【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 證所以在汽車(chē)防撞領(lǐng)域激光測(cè)距方式?jīng)]有得到發(fā)展 方案二毫米波雷達(dá)測(cè)距 毫米波是指波長(zhǎng)介于 l～ l0mm 之間的 電磁波雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的 作為車(chē)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)三種應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距需要防止電磁波干擾雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測(cè)距性能都有影響毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于防撞以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞但是由于應(yīng)用毫米波雷達(dá)測(cè)距易受電磁干擾而且成本太高結(jié)構(gòu)復(fù)雜其價(jià)格昂貴市場(chǎng)價(jià)格在 1500 元以上一般使用于高檔轎車(chē) 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)器它具有尺寸小質(zhì)量輕功耗小噪聲低動(dòng)態(tài)范圍大光計(jì)量準(zhǔn)確其線(xiàn)掃描輸出的光電 信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性在汽車(chē)行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用 雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺(jué)原理測(cè)量精度高但目前價(jià)格較高同時(shí)由于受軟件和硬件的制約成像速度較慢而且探頭容易磨損使得探測(cè)距離精確程度降低一般減少至原來(lái)的 l2～ 13 方案四紅外線(xiàn)測(cè)距 紅外線(xiàn)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(chē)載儀器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線(xiàn)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(chē)的距離紅外線(xiàn)的最大探測(cè)距離為 10m 測(cè)距時(shí)響應(yīng)的時(shí)間較慢約 ms 紅外線(xiàn)測(cè)距在技術(shù) 上難度不大構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)成本較低但是在惡劣的天氣和長(zhǎng)距離探測(cè)方面仍然不能滿(mǎn)足汽車(chē)防撞的要求同時(shí)紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光線(xiàn)長(zhǎng)是肉眼看不見(jiàn)的光有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線(xiàn)而且人類(lèi)肉眼感知不到紅外線(xiàn)具有極強(qiáng)的隱蔽性夜間同樣不妨礙測(cè)距儀的工作故該種測(cè)距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車(chē)上 方案五超聲波測(cè)距 超聲波簡(jiǎn)單的說(shuō)就是音頻超過(guò)了人類(lèi)耳朵所能夠聽(tīng)到的范圍在彈性媒質(zhì)中如果波源所激起的縱波的頻率在 20Hz 到 20210Hz 之間就能引起人的聽(tīng)覺(jué)在這一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱(chēng)為聲振動(dòng)聲振動(dòng)所激起的縱波 稱(chēng)為聲波頻率高于 20210Hz的機(jī)械波稱(chēng)為超聲波頻率低于 20Hz 的機(jī)械波稱(chēng)為次聲波與光波不同超聲波是一種彈性機(jī)械波它可以在氣體液體和固體中傳播電磁波的傳播速度為 ms 超聲波在空氣中的傳播速度約為 340ms 常溫下 其速度與電磁波相差 5個(gè)等級(jí)其速度相對(duì)電磁波是非常慢的 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)用由上述敘述可知超聲波測(cè)量能夠達(dá)到系統(tǒng)中所要求的測(cè)量精度可以應(yīng)用在汽車(chē)倒車(chē)系統(tǒng)上 從以上五種測(cè)距技術(shù)方案的介紹可以看出各個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)超聲波技術(shù)主要用于短距離探測(cè)成本低制作安裝簡(jiǎn)便適應(yīng)惡劣環(huán)境紅外線(xiàn)技術(shù)一般用于夜間環(huán)境對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距相對(duì)于超聲波測(cè)距來(lái)講精度更高定位更準(zhǔn)確攝像系統(tǒng)技術(shù)價(jià)格較貴毫米波雷達(dá)技術(shù)和激光技術(shù)的成本很高所以運(yùn)用其原理進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備價(jià)格也是相當(dāng)高的因而現(xiàn)在只是在比較高級(jí)的轎車(chē)中才有所應(yīng)用具體性能比較見(jiàn)表 3l 為各種傳感器測(cè)距方式的比較 表 31 各 種傳感器測(cè)距性能比較 超聲波 紅外線(xiàn) 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 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(méi)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 1213 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(jiàn)度低時(shí)比 其他光學(xué)系統(tǒng)好 差可見(jiàn)性不好條件下無(wú)法工作 較好不受能見(jiàn)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 二超聲波測(cè)距方案設(shè)計(jì) 方案一取輸出脈沖的平均值電壓該電壓 其幅值基本固定 與距離成正比測(cè)量電壓即可測(cè)得距離但比例系數(shù)不易測(cè)定 方案二測(cè)量輸出脈沖的寬度即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t 被測(cè)距離為 S vt／ 2此方法可用單片機(jī)程序計(jì)算超聲波發(fā)射接收的時(shí)間差進(jìn)而計(jì)算出距離簡(jiǎn)單可行精確度較高 故本測(cè)量電路采用第二種方案由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)如果溫度變化不大則可認(rèn)為聲 速基本不變?nèi)绻麥y(cè)距精度要求很高則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ暡y(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量因?yàn)槌暡ㄔ?20 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 120晶振所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí) 三控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 在控制系統(tǒng)的方案選擇上由于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到數(shù)據(jù)處理控制實(shí)時(shí)性等問(wèn)題選用基于微控制器的系統(tǒng)電路的實(shí)現(xiàn)不僅簡(jiǎn)單而且成本低功耗低能大大縮小整個(gè)系統(tǒng)的體積本系統(tǒng)是精密實(shí)時(shí)采集傳輸系統(tǒng)需要微控制器有很強(qiáng)的抗干擾能力而且要求微控制器內(nèi)部有看門(mén)狗定時(shí)器以便在程序走飛時(shí)能自動(dòng)復(fù)位執(zhí)行 指令速度要快以便能高速處理采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 方案一采用上位下位機(jī) PLC 的控制系統(tǒng) 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)的可編程序控制器 PLC 在 PCPLC 技術(shù)中作為下位機(jī)其運(yùn)行可靠性得到了一致認(rèn)可 PLC 在系統(tǒng)中的作用是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件各類(lèi)傳感器采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)將運(yùn)行參數(shù)送至 PLC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)送到 PLC 控制主機(jī)由 PLC 的主機(jī) CPU 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最后通過(guò)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)送至上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 主控機(jī) PC 但是用 可編程控制器 PLC通過(guò)數(shù)據(jù)采集控制多個(gè)傳感器的方式這種方式多用于工業(yè)生產(chǎn)中體積大安裝不方便而且成本高 方案二微控制器選用 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機(jī)的控制系統(tǒng) AT89C52 是一個(gè) 8k 字節(jié)可編程 FPEPROM 的高性能微控制器具有內(nèi)存較大功能強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)軟硬件資源都比較豐富等特點(diǎn)其外圍接口電路簡(jiǎn)單具有很高的性?xún)r(jià)比成本低而且它經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展技術(shù)也相當(dāng)?shù)某墒焖c工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51的指令和引腳兼容因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案 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) 四顯示報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備而且其應(yīng)用是極為廣泛的幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同而已最簡(jiǎn)單的顯示器可以使用 LED 發(fā)光二極管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易于安裝成本只要幾元但給出只是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量信息而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是 CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD液晶屏其成本在幾十元到百元不等 一數(shù)碼管 方案一 LCD液晶 顯示器 LCD液晶顯示器是利用光的偏振現(xiàn)象來(lái)顯示的既能顯示簡(jiǎn)單的字符也能顯示各種復(fù)雜的圖形和自定義的字符因此應(yīng)用比較廣泛 LCD液晶器具有本身不發(fā)光靠反射或者透射其他光源的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)具有功耗小可靠性高壽命長(zhǎng)體積小電源簡(jiǎn)單等特點(diǎn)非常適合于嵌入式系統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備和掌上設(shè)備的使用 方案二 LED顯示器是由 LED發(fā)光二極管發(fā)展過(guò)來(lái)的一種顯示器件是發(fā)光二極管的改型 LED 是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱(chēng)是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的設(shè)備本身也是一種光源 LED 顯示器是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)具有耗電少使用壽命長(zhǎng)成本低亮度高故障 少視角大可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn) 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但是 LED 顯示器與 LCD 顯示器相比 LED在亮度功耗可視角度和刷新速率等方面都更具優(yōu)勢(shì) 所以本設(shè)計(jì)采用方案二 二顯示方式 方案一靜態(tài)顯示所謂靜態(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)通或截止該方式每一位都需要一個(gè) 8 位輸出口控制靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度且字符不閃爍但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)靜態(tài)顯示所需的 IO 口太多造成了資源的浪費(fèi) 方案二動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)顯示 就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個(gè)位對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示但必須保證掃描速度足夠快字符才不閃爍顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)也與點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)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)省了 IO 口降低了能耗 本設(shè)計(jì)從節(jié)省 IO 口和降低能耗出發(fā)采用方案二 三報(bào)警方式 報(bào)警信號(hào)通常有三種類(lèi)型一是閃光報(bào)警因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意二是鳴音報(bào)警發(fā)出特定的音響作用于人的聽(tīng)覺(jué)器官易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)三是語(yǔ)音報(bào)警不僅能起到報(bào)警作用還能直接給出警報(bào)種類(lèi)的信息 1． 閃光報(bào)警 閃光報(bào)警是最簡(jiǎn)單也是最常用的一種報(bào)警方式單片機(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)亮與熄滅指示燈閃光報(bào)警在硬件連接上非常簡(jiǎn)單通?？衫?AT89C52的 I口直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn) 圖 34 鳴音報(bào)警電路 五復(fù)位電路方案設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)并從初態(tài)開(kāi)始工作 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)且振蕩器穩(wěn)定后如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 24 個(gè)振蕩周期 以上則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位 一上電復(fù)位 上電復(fù)位電路如圖 35 所示只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一個(gè)電容至 Vcc端下接一個(gè)電阻到地即可對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻故可將外部電阻去掉而將外接電容減至 1μ F 上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)此高電平信號(hào)隨著 Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位 RST端的高電平信號(hào)必須維持 足夠長(zhǎng)的時(shí)間上電時(shí) Vcc的上升時(shí)間約為 10ms 而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率如晶振頻率為 10MHz起振時(shí)間為 1ms 晶振頻率為 1MHz 起振時(shí)間則為 10ms 在圖 35 的復(fù)位電路中當(dāng)Vcc 掉電時(shí)必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下但是由于內(nèi)部電路的限制作用這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害另外在復(fù)位期間端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)復(fù)位后系統(tǒng)將端口置為全 l 態(tài)如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位則程序計(jì)數(shù)器PC 將得不到一個(gè)合適的初值因此 CPU 可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序 圖 35 上電復(fù)位電路 二手動(dòng)復(fù)位 圖 36 手動(dòng)復(fù)位電路 手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST上加入高電平圖 36一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕當(dāng)人為按下按鈕時(shí)則 Vcc 的 5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如圖所示由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒所以完全能夠滿(mǎn)足復(fù)位的時(shí)間要求 本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位電路 六時(shí)鐘電路方案設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘電路有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種方式 一內(nèi)部時(shí)鐘方式 8052 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器圖 37 是 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩器電路 圖 37 片內(nèi)時(shí)鐘電路 外接晶體以及電容和構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低振蕩器的穩(wěn)定性起振的快速性和溫度穩(wěn)定性外接晶體時(shí)和的值通常選擇為 30pF 左右外接陶瓷諧振器時(shí)和的典型值約為 47pFMCS51 單片機(jī)常選擇振蕩頻率為 6MHz 或12MHz 的石英晶體 二外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩脈沖信號(hào)常用于多片 MCS51 單片機(jī)同時(shí)工作以便于同步對(duì)外部脈沖信號(hào)只要求高電平持續(xù)時(shí)間大于 20μ s一般為低于 12MHz的方波這時(shí)外部振蕩器的信號(hào)接至 XTAL2即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端 XTAL1應(yīng)接地如圖 38 由于 XTAL2 端的邏輯電平不是 TTL 的故建議接一個(gè)上拉電阻 圖 38 外部時(shí)鐘電路 本設(shè)計(jì)只采用一片單片機(jī)所以采用片內(nèi)時(shí)鐘電路 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可視倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)尾部到障礙物之間的距離測(cè)量硬件設(shè)計(jì)包括測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)和顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)其中測(cè)距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì) AT89C52 單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)據(jù)通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換蜂鳴器和動(dòng)態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想可使程序設(shè)計(jì)思路清晰便于調(diào)試