基于PIC單片機倒車警示系統(tǒng)的設(shè)計

吳琳

摘 ?要：文章介紹了一款汽車倒車測距警示系統(tǒng)，它是基于PIC16F877單片機控制的。采用超聲波測距，用PIC16F877單片機算出障礙物體和車子后面的距離，對看不到的區(qū)域進行紅外感應(yīng)監(jiān)測。而且會利用LCD屏反應(yīng)出障礙物體到車子后面的距離，并有警報聲響起。從而讓駕駛員快速了解車尾的狀況，并采取對應(yīng)的措施，來提高倒車的安全性。

關(guān)鍵詞：超聲波;PIC16F877單片機;紅外感應(yīng)

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：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)計了這樣一款停車輔助設(shè)備。該系統(tǒng)的核心是PIC16F877單片機，實現(xiàn)測距警示的功能。倒車測距儀可以讓車子在停車和向后行駛更加安全。這個倒車測距儀是通過單片機的控制作用以及在數(shù)據(jù)處理方面的能力和超聲測量距離系統(tǒng)、紅外感應(yīng)系統(tǒng)相互配合，可以把汽車設(shè)制的距離和監(jiān)測的距離對比，如果測得的障礙物距離小于所設(shè)定的距離，則警報系統(tǒng)就會有響應(yīng)[1]。不僅幫助了車輛駕駛?cè)藛T在停車時向后看的麻煩，而且能讓車輛駕駛?cè)藛T看清停車時看不到的區(qū)域，從而使得停車更加安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

系統(tǒng)是用超聲測量距離的原理+紅外感應(yīng)的原理，由接收器、發(fā)射器、信號處理裝置這些構(gòu)成的。超聲波發(fā)射器朝任一方位發(fā)出信號，發(fā)出的時候一起執(zhí)行計時，信號在傳播途中如果有遇到障礙物體會立刻被返回，當接收器接收到被反射來的信號就不會再計時。（超聲波速度為340m/s，計時時間t，那么計算發(fā)射地點和障礙物的距離s=340t/2）系統(tǒng)總體的設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖，如圖1：

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 超聲發(fā)射電路及接收電路的設(shè)計

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。當車掛上倒車檔時，系統(tǒng)會采用超聲測距的方法測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，如果碰到的障礙物體比較大的時候，就會有回波的信號，接收器接受信號后，信號是經(jīng)過控制器來處理的，判斷障礙物的位置，是否在設(shè)定的距離里，要是有蜂鳴器會發(fā)出警報，LCD顯示距離，如果障礙物太小會啟動紅外感應(yīng)系統(tǒng)，LED燈閃爍，然后我們停車可以更加的安全。

2.2 紅外傳感器模塊設(shè)計（HC-SR501）

HC-SR501釋熱紅外傳感器是一款可以測到動物和人身上發(fā)出的紅外線后，輸出電信號的傳感器。紅外傳感器算是很好用的探測器。不僅在樓道開關(guān)、防盜警報燈等方面得到應(yīng)用，本設(shè)計的倒車感應(yīng)警報系統(tǒng)也利用了它的原理，對車后面是不是有超聲波探測不到的生物進行感應(yīng)檢測。

2.3 報警電路的設(shè)計

本文采用蜂鳴聲來當作警報聲。在本設(shè)計中所使用的蜂鳴器為壓電式的蜂鳴器，啟動方式是通過單片機發(fā)送一個信號驅(qū)動其發(fā)出聲音，壓電式的蜂鳴器大概需要10mA的驅(qū)動電流驅(qū)動它。本文的設(shè)計中，單片機的引腳BUZZER輸出高電平的時候，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;當輸出低電平時，三極管截止了，蜂鳴器接收到停止響音的信號而停止發(fā)聲。報警電路如圖2所示。

2.4 顯示模塊的介紹

一般在單片機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。缺點是它的可視度角小，對溫度變化偏敏感，溫度過高又或者過低，顯示器的對比度會降低。

LCD引腳主要分為兩種：一種是14個引腳，另一種是16個引腳，有兩個單獨的引腳是接電源線的VCC和地線的GND。本文設(shè)計的顯示模塊的示意圖如圖3所示：

2.5 外部時鐘源模塊設(shè)計

時鐘是一種脈沖信號，它具有的特征是連續(xù)的。其作用是可以給芯片一個連續(xù)的脈沖信號使芯片完成相關(guān)的任務(wù)。這次設(shè)計以外部時鐘源模塊為主。單片機與外部晶振配合來實現(xiàn)電路的振蕩，這樣可以為單片機提供一個時鐘進行運行，在執(zhí)行每一條指令的時候，CPU要發(fā)出一系列的控制信號，假如運行時鐘為0 的話，單片機便不會工作，當超出超聲波的工作頻率范圍時，同樣也會使超聲波不工作。外部時鐘源模塊如圖4所示。

2.6 單片機控制模塊設(shè)計（PIC16F877）

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

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

PIC16F877單片機通過PB1的引腳來發(fā)射出超聲波，反射回來的信號傳送給PB2。警報電路由RD2、RD3引腳來控制，LCD電路由RD4-RD7及RC4和RC5引腳控制。

2.7 電源模塊的設(shè)計

因為電源為電子系統(tǒng)和電子設(shè)備提供源動力，如果電源模塊出現(xiàn)問題，便會在一定程度上使得電子設(shè)備無法正常工作，電源部分的性能的好壞會影響設(shè)備的工作質(zhì)量[3]。因此本設(shè)計采用7085芯片[4]，可以達到降壓和穩(wěn)壓的好處，模塊設(shè)計上使用線性穩(wěn)壓電路，用三個端口集成穩(wěn)壓器以方便使用。

2.8 復(fù)位模塊電路設(shè)計

對單片機的初始化操作就是為了能達到復(fù)位的功能，只需要給復(fù)位引腳MCLR加上一個大于24個時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，當程序操作上和程序運行上出錯時，會使系統(tǒng)處在封鎖的狀態(tài)，就需要使用復(fù)位鍵讓MCLR引腳為高電平的時候來使單片機重啟。本設(shè)計的復(fù)位電路采用外部復(fù)位電路，復(fù)位電路通過按鍵復(fù)位來完成的。以下是復(fù)位電路圖（圖6）。

2.9 按鍵功能模塊的設(shè)計

當按鍵發(fā)出的信號過RA0引腳傳送到單片機。S2按鍵可以進到LCD的菜單界面，S3按鍵是用來增加測量距離的，S4按鍵是用來減少測量距離，S5按鍵是用于確認所設(shè)定的量測距離的，S6按鍵是用來返回主界面的。通過這幾個按鍵來確定量測距離的，可以在一定范圍值內(nèi)設(shè)定量測的距離，可根據(jù)實際的情況更改距離。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

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

整個系統(tǒng)的設(shè)計核心是對距離的測量，以及對看不到區(qū)域的紅外感應(yīng)，然后通過單片機來處理測量的數(shù)據(jù)，可以較為精準的測出數(shù)據(jù)。在進行超聲波測距時，本質(zhì)上的測距就是記錄下超聲波發(fā)射信號處到障礙物反射回來接收到信號二者之間的時間差，然后計算出兩者的距離。在接收器上一般能收到兩種信號，第一種是發(fā)射波的余波信號，第二種是反射回的信號。余波信號對于整個測量的準確性有一定的干擾，當發(fā)射器把信號發(fā)射出時，接收器立刻就能接收到超聲波的信號，因此應(yīng)該避開收到余波的信號，這個就是利用超聲波測距會有盲區(qū)的最主要原因。不過可以通過紅外感應(yīng)系統(tǒng)來解決，假如有比較小的生物在車后方而且超聲波并沒有檢測到那么紅外感應(yīng)該能檢測到并使LED燈閃爍，紅外檢測也是存在一定條件的，如必須有溫度上的變化，如果沒有溫度上的變化也就是有站立不動的生物也是很難監(jiān)測到的，因此也存在一些弊端。

超聲波在接收電路接收到反射來的信號時，便向單片機傳遞信號，單片機利用外部中斷系統(tǒng)記錄下反射信號的到達時間，中斷發(fā)生后會停止計時，可以讀取LCD上的數(shù)據(jù)。本設(shè)計的創(chuàng)新點在紅外監(jiān)測，及掉電記憶功能。

4 結(jié)束語

本次的設(shè)計在實際應(yīng)用中倒車雷達設(shè)計已有一定的成熟的技術(shù)，而此次的設(shè)計是在此基礎(chǔ)上做部分的改善，在硬件上增加紅外檢測模塊，對超聲波的盲區(qū)能有一定的監(jiān)測作用。在軟件上，編寫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，能自動調(diào)用此程序，對初始設(shè)置的數(shù)據(jù)有記憶功能，而不用重新設(shè)置。通過按鍵對安全距離的設(shè)定，將超聲波的探頭對著墻，LCD顯示屏會顯示與墻壁的距離，LED燈亮起，而且會有蜂鳴聲。把探頭轉(zhuǎn)向沒有障礙物的地方則不會有任何警示（最遠可設(shè)置兩米）。

參考文獻：

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