基于單片機(jī)的倒車監(jiān)控硬件設(shè)計(jì)

于云霞 鄒雪 竇悉絲 江鈺婷

摘 要：目前在很多地方停車場(chǎng)供不應(yīng)求，汽車導(dǎo)致道路擁擠隨處可見，汽車事故也逐漸增多，最常見的就是倒車碰撞事故。如何通過簡(jiǎn)單及有效的方式，比如說對(duì)于汽車運(yùn)行軌道提前測(cè)距等，避免類似事故的發(fā)生，需要我們?nèi)ニ伎技膀?yàn)證。文章采用單片機(jī)進(jìn)行控制，使用超聲波傳感器進(jìn)行距離檢測(cè)，通過主控制器件處理收集到數(shù)據(jù)，使用數(shù)碼管顯示，利用報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了倒車監(jiān)控的功能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；數(shù)碼管；報(bào)警；倒車監(jiān)控

1 研究背景

在現(xiàn)代生活中，車禍?zhǔn)鹿释ǔＪ前l(fā)生在一些十字路口或者道路狹窄的地方。因此在出行過程中，我們要隨時(shí)注意周圍的道路情況以及人流變化，比如彎道的多少以及附近是否有居住地等等。但是在一些高峰擁堵時(shí)期，例如上下班時(shí)間、周末以及節(jié)假日，車與車之間的距離過短，特別容易造成追尾事故。如果能夠提前對(duì)障礙物進(jìn)行預(yù)警，或許可以在一定程度上避免事故的發(fā)生。尤其是在倒車過程中出現(xiàn)碰撞事故也很頻繁，如何控制碰撞事故的減少是極其重要的。由于倒車時(shí)我們只能通過后視鏡大概了解周圍的場(chǎng)地，因此不能很準(zhǔn)確地避免一些障礙物。如果我們有一種感應(yīng)裝置，可以在遇到障礙物時(shí)進(jìn)行提醒，那么在發(fā)生一些讓人措手不及的事情時(shí)，也可以起到預(yù)示報(bào)警的作用。尤其在一些不熟悉的地方以及場(chǎng)地，這樣就讓我們可以更加放心地出行。

2 研究主要內(nèi)容及難點(diǎn)

在本次的設(shè)計(jì)中，使用的是超聲波反射原理，能夠不受惡劣環(huán)境的影響，并且能夠?qū)崟r(shí)實(shí)地測(cè)量。系統(tǒng)能夠測(cè)量距離0.05～4 m，由于本次設(shè)計(jì)中測(cè)試角度只有15°，再加上超聲波的反射原理，因此會(huì)存在位置和角度的問題，從而出現(xiàn)誤差，所以在應(yīng)用中應(yīng)注意此問題。由于超聲波模塊本身的影響，無法進(jìn)行高精度測(cè)量，其測(cè)量距離單位一般為cm到m。同時(shí)聲音傳播到一定距離會(huì)出現(xiàn)衰減，因此本系統(tǒng)也無法進(jìn)行長(zhǎng)距離的測(cè)量。

在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果檢測(cè)障礙物比較多，可能會(huì)出現(xiàn)誤收信號(hào)的情況，可以對(duì)發(fā)送的超聲波信號(hào)進(jìn)行編碼，防止誤收。

3 系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介

該系統(tǒng)主要運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行控制，用外部電路進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)多功能，多任務(wù)的檢測(cè)和輸出。硬件設(shè)計(jì)體系主要由控制模塊、測(cè)距模塊、顯示模塊、發(fā)聲報(bào)警、按鍵設(shè)置測(cè)試距離值組成（見圖1）。首先電源供電驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行作用，傳感器則檢測(cè)障礙物距離[1-3]，將采集到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，然后用顯示部分進(jìn)行顯示，按鍵控制則對(duì)距離進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控，報(bào)警設(shè)置對(duì)采集到的數(shù)據(jù)同設(shè)置值進(jìn)行對(duì)比，從而起到預(yù)警作用。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

4 方案論證與選擇

4.1 主要控制芯片

單片機(jī)控制性能和可靠性高、體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化[4]。由于單片機(jī)具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，在各種領(lǐng)域都獲得了極為廣泛的應(yīng)用，包括智能儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、實(shí)時(shí)工業(yè)控制、分布系統(tǒng)的前端模塊、家用電器、汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。主要單片機(jī)系列如下。

（1）Intel公司推出的MCS-96系列16位單片機(jī)[5]；（2）Microchip公司推出的PIC系列RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)[6]；（3）TI公司推出的MSP430F系列的16位低電壓、低功耗單片機(jī)[7]；（4）STC系列單片機(jī)。

本次設(shè)計(jì)使用的是STC系列52單片機(jī)，其完全兼容51單片機(jī)，并且有其獨(dú)特的地方，抗外界干擾能力強(qiáng)，加密性好，耗能低[8]，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程升級(jí)，內(nèi)部有專業(yè)復(fù)位電路，價(jià)格實(shí)惠，使用日益廣泛。

4.2 測(cè)試距離的采集部分

（1）超聲波測(cè)距傳感器。可以在低溫環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)作，工作效率時(shí)間比較久。本身的靈敏度由機(jī)電耦合的系數(shù)決定，超聲波的穿透能力很強(qiáng)。

（2）激光測(cè)距傳感器。其測(cè)量寬度范圍很廣，響應(yīng)速度快，進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)不需要反光板，占用空間小[9-10]。

方案（1）測(cè)量距離可達(dá)到8 m，方案（2）測(cè)量量程大，0.02～300 m。倒車監(jiān)控根據(jù)實(shí)際情況不用太高的精度和較大的量程，而且基于成本考慮，因此選擇方案（1）。在這里使用我們比較熟悉的HC-SR04。本模塊使用方法簡(jiǎn)單便捷，在控制口發(fā)送至少10 μs的高電平，接收口就可等待其輸出。有輸出時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，躍變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器上的值就為發(fā)送接收時(shí)間，就可以根據(jù)公式算出距離。進(jìn)行多次的周期測(cè)試，即可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的值。而且在方案中，我們可以采用多個(gè)傳感器同時(shí)對(duì)多個(gè)方向進(jìn)行測(cè)距。

4.3 顯示模塊

（1）數(shù)碼管顯示。優(yōu)勢(shì)是編程相對(duì)簡(jiǎn)單，顯示亮度高，壞處是占用端口多。有共陰和共陽兩只接線方式。（2）LCD1602顯示。它是一種專門用來顯現(xiàn)字母、數(shù)字、標(biāo)記等的點(diǎn)陣型液晶模塊，1602是指顯示的內(nèi)容為兩行，每行16個(gè)字符。

在本次設(shè)計(jì)方案中，采用方案（1）。

4.4 按鍵設(shè)置

按鍵設(shè)置模塊分為3個(gè)部分，分別是測(cè)試距離設(shè)置模式、測(cè)試距離值增加模式和測(cè)試距離值減少模式，可以手動(dòng)設(shè)置測(cè)試距離。

4.5 報(bào)警模塊

發(fā)聲報(bào)警采用蜂鳴器器件，當(dāng)所采集到的數(shù)據(jù)低于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較小，驅(qū)動(dòng)發(fā)聲器件達(dá)不到要求，因此需要三極管增加電流。當(dāng)測(cè)試值低于安全距離，蜂鳴器以一定的頻率發(fā)聲報(bào)警。

5 實(shí)物測(cè)試

在此設(shè)計(jì)中，距離測(cè)試的下限值是17 mm，上限值是3.8 m。在一些特殊的地方，需要根據(jù)個(gè)人需要來設(shè)置相應(yīng)的測(cè)試距離值。由于環(huán)境不同，測(cè)試距離設(shè)置也不一樣，我們選擇了方便調(diào)試的測(cè)試值來觀察。首先設(shè)置距離上限值為3.5 m，當(dāng)在比較空曠的地方，距離大于3.5 m，蜂鳴器不報(bào)警；但在障礙物比較多的地方，蜂鳴器報(bào)警并且燈亮，說明超聲波模塊方向有障礙物導(dǎo)致了測(cè)試距離小于4 m。測(cè)試距離值增加模式和測(cè)試距離值減少模式只有在測(cè)試距離設(shè)置模式下才有效，分別為報(bào)警值增加1和報(bào)警值減小1。當(dāng)距離設(shè)定值超過3.8 m時(shí)，則數(shù)碼管顯示888。

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