(chē)可以自動(dòng)檢測(cè)到可能存在的危險(xiǎn)，從而向障礙物發(fā)送超聲波，超聲波遇到障礙物后會(huì)發(fā)生反射，反射的后的回波會(huì)被送回單片機(jī)控制單元，超生波從發(fā)射到反射回來(lái)到接收有著一定得時(shí)間，在一個(gè)汽車(chē)上，我們可以裝配有超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，超聲波遇到障礙物會(huì)發(fā)生反射，發(fā)射的信號(hào)將會(huì)回到超聲波接收探頭，在超聲波開(kāi)始發(fā)射時(shí)。系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)定時(shí)器模塊，開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波發(fā)射回到超聲波接收探頭，系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉定時(shí)器模塊，定時(shí)器測(cè)得的二分之一時(shí)間是我們需要的，即超聲波發(fā)射到超聲波接收的單向時(shí)間，我們?cè)O(shè)置該時(shí)間為T(mén)，超聲波傳播的速度為V，那么汽車(chē)到障礙物之間的距離為S=VT，這樣我們就可以在一個(gè)汽車(chē)上設(shè)有超聲波發(fā)射與接收模塊，這樣就可以測(cè)得汽車(chē)離障礙物之間的距離。

3.3 距離顯示

顯示電路，就是將測(cè)得的距離通過(guò)LED顯示出來(lái)，汽車(chē)在行駛過(guò)程中，超聲波發(fā)射之后，發(fā)生反射，然后接收模塊會(huì)反射該超聲波，根據(jù)這個(gè)發(fā)射與接收的時(shí)間差，系統(tǒng)可以公式算出汽車(chē)到障礙物之間的距離。

4 系統(tǒng)調(diào)試

在器件安裝之前，一定要及時(shí)的檢查短路情況，等到元器件安裝完后，接通電源，判斷芯片有沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，我們可以通過(guò)最簡(jiǎn)單的方法即感覺(jué)來(lái)判斷，如果有發(fā)熱現(xiàn)象，我們就要立即關(guān)掉電源。經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試硬件，如果檢測(cè)到各個(gè)模塊沒(méi)有問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)反復(fù)檢查，這樣硬件調(diào)試才算完畢。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的功能更加容易實(shí)現(xiàn)，超聲波的發(fā)送模塊與接收模塊也是通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制，蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警，警示駕駛員做出相應(yīng)安全措施，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的編譯工作，實(shí)現(xiàn)了超聲波測(cè)距，報(bào)警的基本要求，基本滿足系統(tǒng)要求。

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