【正文】 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測(cè)速及倒車提示系統(tǒng)分析汽車測(cè)速及倒車提示系統(tǒng)的分析摘要：本文主要介紹了汽車的測(cè)速及倒車系統(tǒng)電路原理分析。該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速檢測(cè)及倒車測(cè)距等功能。采用光電式輪速檢測(cè)的方法進(jìn)行汽車的轉(zhuǎn)速檢測(cè)，速度可通過按鍵進(jìn)行調(diào)整分為快中慢三檔；倒車系統(tǒng)主要采用超聲波測(cè)距的原理進(jìn)行汽車尾部與障礙物間距離的測(cè)量，在倒車時(shí)會(huì)有提示音，聲音的大小也是可以調(diào)節(jié)的；同時(shí)檢測(cè)的速度及倒車的距離均可通過數(shù)碼管進(jìn)行及時(shí)的顯示。關(guān)鍵字：AT89S52 CX20106A 光電耦合器1 緒論隨著人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為生活中主導(dǎo)的交通工具，汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。為保障汽車駕駛時(shí)的舒適性和安全性世界各國(guó)對(duì)汽車防撞技術(shù)的研究和發(fā)展投入了大量的人力、物力和財(cái)力，據(jù)統(tǒng)計(jì)，危機(jī)情況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%，迎面撞車事故的60%，所以現(xiàn)在汽車安裝各類測(cè)距系統(tǒng)以保障行車安全。超聲波測(cè)距是汽車泊車或者倒車時(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，解除了駕駛員泊車、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，提高駕駛的安全性。 通過測(cè)距來發(fā)現(xiàn)障礙物，計(jì)算簡(jiǎn)單,方便迅速,易于做到實(shí)時(shí)控制，距離準(zhǔn)確度達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。超聲波測(cè)速雷達(dá)用于測(cè)距上，在某一時(shí)刻發(fā)出超聲波信號(hào)，在遇到被測(cè)物體后的射回信號(hào)波，被倒車?yán)走_(dá)接收到，得用在超聲波信號(hào)從發(fā)射到接收回波信號(hào)這一個(gè)時(shí)間而計(jì)算出在介質(zhì)中的傳播速度，這就可以計(jì)算出探頭與被探測(cè)到的物體的距離。 針對(duì)我國(guó)高速公路交通安全的需要，以及國(guó)內(nèi)外汽車電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，綜合汽車電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科理論，從必要性、可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等角度出發(fā)，提出開發(fā)研制汽車測(cè)速及倒車提示系統(tǒng)。目的在于當(dāng)行車處于高速及倒車狀態(tài)時(shí)，提醒駕駛員或自動(dòng)采用相應(yīng)措施，從而減少或避免高速公路碰撞事故的發(fā)生。2 設(shè)計(jì)方案要求 功能及技術(shù)要求（1）測(cè)速范圍。測(cè)速范圍分為四檔：第一檔速0—130cm/s，第二檔速130—200cm/s，第三檔速200—260cm/s，第四檔速260—300cm/s。（2）倒車測(cè)距范圍。該模擬系統(tǒng)的測(cè)量范圍在2—3米之間。當(dāng)距離小于20cm時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止，或者說在大于20cm時(shí)，也可以通過按鍵使電機(jī)停止。（3）按鍵功能如表21所示。表21 按鍵功能表按鍵名稱K1倒轉(zhuǎn)鍵K2減速鍵K3加速鍵K4正轉(zhuǎn)鍵K5復(fù)位鍵SS2進(jìn)入倒車狀態(tài)（4）顯示功能。該系統(tǒng)具備顯示功能，顯示內(nèi)容有正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速及倒車狀態(tài)時(shí)障礙物與汽車尾部的距離，其顯示精度為1cm。 測(cè)速及倒車提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證方案一：采用后視攝像進(jìn)行倒車這種方法可以獲得障礙物的直觀圖像，但無(wú)法測(cè)得準(zhǔn)確的距離；雖然其可靠性高但是價(jià)格較高，得不到普遍的推廣使用；這種方法還存在一些其他的缺陷，如其在夜間會(huì)受到影響，無(wú)法重現(xiàn)圖像，使其在晚間如同虛設(shè)，不僅如此，它還會(huì)受到天氣的影響，在陰雨、霧雪天氣，后視攝像這種方法同樣起不到效果。
方案二：采用超聲波倒車
超聲測(cè)距一般采用40KHz的脈沖信號(hào)。常用有CX20106集成芯片，使用方便簡(jiǎn)單，只需在外圍電路加常見的反向驅(qū)動(dòng)集成塊74LS04，使用起來效果很明顯而且價(jià)格合理。超聲波測(cè)距雖然沒有清晰的圖像，但是其可以測(cè)得準(zhǔn)確的距離，讓使用者無(wú)論是在白天還是在晚上都能明確的了解到其后邊的障礙物。超聲測(cè)距也存在缺點(diǎn)，就是對(duì)車后的路坑、山崖、凸出的某些障礙物無(wú)法感應(yīng)。在此設(shè)計(jì)屬于模擬系統(tǒng)，所以采用方案二比較經(jīng)濟(jì)合理。 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路模塊方案一：霍爾式輪速檢測(cè)霍爾輪速傳感器由磁鋼、霍爾元件及電平轉(zhuǎn)換電路組成，霍爾輪速傳感器核心為霍爾元件,霍爾元件通過齒輪的運(yùn)動(dòng)輸出mV級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓,選用UGN3019開關(guān)型集成霍爾元件,可實(shí)現(xiàn)將準(zhǔn)正弦波電壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)脈沖電壓?；魻栞喫賯鞲衅鬏敵龅拿}沖信號(hào)頻率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系,對(duì)脈沖信號(hào)可采用多種方法進(jìn)行處理分析。開關(guān)型霍爾傳感器尺寸小、工作電壓范圍寬，工作可靠，但是對(duì)于該模擬系統(tǒng)，不需要這么高精度的檢測(cè)。方案二：光電式輪速檢測(cè)光電式輪速傳感器由光源、轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤、光敏元件及有關(guān)電路組成。轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤被安裝在轉(zhuǎn)軸上,轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤邊緣開有等距離的孔,光源發(fā)出的光通過圓盤小孔照射到光敏元件上。當(dāng)測(cè)速盤旋轉(zhuǎn)切割光開關(guān)時(shí),光敏檢測(cè)元件輸出一串脈沖信號(hào),脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速n與脈沖頻率f關(guān)系為:n=60*f/p(r/min),其中p為圓盤開孔總數(shù)。若取p=60,則f=n,即輪速傳感器輸出信號(hào)頻率便是車輪每分(鐘)轉(zhuǎn)數(shù)。通過以上分析采用方案二實(shí)現(xiàn)了高精度、寬范圍的測(cè)量，比較符合要求。方案一：采用PLC控制PLC控制有編程簡(jiǎn)單方便、硬件維護(hù)方便、可靠性高適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是它最常見的是用來控制強(qiáng)電，而像這種12V以下的弱電控制就不適宜了，而且成本高。方案二：采用單片機(jī)芯片控制該系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路以AT89S52單片機(jī)為控制核心。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。與AT89C51比AT89S52擁有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器和支持在線編程,ISP在線編程功能優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是個(gè)強(qiáng)大易用的功能。AT89S52的性能可以滿足電路的要求，其市場(chǎng)上很普遍，價(jià)格便宜。所以選擇AT89S52為控制器的控制核心。 顯示模塊方案一：采用LCD液晶顯示該模擬系統(tǒng)只需要對(duì)車速或倒車時(shí)的距離進(jìn)行顯示，若采用液晶顯示，雖然不需要外接驅(qū)動(dòng)電路，也不會(huì)占用單片機(jī)的I/O口，而且軟件編寫簡(jiǎn)單，節(jié)約了CPU資源，但是液晶顯示增加了成本，對(duì)四位數(shù)據(jù)的顯示根不需要這么浪費(fèi)，所以這部分的顯示，根據(jù)實(shí)際情況的需要用LCD液晶顯示不合理。方案二：數(shù)碼管顯示采用數(shù)碼管顯示，需要外加驅(qū)動(dòng)電路，但是簡(jiǎn)單的三極管就可以驅(qū)動(dòng)，所以外加的驅(qū)動(dòng)電路并不復(fù)雜。因?yàn)轱@示的內(nèi)容簡(jiǎn)單，僅四位數(shù)字，對(duì)于I/O口的占用也不是很多，數(shù)碼管價(jià)格便宜。對(duì)該顯示電路來說采用數(shù)碼管顯示很合理。 直流電機(jī)控制電路模塊方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以GM系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。方案二：靜止可控整流器。簡(jiǎn)稱VM系統(tǒng)。VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。VM系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM變換器。可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路?？刂齐娐窋?shù)碼管顯示直流電機(jī)控制提示音發(fā)生器倒車檢測(cè)電路轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路綜上所述，： 測(cè)速及倒車提示原理方框圖倒車檢測(cè) 超聲波檢測(cè)；轉(zhuǎn)速檢測(cè) 光電式傳感器檢測(cè)；控制器 AT89S52單片機(jī)；顯示模塊 數(shù)碼管顯示；直流電機(jī) 脈寬調(diào)速系統(tǒng)。3 硬件電路的設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距電路超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單、成本低、制作方便，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)，是利用單片機(jī)編程產(chǎn)生頻率為40kHz的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。：數(shù)字顯示功能鍵單 片 機(jī)發(fā)射驅(qū)動(dòng)接受處理 發(fā)射與接收原理框圖（1）發(fā)射電路 六反向器74LS0474LS04內(nèi)部集成了六個(gè)反向器（輸入與輸出相位相反的電子電路），即1A輸入高電平，1Y輸出高電平同時(shí)具有放大的功能。： 74LS04的管腳圖因?yàn)樗妮斎肱c輸出相位相反，所以我們得到它的真值表，如表31所示：表31 74LS02的真值表InputOutputAYHLLH（2）接收電路 紅外線檢波接收芯片CX20106ACX20106A是紅外遙感接收前置放大雙極型集成電路，內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路（ABLC）、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和波形整形電路等組成。集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測(cè)距的超聲波頻率40KHz較為接近，用其制作超聲波檢測(cè)接收電路。 CX20106A引腳圖表32 CX20160A引腳符號(hào)及功能引腳號(hào)符號(hào) 功能1IN遙控信號(hào)輸入端（此腳與地之間接紅外線接收二極管）2C1前置放大器頻率特性和增益設(shè)定（此腳與地之間接RC串聯(lián)電路）3C2接檢波電容4GND接地5F0設(shè)定帶通濾波器的中心頻率（此腳與電源之間接電阻）6C3外接積分電容7OUT遙控指令輸出端8VCC外接電源CX20106A技術(shù)特點(diǎn)：低電壓供電，典型值為5V。功耗低，VCC=5V時(shí)，其典型功耗9mW。帶通濾波器的中心頻率可通過改變5腳和電源之間的電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為30—60KHZ。由于未使用電感，不受磁場(chǎng)干擾，所以抗干擾能力強(qiáng)。1