基于單片機的倒車監(jiān)控硬件設計

于云霞 鄒雪 竇悉絲 江鈺婷

摘 要：目前在很多地方停車場供不應求，汽車導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。如何通過簡單及有效的方式，比如說對于汽車運行軌道提前測距等，避免類似事故的發(fā)生，需要我們?nèi)ニ伎技膀炞C。文章采用單片機進行控制，使用超聲波傳感器進行距離檢測，通過主控制器件處理收集到數(shù)據(jù)，使用數(shù)碼管顯示，利用報警裝置進行報警，實現(xiàn)了倒車監(jiān)控的功能。

關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；數(shù)碼管；報警；倒車監(jiān)控

1 研究背景

在現(xiàn)代生活中，車禍事故通常是發(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期，例如上下班時間、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。如果能夠提前對障礙物進行預警，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。由于倒車時我們只能通過后視鏡大概了解周圍的場地，因此不能很準確地避免一些障礙物。如果我們有一種感應裝置，可以在遇到障礙物時進行提醒，那么在發(fā)生一些讓人措手不及的事情時，也可以起到預示報警的作用。尤其在一些不熟悉的地方以及場地，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

在本次的設計中，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實地測量。系統(tǒng)能夠測量距離0.05～4 m，由于本次設計中測試角度只有15°，再加上超聲波的反射原理，因此會存在位置和角度的問題，從而出現(xiàn)誤差，所以在應用中應注意此問題。由于超聲波模塊本身的影響，無法進行高精度測量，其測量距離單位一般為cm到m。同時聲音傳播到一定距離會出現(xiàn)衰減，因此本系統(tǒng)也無法進行長距離的測量。

在進行測量時，如果檢測障礙物比較多，可能會出現(xiàn)誤收信號的情況，可以對發(fā)送的超聲波信號進行編碼，防止誤收。

3 系統(tǒng)組成簡介

該系統(tǒng)主要運用單片機進行控制，用外部電路進行檢測，實現(xiàn)多功能，多任務的檢測和輸出。硬件設計體系主要由控制模塊、測距模塊、顯示模塊、發(fā)聲報警、按鍵設置測試距離值組成（見圖1）。首先電源供電驅(qū)動單片機進行作用，傳感器則檢測障礙物距離[1-3]，將采集到的數(shù)據(jù)送到單片機進行處理，然后用顯示部分進行顯示，按鍵控制則對距離進行設置和調(diào)控，報警設置對采集到的數(shù)據(jù)同設置值進行對比，從而起到預警作用。

圖1 系統(tǒng)設計框圖

4 方案論證與選擇

4.1 主要控制芯片

單片機控制性能和可靠性高、體積小、價格低、易于產(chǎn)品化[4]。由于單片機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用，包括智能儀器儀表、機電一體化產(chǎn)品、實時工業(yè)控制、分布系統(tǒng)的前端模塊、家用電器、汽車自動駕駛系統(tǒng)等。主要單片機系列如下。

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

本次設計使用的是STC系列52單片機，其完全兼容51單片機，并且有其獨特的地方，抗外界干擾能力強，加密性好，耗能低[8]，可以實現(xiàn)遠程升級，內(nèi)部有專業(yè)復位電路，價格實惠，使用日益廣泛。

4.2 測試距離的采集部分

（1）超聲波測距傳感器?？梢栽诘蜏丨h(huán)境下進行運作，工作效率時間比較久。本身的靈敏度由機電耦合的系數(shù)決定，超聲波的穿透能力很強。

（2）激光測距傳感器。其測量寬度范圍很廣，響應速度快，進行長距離測量時不需要反光板，占用空間小[9-10]。

方案（1）測量距離可達到8 m，方案（2）測量量程大，0.02～300 m。倒車監(jiān)控根據(jù)實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。有輸出時定時器開始計時，躍變?yōu)榈碗娖綍r，定時器上的值就為發(fā)送接收時間，就可以根據(jù)公式算出距離。進行多次的周期測試，即可以達到移動測量的值。而且在方案中，我們可以采用多個傳感器同時對多個方向進行測距。

4.3 顯示模塊

（1）數(shù)碼管顯示。優(yōu)勢是編程相對簡單，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、標記等的點陣型液晶模塊，1602是指顯示的內(nèi)容為兩行，每行16個字符。

在本次設計方案中，采用方案（1）。

4.4 按鍵設置

按鍵設置模塊分為3個部分，分別是測試距離設置模式、測試距離值增加模式和測試距離值減少模式，可以手動設置測試距離。

4.5 報警模塊

發(fā)聲報警采用蜂鳴器器件，當所采集到的數(shù)據(jù)低于設定值時，蜂鳴器發(fā)聲報警。單片機的驅(qū)動電流較小，驅(qū)動發(fā)聲器件達不到要求，因此需要三極管增加電流。當測試值低于安全距離，蜂鳴器以一定的頻率發(fā)聲報警。

5 實物測試

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

[參考文獻]

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