【正文】 方案 如圖 所示 ： 圖 測速及倒車提示原理 方框 圖 倒車檢測 超聲波檢測 ； 轉(zhuǎn)速檢測 光電式傳感器檢測 ； 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) 。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)動能力有限。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。它的另一個缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。簡稱 VM系統(tǒng)。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(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。因?yàn)轱@示的內(nèi)容簡單，僅四位數(shù)字，對于 I/O口的占用也不是很多，數(shù)碼管價格便宜。AT89S52 的性能可以滿足電路的要求，其市場上很普遍，價格便宜。 控制器 方案一：采用 PLC控制 PLC 控制有編程簡單方便、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。 當(dāng)測速盤旋轉(zhuǎn)切割光開關(guān)時 ,光敏檢測元件輸出一串脈沖信號 ,脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比。霍爾輪速傳感器輸出的脈沖信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系 ,對脈沖信號可采用多種方法進(jìn)行處理分析。超聲波測距雖然沒有清晰的圖像，但是其可以測得準(zhǔn)確的距離，讓使用者無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。 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 障礙物與汽車尾部的 距離， 其顯示精度為 1cm。 該模擬系統(tǒng)的測量范圍在 2— 3 米之間。目的在于當(dāng)行車處于 高速及倒車 狀態(tài)時，提醒駕駛員或自動采用相應(yīng)措施，從而減少或避免高速公路碰撞事故的發(fā)生。 超聲波測距 是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，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、倒車和起動車輛時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 。 該系統(tǒng)采用AT89S52 單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速檢測及倒車測距等功能。 采用光電式輪速檢測的方法進(jìn)行汽車的轉(zhuǎn)速檢測，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)主要采用超聲波測距的原理進(jìn)行汽車尾部與障礙物間距離的測量，在倒車時會有提示音，聲音的大小也是可以調(diào)節(jié)的 ；同時檢測的速度及倒車的距離均可通過數(shù)碼管進(jìn)行及時的顯示。 通過 測距來 發(fā)現(xiàn)障礙物， 計算簡單 ,方便迅速 ,易于做到實(shí)時控制，距離準(zhǔn)確度達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。 2 設(shè)計方案要求 功能及 技術(shù)要求 （ 1） 測速范圍。當(dāng)距離小于 20cm 時，電機(jī)自動停止，或者說在大于 20cm 時，也可以通過按鍵使電機(jī)停止 。 測速及倒車提示系統(tǒng)設(shè)計方案論證 發(fā)射與接收模塊 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，但無法測得準(zhǔn)確的距離；雖然其可靠性高但是價格較高，得不到普遍的推廣使用 ；這種方法還存在一些其他的缺陷，如其在夜間會受到影響，無法重現(xiàn)圖像，使其在晚間如同虛設(shè)，不僅如此，它還會受到天氣的影響，在陰雨、霧雪天氣，后視攝像這種方法同樣起不到效果。超聲測距也存在缺點(diǎn) ，就是對車 后的路坑、山崖、凸出的某些障礙物無法感應(yīng)。 開關(guān)型霍爾傳感器尺寸小、工作電壓范圍寬，工作可靠，但是對于該 模擬系統(tǒng)，不需要 這么高精度的檢測 。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)。 方案二：采用單片機(jī)芯片控制 該系統(tǒng)設(shè)計電路以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心。 所以選擇 AT89S52 為控制器的控制核心。 對該顯示電路來說 采用數(shù)碼管顯示 很合理 。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測速及倒車提示系統(tǒng)分析 5 兩臺 與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(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)。 VM 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時，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。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。 本設(shè) 計采用了可逆 PWM 變換器。 控制電路 數(shù)碼管顯示 直流電機(jī)控制 提示音發(fā)生器 倒車檢測電路 轉(zhuǎn)速檢測電路 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測速及倒車提示系統(tǒng)分析 6 3 硬件電路的設(shè)計 超聲波測距電路 超聲波測距原理簡單、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)射時刻的同時開始計時，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時。 74LS04的管腳如圖 ： 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74A84Y95A105Y116A126Y13VCC14U174LS04 圖 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 Input Output A Y H L L H 數(shù)字顯示 功能鍵 單 片 機(jī) 發(fā)射驅(qū)動 接受處理 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測速及倒車提示系統(tǒng)分析 7 （ 2） 接收電路 紅外線檢波接收芯片 CX20206A CX20206A 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。低電壓供電， 典型值為 5V。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。 超聲波檢測接收電路如圖 ，該電路以 CX20206A 為核心，將超聲接收器輸入的超波電信號進(jìn)行放大、整形、輸出。該模擬系統(tǒng)采用的是利用測量脈沖反射時間法，反射時間法是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離的。 探頭是一個電聲換能器，并能將返回來的聲波轉(zhuǎn)換成電脈沖；控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性，提高分辨率；實(shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換；控制工作頻率；適用于不同的工作條件 。該超聲波傳感器分為發(fā)射和接收兩種，發(fā)射器的型號為 T4018，接收器的型號為 R4018。 在測距過程中，設(shè)超聲波的聲速為 340m/s，經(jīng)計算可得超聲波傳播 1cm 需要 30us。 超聲波測距的原理分析 超聲波測距的具體原理分析如圖 ： 當(dāng)開關(guān) S S2閉合時， 利用單片機(jī)的定時計數(shù)器 T0（ ）產(chǎn)生 40KHz 的矩形波，該 矩形波的頻率 f=40KHz，所以其周期為 t0=25us，因?yàn)槭欠讲ㄋ?t=；由于晶振為 12MHz，所以機(jī)器周期為 T=1us,那么該定時計數(shù)器的初值計算： N=t/T=X=2^16N==65524=FFF4H 所以送入定時計數(shù)器的初值為： TH0=0FFH,TL0=0F4H 40KHz 的矩形波由 ，經(jīng)過 74LS04六反向器由發(fā)射探頭 T4018發(fā)射出去，如果遇到障礙物就會及時的反射回來，再由超聲波接收探頭 R4018接收，經(jīng)過 CX20200A 處理送到外部中斷 0處理。輸出端采用兩個反向器 并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。測距輪安裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準(zhǔn)確一些。 芯片簡介 光電耦合器是一種把紅外發(fā)射器和紅外光接收器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內(nèi)的器件。 在光電耦合器件輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流 的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電 光 電的轉(zhuǎn)換。 c)正向工作電壓 Vf： Vf 是指在給定的工作電流下， LED 本身的壓降。 （ 3） 輸出特性 a)集電極電流 Ic：光敏三極管集電極所流過的電流，通常表示最大值。 e)CE 飽和電壓 Vcd：發(fā)光二極管工作電流 IF 和集電極電流 IC為規(guī)定值時，并保持 IC/IF=CTR 時，集電極與發(fā)射極之間的電壓降。 在 1s中之內(nèi)記錄轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù) ，并送至數(shù)碼管顯示 （速度的顯示就是對轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn) 每秒轉(zhuǎn)動 的圈數(shù)進(jìn)行的顯示。 控制 電路 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。對 P0端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入； 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測速及倒車提示系統(tǒng)分析 13 P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）如圖 所示： EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U289S52 圖 AT89S52的引腳圖 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 34所示： 表 34 P3口的第二功能使用表 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車的測速及倒車提示系統(tǒng)分析 14 AT89S52 定時 /計數(shù)器的介紹 工作方式寄存器 TMOD 用于設(shè)置定時 /計數(shù)器的工作方式，低 4 位用于 T0，高 4 位用于 T1。 工作方式 TMOD 寄存器 見表 35 所示： 表 35 AT89S52定時 /計數(shù)器工作方式 TMOD寄存器 GATE C//T M1 M0 GATE C//T M1 M0 7 6 5 4 3 2 1 0 C//T：定時 /計數(shù)模式選擇位。如表36所示： 表 36 AT89S52定時 /計數(shù)器工作方式設(shè)置表 M1M0 工作方式 說明 00 方式 0 13位 定時 /計數(shù)器 01 方式 1 16位定時 /計數(shù)器 10 方式 2 8位自動重裝定時 /計數(shù)器 11 方式 3 T0分成兩個獨(dú)立的 8位定時 /計數(shù)器； T1此方式停止計數(shù) 單片機(jī)系統(tǒng) 89S52 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。 ○2內(nèi)部存儲器容量有限。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇 12MHZ,電容選擇 30pF。復(fù)位引腳 RST 通過一個施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī) 器周期的 S5 P2,施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。時鐘頻率用 6MHZ 時 C取 22uF,R 取 1KΩ。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。按下按鍵 K5， VCC 直接接到單片機(jī)的復(fù)位端 RST 上，時間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 2us，所以將完成單片機(jī)的復(fù)位。可按微動按鈕 K3 三次（三檔），第四次按動 K3 時，電機(jī) DJ1 停轉(zhuǎn)，電路復(fù)位。用障礙物放在離開超聲接收器 LS1和超聲發(fā)生器 LS2一定距離的位置上，數(shù)碼顯示管 DS1 顯示數(shù)字，此時顯示的數(shù)字為障礙物與 LS1 和 LS2的距離 (相當(dāng)于汽車與障礙物的距離，單位為厘米 )，如果障礙物距離變動，數(shù)碼顯示管 DS1，顯示數(shù)字也隨之變化。 （ 4）控制接口 該產(chǎn)品由下面幾部分電路組成：超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、提示音發(fā)生電路、直流電機(jī)控制電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、單片機(jī)電路、顯示電路、電源電路。當(dāng)該系統(tǒng)開始工作時， CPU采集輸入端口的信號，并根據(jù)采集到的信號，做相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，通過數(shù)碼管顯示其數(shù)據(jù)。在倒車狀態(tài)（ K1 鍵按下時）下行駛時，顯示車與障礙物間的距離。數(shù)碼管的 公共端受三極管的控制