基于AT89C51的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)與開發(fā)

高中義

長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130033

基于AT89C51的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)與開發(fā)

高中義

長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130033

隨著汽車普及率的逐年增加，消費(fèi)者在將汽車作為交通運(yùn)輸工具的同時(shí)，對(duì)于汽車的安全性有了更高的要求。在駕駛員最為常見的駕駛行為中，倒車引發(fā)的交通事故不在少數(shù)，由此引發(fā)的重大事故也時(shí)有發(fā)生，給交通安全埋下了重大隱患。為解決這一安全問(wèn)題，倒車?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生，越來(lái)越多的商家也進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)。倒車?yán)走_(dá)的全稱是“倒車防撞雷達(dá)”，也稱“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的視頻顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。倒車?yán)走_(dá)的主要作用是在倒車時(shí)，駕駛員無(wú)須回頭便可知道車后有無(wú)障礙物，使停車和倒車更容易、更安全。目前，在國(guó)內(nèi)只有部分高檔車配有倒車?yán)走_(dá)，更多的車型在這方面還是空缺。本課題就是針對(duì)市場(chǎng)上中低檔車型設(shè)計(jì)的一種低成本、高靈活性、高可靠性、易于控制、性能優(yōu)良的倒車?yán)走_(dá)。

嵌入式系統(tǒng)；汽車倒車?yán)走_(dá)；超聲波

1 課題的研究背景及意義

隨著汽車普及率的逐年增加，消費(fèi)者在將汽車作為交通運(yùn)輸工具的同時(shí)，對(duì)于汽車的安全性有了更高的要求。在駕駛員最為常見的駕駛行為中，倒車引發(fā)的交通事故不在少數(shù)，由此引發(fā)的重大事故也時(shí)有發(fā)生，給交通安全埋下了重大隱患。為解決這一安全問(wèn)題，倒車?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生，越來(lái)越多的商家也進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)。倒車?yán)走_(dá)的全稱是“倒車防撞雷達(dá)”，也稱“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的視頻顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。倒車?yán)走_(dá)的主要作用是在倒車時(shí)，駕駛員無(wú)須回頭便可知道車后有無(wú)障礙物，使停車和倒車更容易、更安全。目前，在國(guó)內(nèi)只有部分高檔車配有倒車?yán)走_(dá)，更多的車型在這方面還是空缺。本課題就是針對(duì)市場(chǎng)上中低檔車型設(shè)計(jì)的一種低成本、高靈活性、高可靠性、易于控制、性能優(yōu)良的倒車?yán)走_(dá)。

2 設(shè)計(jì)原理

在本課題中嵌入式系統(tǒng)是倒車?yán)走_(dá)的技術(shù)核心。嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，其目的是用于實(shí)際生產(chǎn)、生活的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)其系統(tǒng)的軟件、硬件來(lái)進(jìn)行配置，來(lái)制造出有嚴(yán)格要求功耗、成本、體積、功能可靠的專有系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視、管理等功能。嵌入式系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括處理器、微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和圖形控制器等，它是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)；軟件部分則包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程,可以為實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行提供控制方法。通過(guò)嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展和其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的不斷加深，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于日常信息通信、企業(yè)工業(yè)、國(guó)家軍事、日常生活辦公等多個(gè)領(lǐng)域。

超聲波定位技術(shù)是倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，并且易于定向發(fā)射，具有較好的方向性，強(qiáng)度好控制。由于超聲波的速度相對(duì)于光速來(lái)說(shuō)要小的多，其傳播時(shí)間比較容易檢測(cè)，已被廣泛用于超聲測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接等方面。超聲波作定位技術(shù)就是由超聲波發(fā)射裝置發(fā)射不被人們聽到的超聲波，借助空氣媒介傳播，由障礙物反射回來(lái)的時(shí)間間隔長(zhǎng)短與被發(fā)射的超聲波的強(qiáng)弱判斷障礙物性質(zhì)或障礙位置的方法。

3 設(shè)計(jì)與開發(fā)

結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和超聲波測(cè)距原理，從設(shè)計(jì)任務(wù)的復(fù)雜程度、開發(fā)人員的熟悉度、開發(fā)成本等多方面權(quán)衡，本設(shè)計(jì)選擇AT89C51單片機(jī)作為主控器。超聲波探測(cè)器件可以發(fā)射超聲波并接收回波，再用單片機(jī)記錄從超聲波發(fā)射時(shí)刻起到接收到超聲波返回信號(hào)之間的間隔時(shí)間，再根據(jù)聲波在空氣中的傳播速度，即可計(jì)算出產(chǎn)生回波的物體與超聲探測(cè)元件之間的距離。

系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖

因此，用單片機(jī)某一端口輸出一定周期的方波，經(jīng)超聲波發(fā)射探頭產(chǎn)生的機(jī)械諧振發(fā)射超聲波，與此同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器工作。當(dāng)超聲回波接收探頭接收到回波信號(hào)后，經(jīng)放大整形送至比較器，比較器的輸出將變?yōu)楦唠娖?，此信?hào)就作為單片機(jī)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)一旦接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)立即讀取定時(shí)器記錄的時(shí)間，再將計(jì)算得到的距離數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示（LED數(shù)字顯示通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描法來(lái)實(shí)現(xiàn)），同時(shí)觸發(fā)語(yǔ)音模塊電路，不斷重復(fù)發(fā)射、接收、顯示與語(yǔ)音提示這一循環(huán)過(guò)程，直至汽車退出倒車運(yùn)行控制狀態(tài)。

倒車?yán)走_(dá)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路、倒車控制信號(hào)電路、語(yǔ)音電路組成。

倒車?yán)走_(dá)硬件設(shè)計(jì)圖

倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、發(fā)送子程序、接收子程序、報(bào)警程序、LED顯示程序組成。程序的設(shè)計(jì)思路為：完成定時(shí)器、中斷系統(tǒng)及各種初始化參數(shù)的設(shè)定，發(fā)出40KHz的方波信號(hào)，等待接收中斷、調(diào)用距離計(jì)算子程序、顯示測(cè)試距離、發(fā)出語(yǔ)音同步提示控制信號(hào)。

一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)制作的任務(wù)不可能一次性做好，總是需要調(diào)試的。通過(guò)采用KEIL軟件和Proteus進(jìn)行聯(lián)調(diào)仿真，仿真成功后，再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，這樣可以加快開發(fā)的進(jìn)度，又可以節(jié)省硬件資源。硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試完成后，將編譯好的程序下載到單片機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行。并根據(jù)運(yùn)行及在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行反復(fù)修改，對(duì)測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，通過(guò)不斷的優(yōu)化使系統(tǒng)達(dá)到能夠進(jìn)行實(shí)際使用的測(cè)量要求。

程序主流程圖

4 結(jié)論

本課題所設(shè)計(jì)的倒車?yán)走_(dá)，能夠滿足一般性近距離測(cè)距的要求，系統(tǒng)構(gòu)造成本較低，性價(jià)比高，是進(jìn)行交通管理的有效手段和工具，可提高車輛距離檢測(cè)的準(zhǔn)確性，有利于交通運(yùn)輸?shù)目茖W(xué)管理，降低對(duì)駕駛?cè)藛T本身的素質(zhì)要求。本設(shè)計(jì)有望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的好幫手，可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝箱車、垃圾車、食品車、載貨車、公共汽車等倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、倒車入庫(kù)以及進(jìn)入停車場(chǎng)停車到位，在日常駕駛過(guò)程中起到了良好的輔助作用。

U46

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1674-6708（2010）30-0253-02