吳琳

摘 ?要：文章介紹了一款汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距警示系統(tǒng)，它是基于PIC16F877單片機(jī)控制的。采用超聲波測(cè)距，用PIC16F877單片機(jī)算出障礙物體和車(chē)子后面的距離，對(duì)看不到的區(qū)域進(jìn)行紅外感應(yīng)監(jiān)測(cè)。而且會(huì)利用LCD屏反應(yīng)出障礙物體到車(chē)子后面的距離，并有警報(bào)聲響起。從而讓駕駛員快速了解車(chē)尾的狀況，并采取對(duì)應(yīng)的措施，來(lái)提高倒車(chē)的安全性。

關(guān)鍵詞：超聲波;PIC16F877單片機(jī);紅外感應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）18-0089-03

Abstract： This paper introduces a car reverse ranging warning system， which is based on PIC16F877 single chip microcomputer control. Ultrasonic ranging is used to calculate the distance between the obstacle object and the back of the car by PIC16F877 single chip microcomputer， and the infrared induction monitoring is carried out in the area that cannot be seen. It also uses the LCD screen to reflect the distance from the obstacle to the back of the car， and an alarm goes off， in order to let the driver quickly understand the situation of the rear of the car， and take corresponding measures to improve the safety of reversing.

Keywords： ultrasonic; PIC16F877 single chip microcomputer; infrared induction

引言

本文設(shè)計(jì)了這樣一款停車(chē)輔助設(shè)備。該系統(tǒng)的核心是PIC16F877單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)距警示的功能。倒車(chē)測(cè)距儀可以讓車(chē)子在停車(chē)和向后行駛更加安全。這個(gè)倒車(chē)測(cè)距儀是通過(guò)單片機(jī)的控制作用以及在數(shù)據(jù)處理方面的能力和超聲測(cè)量距離系統(tǒng)、紅外感應(yīng)系統(tǒng)相互配合，可以把汽車(chē)設(shè)制的距離和監(jiān)測(cè)的距離對(duì)比，如果測(cè)得的障礙物距離小于所設(shè)定的距離，則警報(bào)系統(tǒng)就會(huì)有響應(yīng)[1]。不僅幫助了車(chē)輛駕駛?cè)藛T在停車(chē)時(shí)向后看的麻煩，而且能讓車(chē)輛駕駛?cè)藛T看清停車(chē)時(shí)看不到的區(qū)域，從而使得停車(chē)更加安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)是用超聲測(cè)量距離的原理+紅外感應(yīng)的原理，由接收器、發(fā)射器、信號(hào)處理裝置這些構(gòu)成的。超聲波發(fā)射器朝任一方位發(fā)出信號(hào)，發(fā)出的時(shí)候一起執(zhí)行計(jì)時(shí)，信號(hào)在傳播途中如果有遇到障礙物體會(huì)立刻被返回，當(dāng)接收器接收到被反射來(lái)的信號(hào)就不會(huì)再計(jì)時(shí)。（超聲波速度為340m/s，計(jì)時(shí)時(shí)間t，那么計(jì)算發(fā)射地點(diǎn)和障礙物的距離s=340t/2）系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖，如圖1：

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 超聲發(fā)射電路及接收電路的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是由紅外感應(yīng)系統(tǒng)、超聲波傳感器、LCD顯示器、蜂鳴器、LED燈等構(gòu)成。當(dāng)車(chē)掛上倒車(chē)檔時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采用超聲測(cè)距的方法測(cè)量和障礙物之間的距離，先是由控制器設(shè)制一定的距離發(fā)送超聲波信號(hào)，如果碰到的障礙物體比較大的時(shí)候，就會(huì)有回波的信號(hào)，接收器接受信號(hào)后，信號(hào)是經(jīng)過(guò)控制器來(lái)處理的，判斷障礙物的位置，是否在設(shè)定的距離里，要是有蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，LCD顯示距離，如果障礙物太小會(huì)啟動(dòng)紅外感應(yīng)系統(tǒng)，LED燈閃爍，然后我們停車(chē)可以更加的安全。

2.2 紅外傳感器模塊設(shè)計(jì)（HC-SR501）

HC-SR501釋熱紅外傳感器是一款可以測(cè)到動(dòng)物和人身上發(fā)出的紅外線(xiàn)后，輸出電信號(hào)的傳感器。紅外傳感器算是很好用的探測(cè)器。不僅在樓道開(kāi)關(guān)、防盜警報(bào)燈等方面得到應(yīng)用，本設(shè)計(jì)的倒車(chē)感應(yīng)警報(bào)系統(tǒng)也利用了它的原理，對(duì)車(chē)后面是不是有超聲波探測(cè)不到的生物進(jìn)行感應(yīng)檢測(cè)。

2.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

本文采用蜂鳴聲來(lái)當(dāng)作警報(bào)聲。在本設(shè)計(jì)中所使用的蜂鳴器為壓電式的蜂鳴器，啟動(dòng)方式是通過(guò)單片機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)其發(fā)出聲音，壓電式的蜂鳴器大概需要10mA的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)它。本文的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的引腳BUZZER輸出高電平的時(shí)候，三極管導(dǎo)通后，蜂鳴器由此可獲得+5V電壓從而發(fā)出蜂鳴;當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管截止了，蜂鳴器接收到停止響音的信號(hào)而停止發(fā)聲。報(bào)警電路如圖2所示。

2.4 顯示模塊的介紹

一般在單片機(jī)中顯示模塊的選擇有三種：VFD，熒光顯示器;LED，發(fā)光二極管;LCD，液晶顯示器。本文不需要復(fù)雜的顯示信息，因此選擇了LCD顯示模塊，它的功耗極微，重量輕，體型薄，工作電壓很低，很適合用在電池供電的攜帶式電子設(shè)備中。缺點(diǎn)是它的可視度角小，對(duì)溫度變化偏敏感，溫度過(guò)高又或者過(guò)低，顯示器的對(duì)比度會(huì)降低。

LCD引腳主要分為兩種：一種是14個(gè)引腳，另一種是16個(gè)引腳，有兩個(gè)單獨(dú)的引腳是接電源線(xiàn)的VCC和地線(xiàn)的GND。本文設(shè)計(jì)的顯示模塊的示意圖如圖3所示：

2.5 外部時(shí)鐘源模塊設(shè)計(jì)

時(shí)鐘是一種脈沖信號(hào)，它具有的特征是連續(xù)的。其作用是可以給芯片一個(gè)連續(xù)的脈沖信號(hào)使芯片完成相關(guān)的任務(wù)。這次設(shè)計(jì)以外部時(shí)鐘源模塊為主。單片機(jī)與外部晶振配合來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的振蕩，這樣可以為單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行運(yùn)行，在執(zhí)行每一條指令的時(shí)候，CPU要發(fā)出一系列的控制信號(hào)，假如運(yùn)行時(shí)鐘為0 的話(huà)，單片機(jī)便不會(huì)工作，當(dāng)超出超聲波的工作頻率范圍時(shí)，同樣也會(huì)使超聲波不工作。外部時(shí)鐘源模塊如圖4所示。

2.6 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)（PIC16F877）

PIC16F877是屬于Pic-micro中的單片微型機(jī)，具有程序內(nèi)存功能的，可以重復(fù)燒寫(xiě)程序，能讓用戶(hù)查看單片機(jī)緩存器的內(nèi)容、暫時(shí)停止微處理器的運(yùn)行等?？梢宰屖褂谜哂米羁斓乃俣冗M(jìn)行程序的編寫(xiě)除錯(cuò)和開(kāi)發(fā)[2]。

PIC16F877共有40跟管腳，每個(gè)管腳都有它的功能，比如接正負(fù)電源、接地、有些管腳有三種以上的功能，單片機(jī)的管腳圖如圖5所示。

PIC16F877單片機(jī)通過(guò)PB1的引腳來(lái)發(fā)射出超聲波，反射回來(lái)的信號(hào)傳送給PB2。警報(bào)電路由RD2、RD3引腳來(lái)控制，LCD電路由RD4-RD7及RC4和RC5引腳控制。

2.7 電源模塊的設(shè)計(jì)

因?yàn)殡娫礊殡娮酉到y(tǒng)和電子設(shè)備提供源動(dòng)力，如果電源模塊出現(xiàn)問(wèn)題，便會(huì)在一定程度上使得電子設(shè)備無(wú)法正常工作，電源部分的性能的好壞會(huì)影響設(shè)備的工作質(zhì)量[3]。因此本設(shè)計(jì)采用7085芯片[4]，可以達(dá)到降壓和穩(wěn)壓的好處，模塊設(shè)計(jì)上使用線(xiàn)性穩(wěn)壓電路，用三個(gè)端口集成穩(wěn)壓器以方便使用。

2.8 復(fù)位模塊電路設(shè)計(jì)

對(duì)單片機(jī)的初始化操作就是為了能達(dá)到復(fù)位的功能，只需要給復(fù)位引腳MCLR加上一個(gè)大于24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的高電平就可以使它復(fù)位。除能讓系統(tǒng)正常的初始化外，當(dāng)程序操作上和程序運(yùn)行上出錯(cuò)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)處在封鎖的狀態(tài)，就需要使用復(fù)位鍵讓MCLR引腳為高電平的時(shí)候來(lái)使單片機(jī)重啟。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用外部復(fù)位電路，復(fù)位電路通過(guò)按鍵復(fù)位來(lái)完成的。以下是復(fù)位電路圖（圖6）。

2.9 按鍵功能模塊的設(shè)計(jì)

當(dāng)按鍵發(fā)出的信號(hào)過(guò)RA0引腳傳送到單片機(jī)。S2按鍵可以進(jìn)到LCD的菜單界面，S3按鍵是用來(lái)增加測(cè)量距離的，S4按鍵是用來(lái)減少測(cè)量距離，S5按鍵是用于確認(rèn)所設(shè)定的量測(cè)距離的，S6按鍵是用來(lái)返回主界面的。通過(guò)這幾個(gè)按鍵來(lái)確定量測(cè)距離的，可以在一定范圍值內(nèi)設(shè)定量測(cè)的距離，可根據(jù)實(shí)際的情況更改距離。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

這次設(shè)計(jì)先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和程序的編寫(xiě)，程序部分主要分為兩個(gè)部分：中斷程序、主程序。主程序最重要的功能是把單片機(jī)初始化、超聲波信號(hào)的發(fā)送以及接收，算出汽車(chē)與障礙物的距離、紅外感應(yīng)人與動(dòng)物讓LED燈閃爍、LCD顯示與障礙物的距離、蜂鳴器報(bào)警等[5]。

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是對(duì)距離的測(cè)量，以及對(duì)看不到區(qū)域的紅外感應(yīng)，然后通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理測(cè)量的數(shù)據(jù)，可以較為精準(zhǔn)的測(cè)出數(shù)據(jù)。在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，本質(zhì)上的測(cè)距就是記錄下超聲波發(fā)射信號(hào)處到障礙物反射回來(lái)接收到信號(hào)二者之間的時(shí)間差，然后計(jì)算出兩者的距離。在接收器上一般能收到兩種信號(hào)，第一種是發(fā)射波的余波信號(hào)，第二種是反射回的信號(hào)。余波信號(hào)對(duì)于整個(gè)測(cè)量的準(zhǔn)確性有一定的干擾，當(dāng)發(fā)射器把信號(hào)發(fā)射出時(shí)，接收器立刻就能接收到超聲波的信號(hào)，因此應(yīng)該避開(kāi)收到余波的信號(hào)，這個(gè)就是利用超聲波測(cè)距會(huì)有盲區(qū)的最主要原因。不過(guò)可以通過(guò)紅外感應(yīng)系統(tǒng)來(lái)解決，假如有比較小的生物在車(chē)后方而且超聲波并沒(méi)有檢測(cè)到那么紅外感應(yīng)該能檢測(cè)到并使LED燈閃爍，紅外檢測(cè)也是存在一定條件的，如必須有溫度上的變化，如果沒(méi)有溫度上的變化也就是有站立不動(dòng)的生物也是很難監(jiān)測(cè)到的，因此也存在一些弊端。

超聲波在接收電路接收到反射來(lái)的信號(hào)時(shí)，便向單片機(jī)傳遞信號(hào)，單片機(jī)利用外部中斷系統(tǒng)記錄下反射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，中斷發(fā)生后會(huì)停止計(jì)時(shí)，可以讀取LCD上的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在紅外監(jiān)測(cè)，及掉電記憶功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)已有一定的成熟的技術(shù)，而此次的設(shè)計(jì)是在此基礎(chǔ)上做部分的改善，在硬件上增加紅外檢測(cè)模塊，對(duì)超聲波的盲區(qū)能有一定的監(jiān)測(cè)作用。在軟件上，編寫(xiě)具有掉電記憶功能的程序，即在使用中有異常發(fā)生而致使系統(tǒng)掉電，能自動(dòng)調(diào)用此程序，對(duì)初始設(shè)置的數(shù)據(jù)有記憶功能，而不用重新設(shè)置。通過(guò)按鍵對(duì)安全距離的設(shè)定，將超聲波的探頭對(duì)著墻，LCD顯示屏?xí)@示與墻壁的距離，LED燈亮起，而且會(huì)有蜂鳴聲。把探頭轉(zhuǎn)向沒(méi)有障礙物的地方則不會(huì)有任何警示（最遠(yuǎn)可設(shè)置兩米）。

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