基于单片机的测速和倒车提示装置的设计--小论文

基于单片机的测速和倒车提示装置的设计六六,导师*（信息与控制工程学院，测控 xx班）摘 要：本装置以STC89C51RC单片机为核心，通过使用单片机来实现测量车速与距离的功能。使用超声波传感器采集车辆与障碍物之间的距离信号，使用光电传感器采集车辆的速度信号，该信号经过滤波、放大、比较等一系列的操作，将模拟信号转换成数字信号送入到单片机，处理后将结果最终将送液晶显示器上。测量范围可由按键调节，当超过测量范围时，进行报警，蜂鸣器发声。本文介绍了速度与距离信号的采集原理，并对电路的参数进行了分析。关键词：超声波传感器；光电传感器；液晶显示器0 引 言随着现代生活水平的提高，汽车使用量逐年增加，交通事故的发生也与日俱增，汽车测速与倒车提示装置也就应运而出，尤其是非接触式测量技术卓越发展。在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用。超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比较方便而且速度快计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的要求。因此超声测距广泛应用于当今生活中。超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触1。1 系统总体结构系统主要由CX20106A超声波传感器、ST188光电传感器、超声波测距模块、转速产生模块、转速检测模块、单片机处理单元、显示单元、报警电路、按键控制电路组成。测距与倒车提示装置的系统结构框图如图1所示。图1 系统结构框图*指导教师:教师简介，找自己的指导教师要详细的内容。该装置通过超声波传感器实现距离与速度的采集之后，会对所采集到的信号进行滤波、放大、比较处理后，传送至单片机进行信号的实时处理，单片机将信号进行处理之后送至显示单元进行显示，从而使监测人员可以非常及时、非常准确的掌握所测量的汽车的速度与距离等基本信息。2 硬件电路设计2.1 主控芯片本设计的主控芯片选用STC89C51RC单片机。STC89C51RC单片机的片内有ROM/EPROM，因此这种单片机可以构成简单可靠的最小系统。为了构成最小应用系统只需要在单片机外部接上时钟电路和复位电路即可，即单片机的“XTAL1”（19）引脚和“XTLAL2”（18）引脚连接时钟电路，“RST”（9）引脚连接复位电路，与电源连接并接地就构成了单片机最小系统，这样就能用最少的原件组合来实现单片机简单的运行操作2。图2 单片机最小系统2.2 超声波测距电路发射电路主要由CD4069和超声波发生换能器组成，单片机端口P3.4（T0）输出40kHz方波信号，此时单片机启动定时器T1，方波信号的一路经一级反向器后送到超声波发生换能器T的一个电极1，另一路经两级反向器后送到超声波发生换能器T的另一个电极0。用这种推挽形式将方波信号加到超声波发生换能器T的两端，可以提高超声波发射强度。输出端用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻R7、R11不仅可以提高CD4069输出高电平的驱动能力，还可以增加超声换能器的阻尼效果，以缩短其自由震荡时间。接收电路主要有CX20106A和超声波接收换能器组成，接收端接收到被反射回来的超声波后，将超声波送到CX20106A中经检波、除噪、放大和整形后，再由CX20106A的7脚输出。C10为滤波电容，R8和C8控制CX20106A内部放大增益，R9控制带通滤波器的中心频率，INT0接到单片机STC89C51RC的外部中断上，当INT0收到超声波时产生一个下降沿，单片机产生中断，关闭定时器Tl，从而计算出超声波从发射到接收的时间差3。超声波测距电路如图3所示。图3 超声波测距电路2.3 转速检测电路当电机DJ带动转盘转动时，由于转盘安装在光电开关器的U7槽中，且转盘上有孔，所以在转盘转动过程中，U7一端发出的光线穿过该孔并送到U7的另一端，使光电开关器U7产生脉冲，并送至单片机的“13”(INT1)脚，由单片机进行计数，并由液晶屏LCD直接显示，显示的数字就是电机DJ的转速4。如图4所示为转速检测电路。图4 转速检测电路2.4 转速产生电路电机控制电路采用双极式H型脉冲宽度调制变换器驱动电路，如图3-10所示。H桥式电机驱动电路包含4个三极管和一个电动机。要使电机运转，须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。如图5为转速产生电路。图5 转速产生电路3 软件设计3.1 系统主程序流程图本设计要求系统在模拟汽车向前运行时显示车速，在模拟倒车状态下显示车体与障碍物的距离。整体设计思路为把程序整体划分成几个具有明确任务的程序模块，然后分别对其进行编制、调试后，再把它们连接起来，形成一个完整的程序。按照这种分模块化的设计思路，把系统程序分为以下几个模块：主程序控制模块、正常运行测速模块、倒车测距模块、电机运行模块和数据处理模块等。分别对不同模块进行编制、调试，完全正确之后在进行组装和调试。主程序流程图如图7所示。图7 主程序流程图3.2 正常状态子程序流程图正常运行状态子程序设计需要用到一个位单元即05H，用05H单元来记录状态转换按键Kl的状态，即当05H为1时，表示系统处于倒车状态；当05H为0时，则表示系统处在正常运行状态。所以在运行正常运行与倒车这两个状态之前要对05H进行判断，即状态转换按键K1的再次判断，然后才可以转向相应的子程序。在其正常运行时，要求还可以对车速进行相应的调整，所以用按键K4代表正常转速，按键K2按下时代表减速，按键K3按下则代表加速，再次按下K4键时电机停止转动。如图8为前进状态子程序流程图。图8 前进状态子程序流程图3.3 倒车状态子程序流程图在对05H进行判断之后，确定进入倒车状态。本模拟系统使用超声波测距的方法对倒车距离进行测量。在超声波发射时，启动定时器T1，接收到超声波时，关闭定时器，在这段时间中有多少个60 u s，则车体与障碍物的距离就是多少厘米。如图9和图10所示为被调用的倒车测距子程序流程图。 图4-3 倒车状态流程图 图4-4 测距流程图4 结论本设计是基于STC89C51RC的测速与倒车提示装置，该设计可以较为快速方便的测量到汽车行驶时的速度与倒车时与障碍物之间的距离，并可以进行异常报警。虽说本设计初步实现了超声波传感器测距和光电传感器测速，但是还存在诸多不足，希望之后的学习与研究中能将其完善，以减少交通事故的发生。参考文献1 李同岭, 李清君. 超声波测距J. 煤炭技术, 2012, 31(7):55-56.2 陈旦花. 单片机最小系统的设计与应用J. 无线互联科技, 2012(10):103-104.3 戴曰章, 吴志勇. 基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计J. 计量与测试技术, 2005, 32(2):17-19.4 Zhou Z. Design of An Auto-dial Alarm CircuitJ. Electronic Component & Device Applications, 2004.5 Chen S L. Simple CNC DC power supply designJ. Journal of Ningde Teachers College, 2010.Design of Speed and Reversing Hint Device Based on Single Chip MicrocomputerXX, XX *(Class-XX, Major of Measurement and Control Technology and Instrumentation Program，College of Information&Control Engineering)Abstract: This topic is based on the single-chip speed measurement and reversing prompt device design. Due to the particularity of speed and distance signal, it is necessary to pay attention to the realization of measurement precision and speed in the design. The key to the system is to achieve fast and accurate distance measurements. The device to STC89C51RC microcontroller as the core, through the use of single-chip to achieve the measurement of speed and distance function. Using the ultrasonic sensor to collect the distance signal between the vehicle and the obstacle, the use of photoelectric sensor to collect the speed signal of the vehicle, the signal through filtering, amplification, comparison and a series of operations, the analog signal into a digital signal into the microcontroller, After the results will eventually send to the liquid crystal display. The measuring range can be adjusted by the key, when the measurement range is exceeded, the alarm and