崔仁杰

（鄭東新區(qū)外國語中學，河南鄭州，450018）

0 緒論

汽車的出現(xiàn)給人們的出行帶來了很大的便利，而且現(xiàn)在汽車的種類也變得越來越豐富，功能也變得越來越齊全。汽車最早的出現(xiàn)可以追溯到1680年，當時的牛頓就想設(shè)計一款利用噴管噴射蒸汽來提供動力的汽車，雖然由于當時的科學技術(shù)的限制，這個想法并沒有成功，但是依然在一定程度上推進了汽車的發(fā)展。到了1879年，德國工程師卡爾·本茨首次成功設(shè)計了第一臺二沖程發(fā)動機。七年后，他發(fā)明的機動車成功申請了專利，因此人們一般把1886年認為是汽車元年，將卡爾·本茨認為是汽車之父。也就自此時起。汽車得到了空前的發(fā)展，目前的汽車除了在速度、舒適度以及安全性方面較之前有了很大的提升之外，在一些娛樂以及智能化方面做的也很出色。

現(xiàn)在已經(jīng)有自動駕駛汽車的概念，雖然還沒有得到大范圍的推廣，但依然受到了各方面的廣泛關(guān)注。而且一點點小小的改動，都會引起大眾的重視。倒車鏡是汽車中非常重要的一個部分，對于擴大駕駛員的視野以及觀察車身周圍情況是非常重要的。但是在另一方面，汽車出現(xiàn)刮蹭情況，很大情況下出現(xiàn)在倒車鏡上面，并且由于倒車鏡所在的位置以及其本身的結(jié)構(gòu)，其相對于汽車車體本身占用的空間明顯要寬，這在一些場合是非常不方便的。并且通過一些狹窄的空間時，很容易出現(xiàn)刮蹭的情況。倒車鏡雖然可以手動的進行調(diào)節(jié)，但駕駛員要調(diào)節(jié)副駕駛位置的倒車鏡是非常不方便的。為了解決這個問題，雖然出現(xiàn)了電動控制倒車鏡結(jié)構(gòu)的方法，只要按一下按鈕，倒車鏡就會折疊以減少占用的空間，但是這依然需要人為的操作，達不到智能的效果。因此需要一種智能的安全倒車鏡系統(tǒng)來根據(jù)環(huán)境情況調(diào)節(jié)倒車鏡的形態(tài)，而本設(shè)計就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，該系統(tǒng)要解決的問題主要來自于以下幾個方面：

（1）環(huán)境的檢測感應問題；

（2）發(fā)聲報警問題；

（3）倒車鏡的伸縮問題。

1 總體設(shè)計

該款設(shè)計要解決的問題為實時的檢測車身環(huán)境信息，并且自行的判斷倒車鏡在張開的情況下是否有刮蹭的可能，并且在出現(xiàn)刮蹭可能的情況下，通過聲音發(fā)出警報，并且在必要的情況下，自動的暫時折疊倒車鏡，保證安全。這一切都是沒有人為的操作下自動完成的。對于自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要有單片機以及plc兩類系統(tǒng)。由于plc系統(tǒng)的體積、功耗以及成本方面的原因，本設(shè)計采用單片機類控制的方法。本設(shè)計的主控系統(tǒng)有單片機來擔任。環(huán)境信息的檢測由紅外傳感器負責，并且將環(huán)境信息傳遞給單片機。在必要的情況下，單片機命令蜂鳴器發(fā)聲，提醒駕駛員，并且命令倒車鏡回縮。本設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計中單片機采用的型號為stc89c51，電機驅(qū)動采用的是L298N，則本設(shè)計的系統(tǒng)原理圖如2所示。

2 硬件設(shè)計

單片機：單片機的發(fā)展可以追溯到上個世紀七十年代，到現(xiàn)在單片機的應用已經(jīng)涵蓋到了從軍事、航天、航海到家用儀表等等方面，尤其是在工業(yè)控制方面，更是發(fā)揮著非常積極的作用。單片機本身就可以作為一種微型計算機系統(tǒng)，它在體積、質(zhì)量、價格以及成本等方面非常的具有優(yōu)勢，已經(jīng)成為了各種設(shè)計中必不可少的元件之一，并且這也非常有利于學習計算機原理與結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中采用的STC89C51型單片機是51系列單片機中的代表，功能強大，非常適合于初學者進行學習研究。

圖2 系統(tǒng)原理圖

紅外傳感器：紅外傳感器用于檢測車身周圍環(huán)境信息。本設(shè)計中采用的是E18–D80NK漫反射式紅外光電避障傳感器。該傳感器采用5V供電，響應時間短，測量范圍廣，價格便宜，使用方便，并且有效距離可調(diào)，很適合大規(guī)模的推廣應用。

電機驅(qū)動：本設(shè)計中所使用的電機驅(qū)動模塊為L298N。其供電范圍為5～35V。該驅(qū)動模塊可以很容易的接收單片機的控制命令，并且很方便的控制電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。單片機只需要對IN1以及IN2輸入信號為00或11時，電機就會處于制動狀態(tài)。通過對使能端輸入PWM脈沖，即可實現(xiàn)對電機的調(diào)速。

伺服電機：電機是依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。其分為很多的種類，本設(shè)計模型利用的直流伺服電機。伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移。該種電機線性度好，響應快，慣性小，力矩穩(wěn)定，功率高，應用范圍也非常廣泛。對于本設(shè)計而言，其性能完全能夠滿足。通過電機的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)，就能夠很好的帶動倒車鏡進行折疊以及伸縮。

蜂鳴器：蜂鳴器在本設(shè)計中的作用就是接到命令之后發(fā)出聲音進行報警。本設(shè)計采用的有源蜂鳴器模塊，其采用的三極管驅(qū)動模塊為S8550，工作電壓為5V，只需要對I/O輸入低電平，就能控制蜂鳴器發(fā)聲。

3 軟件設(shè)計

該設(shè)計要完成的目標是實時的檢測車身環(huán)境信息，并且自行的判斷倒車鏡在張開的情況下是否有刮蹭的可能，并且在出現(xiàn)刮蹭可能的情況下，通過聲音發(fā)出警報，并且在必要的情況下，自動的暫時折疊倒車鏡，保證安全。其中的車身環(huán)境信息是由車身兩側(cè)的紅外傳感器檢測的，并且其將環(huán)境信息傳遞給單片機，單片機經(jīng)過計算，在倒車鏡由于在張開情況下而導致刮蹭的情況下，自動的命令電機驅(qū)動工作，電機轉(zhuǎn)動，帶動倒車鏡折疊，以此保證安全。該項系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)論

通過設(shè)計主控系統(tǒng)、環(huán)境信息檢測系統(tǒng)以及報警系統(tǒng)、倒車鏡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，完成了該款設(shè)計，其能夠很好的完成對于環(huán)境信息的檢測，并且能夠很好的控制倒車鏡完成折疊以及張開的工作。該設(shè)計所需要的成本非常的低廉，結(jié)構(gòu)也非常的簡單，該設(shè)計經(jīng)過很多的測試，是有非常大的可行性的。并且該設(shè)計的思想不僅僅局限于該設(shè)計本身，其思想對于汽車的自動駕駛、自動避障也很具有積極的意義。該設(shè)計雖然還沒有進入到工業(yè)化生產(chǎn)方面，但是其一旦經(jīng)過大規(guī)模的推廣，必然能夠發(fā)揮很重大的意義。