【正文】 52 the fuzzy control algorithm is proposed,the simulation is introduced into the last,through the experiment and eITor analysis,it proved the stability of the system. To monitor its reliability,imitations of main Cases of the system have been carried out and stable instructions of strategic system have already been received,which veilfy its efficiency and feasibility. Key Words:Car ReversingAidSystem。一方面汽車的數(shù)量逐年增加 ， 公路、街道、停車場(chǎng)和車庫(kù)擁擠不堪 ， 可轉(zhuǎn)動(dòng)的空間越來(lái)越少； 另一方面 ， 新司機(jī)及非專職司機(jī)越來(lái)越多 ， 因倒車引起的糾紛越來(lái)越多 ， 車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生。 汽車倒車中存在的困難 ， 其一是來(lái)自于駕駛者坐在駕駛座位上無(wú)法完全了解汽車四周特別是后方的環(huán)境。 解決汽車的倒車難問題目前有兩種思路 ， 一是寄希望于汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)及其配套設(shè)施的日益成熟 ， 目前這項(xiàng)技術(shù)仍處于研制開發(fā)階段 ， 短期內(nèi)尚未推廣應(yīng)用； 第二是采用簡(jiǎn)單的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng) ， 但是傳統(tǒng)的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)單 ， 駕駛員仍然需要通過(guò)后視鏡去判斷車后的物體 ， 以及通過(guò)估計(jì)汽車和車后障礙物的距離完成倒 車任務(wù)。 汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 降低倒車難度 ， 避免駕駛員因方向感不強(qiáng)、判斷和操作失誤而引起的事故 ， 同時(shí)它將對(duì)提高汽 車智能化水平和最終實(shí)現(xiàn)汽車無(wú)人駕駛產(chǎn)生積極的意義。超聲波與媒介相互作用可分為機(jī)械作用、空化作用和熱作用。近年來(lái) ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ， 其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過(guò)程的強(qiáng)化以及 3 廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 。由于超聲波的功率高 ， 其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短得多 ，衍射現(xiàn)象不明顯 ， 所以超聲波的傳播方向好。 c、穿透 能力強(qiáng)。在液體中傳播時(shí) ， 超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波 ，液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級(jí)壓縮 ， 產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。目前 ， 超聲技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支 ， 也是一種非常活躍且頗具生命力的機(jī)種。 圖 21 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 與單片機(jī)相比 ， 微型計(jì)算機(jī)是一種多片機(jī)系統(tǒng)。 由圖 21 可見 ， 中央處理器 (CPU)是通過(guò)內(nèi)部總線與 ROM、 RAM、 I/O 接口以及 5 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器相連的 ， 這個(gè)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜 ， 但并不好理解。 1． ROM ROM(Read Only Memory， 只讀存儲(chǔ)器 )一般為 1~32K 字節(jié) ， 用于存放應(yīng)用程序 ，故又稱為程序存儲(chǔ)器。 無(wú) ROM 型單片機(jī)特點(diǎn)是片內(nèi)不 集成 ROM 存儲(chǔ)器 ， 故應(yīng)用程序必須固化到外接的 ROM 存儲(chǔ)器芯片中 ， 才能構(gòu)成有完整功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 2． RAM 通常 ， 單片機(jī)片內(nèi) RAM(Random Access Memory， 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 )容量 64～ 256字節(jié) ， 最多可達(dá) 48K 字節(jié)。 1．運(yùn)算器 運(yùn)算器用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作；其操作順序在控制器控制下進(jìn)行。ALU(Arithmetic and Logical Unit， 算術(shù)邏輯單元 )主要由加法器、移位電路和判斷電路等組成 ， 用于對(duì)累加器 A 和暫存器 TMP 中兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行四則運(yùn)算和邏輯操作。 指令部件是 一種能對(duì)指令進(jìn)行分析、處理和產(chǎn)生控制信號(hào)的邏輯部件 ， 也是控制器的核心。 （三）內(nèi)部總線 單片機(jī)內(nèi)部總線是 CPU 連接片內(nèi)各主要部件的紐帶 ， 是各類信息傳送的公共通道。因此 ， 數(shù)據(jù)線通常是雙向信號(hào)線。并行 I/O 口電路可以使單片機(jī)和存儲(chǔ)器或外設(shè)之間并行地傳送 8 位數(shù)據(jù) (8 位機(jī) )。 （一）單片機(jī)的指令系統(tǒng)和程序編制 指令是一種可以供機(jī)器執(zhí)行的控制代碼 ， 故它又稱為指令 碼 (Instruction Code)。A← data1 00100100 data2 24 data2 ADD A,data2。所謂程序就是采用指令系統(tǒng)中的指令根據(jù)題目要求排列起來(lái)的有序指令的集合。 7405H MOV A,05H ； A← 05H 240AH ADD A,0AH ； A← 5+10 80FEH SJMP $ ；停機(jī) 該程序由三條指令組成 ， 每條指令均為雙字節(jié)指令 (即第一字節(jié)為操作碼 ,第二字節(jié)為地址碼 )。 一、單片機(jī)的分類 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái) ， 單片機(jī)有了新的發(fā)展 ， 各半導(dǎo)體器件廠商也紛紛推出自己的產(chǎn)品系列。這類單片機(jī)常用于計(jì)算器、各種形態(tài)的智能單元以及作為家用電器中的控制器。特別是 8 位機(jī)中的高性能增強(qiáng)型單片機(jī) ， 除片內(nèi)增加了A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器以外 ， 還集成有定時(shí)器捕捉 /比較寄存器、監(jiān)視定時(shí)器 (Watchdog)、總線控制部件和晶體振蕩電路等。這類單片機(jī)主要用于過(guò)程控制、智能儀表、家用電器以及作為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制器。 8 位單片機(jī)的新發(fā)展具體體現(xiàn)在如下四個(gè)方面： 9 (一 )CPU 功能增強(qiáng)； (二 )內(nèi)部資源增多； (三 )引腳的多功能化； (四 )低電壓和低功耗。片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ， 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ， 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 ， 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH 存儲(chǔ)單元 ， 功能強(qiáng)大 AT89C52 單片適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起 ， 特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本 。作為輸出口用時(shí)， 每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路 ， 對(duì)端口 P0 寫 “ 1”時(shí) ， 可作為高阻抗輸入端用。對(duì)端口寫“ 1” ， 通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ， 此時(shí)可作輸入口。對(duì)端口 P2 寫“ l” ， 通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 ， 此時(shí)可作輸入口 ， 作輸入口使用時(shí) ， 因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻 ，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口除了作為一般的 I/0 口線外 ， 更重要的用途是它的第二功能 ， 如下表所示： 端口引腳第二功能 RXD（串行輸入口〕 TXD（串行輸出口） INTO（外中斷 0〕 INT1（外中斷 l) TO（定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) Tl（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 l) WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 此外 ， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 一般情況下 ， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào) ，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 可 12 禁止 ALE 操作。 EA/VPP ： 外部訪問允許。 flash 存儲(chǔ)器編程時(shí) ， 該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP， 當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。該反相放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 四、芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合 ， 并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。但 RAM、 定時(shí)器 、 計(jì)數(shù)器 、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。對(duì)沒有定義的單元讀寫將是無(wú)效的 ， 讀出的數(shù)位將不確 定 ， 而寫入 13 的數(shù)據(jù)也將丟失。 六、引腳號(hào)功能特性 T2 （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入） ， 時(shí)鐘輸出； TZEX 定時(shí)／計(jì)數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。定時(shí)器 2 有三種工作方式：捕獲方式 ， 自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式 ， 工作方式由 T2CON 的控制位來(lái)選擇。由于識(shí)別 1 至 0 的跳變需要 2 個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期） ， 因此 ， 最高計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/24。 IE 也有一個(gè)總禁止位 EA， 它能控制所有中斷的允許或禁止。然而 ， 定時(shí)器 2 的標(biāo)志位 TF2在定時(shí)器溢出的那個(gè)機(jī)器周期的 S2P2 狀態(tài)置位 ， 并在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。 圖 31 汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 ， 汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成 ， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化思想。 (2)控制系統(tǒng)：本系統(tǒng)以單片機(jī) 為控制核心 ， 控制 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行 ， 對(duì)各種接口電路進(jìn)行控制 ， 發(fā)射脈沖 ， 檢測(cè)到回波后 ， 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間差采樣 ， 測(cè)出從超聲波發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)刻差 ， 從而計(jì)算 出距離。下面對(duì)五種不同的測(cè)距技術(shù)方案進(jìn)行介紹和比較。盡管非 成像 激光雷達(dá)同 成像 式激光雷達(dá)相比 ， 具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。 作為車載雷達(dá) ， 目前適用的主要有脈沖多普勒雷達(dá)、雙頻 CW雷達(dá)和 FM雷達(dá)三種。 方案三；攝像系統(tǒng)測(cè)距 CCD攝像機(jī)是一種用來(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器。 方案四：紅外線測(cè)距 紅外線測(cè)距和激光、超 聲波測(cè)距在原理上基本相同 ， 均是根據(jù)發(fā)射波和反射時(shí)間來(lái)判斷目標(biāo)的距離 ， 車載儀器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線 ， 依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同 ， 同時(shí)分析時(shí)間差 ， 可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。 由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線 ， 而且人類肉眼感知不到紅外線 ， 具有極強(qiáng)的隱蔽性。在這一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱為聲振動(dòng) ， 聲振動(dòng)所激起的縱波稱為聲波。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)，在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。 表 31 各種傳感器測(cè)距 性能比較 超聲波 紅外線 攝像系統(tǒng) 毫米波雷達(dá) 激光 最大探測(cè)距離 10m 10m 大于 100m 大于 150m 可達(dá) 150m 響應(yīng)時(shí)間 較快 ,約為15ms 慢 , 3110? ms 取決于處理時(shí)間 快 ,可達(dá)到 1ms 很快 ,約 10ms 探頭磨損 ,污染等因素的影響 幾乎沒有影響 影響不大 大 ,直接影響分辨能力 較小 很大 ,使探測(cè)距離減少 1/2~1/3 成本比較 探頭約 20元一支 ,工作機(jī)理簡(jiǎn)單 ,探頭易安裝 約 80元 大于 1000元 大于 1500元 ,價(jià)格昂貴 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜 約 500元 環(huán)境適應(yīng)性 好 ,可以工作在惡劣環(huán)境中 差 ,但在能見度低時(shí)比其他光學(xué)系統(tǒng)好 差 ,可見性不好條件下無(wú)法工作 較好 ,不受能見度影響 差 ,受惡劣環(huán)境影響 綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件 ， 本系統(tǒng)的測(cè)距模塊采用的是第五種方案。 故本測(cè)量電路采用第二種方案。因?yàn)槌暡ㄔ?20 Co 的空氣中的傳播速度為 334米 /秒 ， 由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí) ， 單片機(jī)使用 ， 所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。 上、下位機(jī) (PCPLC)技術(shù)是基于工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的可編程序控制器 (PLC)控制程序發(fā)展而來(lái)的。 AT89C52是一個(gè) 8k字節(jié)可編程 FPEPROM的高性能微控制器。 圖 32 單片機(jī)控制系統(tǒng) 綜合以上比較 ， 方案一 ， 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理任務(wù) 、 控制實(shí)時(shí)性要求高但設(shè)計(jì)復(fù)雜 ， 體積較大 ， 成本高 ， 而方案二 ， 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ， 體積小 ， 安裝簡(jiǎn)易 ， 成本低等特點(diǎn) ， 本系統(tǒng)采用的是第二種方案作為控制 系統(tǒng)。 LCD 液晶顯示器是利用光的偏振現(xiàn)象來(lái)顯示的。 LED 是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱 ， 是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的設(shè)備。 簡(jiǎn)單地說(shuō) ， LCD 與 LED 是兩種不同 的顯示技術(shù) ， LCD 是由液態(tài)晶體組成的顯示屏 ， 而 LED 則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。所謂靜態(tài)顯示 ， 就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí) ， 相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。 方案二：動(dòng)態(tài)顯示。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示 ， 動(dòng)態(tài)顯示節(jié) 21 省了 I/O 口 ,降低了能耗。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的閃光報(bào)警就是在控制指示燈的程序中加入定時(shí)程序 ， 按一定的時(shí)間間隔來(lái)交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈。壓電式蜂鳴器 ， 約需 10mA。 圖 33 閃光報(bào)警電路 2． 鳴音報(bào)警 實(shí)現(xiàn)鳴音報(bào)警的接口電路 也 比較簡(jiǎn)單 ， 其發(fā)音元件通常可采用壓電蜂鳴器 ， 當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加 3～ 15V 直流工作電壓 ， 就能產(chǎn)生 3kHZ 左右的蜂鳴振蕩