第四代智能倒車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與探討

朱婷++葉俊

摘 要倒車?yán)走_(dá)，即“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”。倒車?yán)走_(dá)是汽車駐車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員駐車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷。本文對(duì)第四代智能倒車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】倒車?yán)走_(dá) 智能倒車 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)五年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了六代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。

本次產(chǎn)品模擬的是第四代倒車?yán)走_(dá)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輪速度和車尾與障礙物距離，并顯示在液晶屏幕上的功能。當(dāng)車尾與障礙物距離不超過(guò)5cm時(shí)，液晶顯示Danger表示倒車危險(xiǎn)；當(dāng)車尾與障礙物距離大于5cm時(shí)，液晶顯示Safe表示倒車安全。本次設(shè)計(jì)采用工業(yè)控制中流行的STM32單片機(jī)，性能穩(wěn)定，效率高，所用傳感器穩(wěn)定準(zhǔn)確，使用壽命長(zhǎng)。

本次設(shè)計(jì)增加了重力感應(yīng)遙控。小車會(huì)隨著重力感應(yīng)遙控器的傾斜方向和程度，改變行駛方向和速度，與體感游戲無(wú)二，便于測(cè)試的同時(shí)也增加了產(chǎn)品的趣味性。

1 汽車測(cè)速倒車提示系統(tǒng)組成

如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)試

2.1 遙控器

遙控器部分由ADXL345，NRF24L01，STM32F103RB組成。

2.2 通信

通信采用NRF24L01模塊進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)到小車。NRF24L01模塊使用的GPIO為，PA4，PA5，PA6，PA7，PC4，PC5共6個(gè)。模塊與單片機(jī)之間以SPI通信方式通信。

SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由ss（cs）、sck、sdi、sdo構(gòu)成，在sck的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。上升沿到來(lái)的時(shí)候，sdo上的電平將被發(fā)送到從設(shè)備的寄存器中。遙控器只做發(fā)送用途。

2.3 角度采集

角度采集使用ADXL345三軸加速度傳感器，ADXL345直接輸出數(shù)字信號(hào)，模塊與單片機(jī)之間采用IIC通信協(xié)議。IIC通信只需要兩根線，一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線即可完成數(shù)據(jù)傳輸。

3 小車

小車部分由STM32F103RB，L298N，超聲波模塊，光電碼盤測(cè)速傳感器模塊組成。

3.1 超聲波測(cè)距

超聲波測(cè)距模塊使用單片機(jī)PB5，PB6。超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測(cè)量目標(biāo)或障礙物后反射回來(lái)，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時(shí)間即往返時(shí)間，往返時(shí)間乘以340m/s再除以2即可。

TRIG是控制端（輸入），ECHO是返回端（輸出），大致過(guò)程是TRIG給脈沖發(fā)送超聲波，當(dāng)收到反射波的時(shí)候，ECHO輸出有效信號(hào)。測(cè)量從TRIG觸發(fā)開(kāi)始到接收到ECHO的時(shí)間差，（路程）S=（時(shí)間）T*170即可換算出距離。

3.2 光電測(cè)速

光電測(cè)速模塊使用的是PB7，模塊的OUT端接PB7。模塊沒(méi)經(jīng)過(guò)一個(gè)碼盤上的小孔，即狀態(tài)跳變一次，遮住為高電平。通過(guò)單片機(jī)外部中斷計(jì)數(shù)，在1s時(shí)間到的時(shí)候計(jì)數(shù)值清零。計(jì)數(shù)值乘以單位孔所對(duì)應(yīng)的外輪周長(zhǎng)即可算出1s內(nèi)的路程（即速度）。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A，額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作，可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。

L298N含兩個(gè)PWM輸入（EnA，EnB）用來(lái)控制速度，四個(gè)轉(zhuǎn)向控制輸入口（in1～in4）用來(lái)控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等動(dòng)作可直接由轉(zhuǎn)向控制端對(duì)應(yīng)的GPIO輸出不同電平控制。兩路PWM輸入是根據(jù)遙控器的傾斜程度來(lái)確定，如果傾斜角度相對(duì)大，則PWM占空比也會(huì)相應(yīng)增大，進(jìn)而控制小車的行駛速度。

4 程序整體流程圖

如圖2所示。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡杏山.電子電路超簡(jiǎn)單[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2]劉火良，楊森.STM32庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介

朱婷（1981-），女，湖北省隨州市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)殡娮訙y(cè)量技術(shù)與儀器。

葉?。?974-），男，湖北省荊州市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)楣╇娂夹g(shù)。

作者單位

武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北省武漢市 430074