【正文】 同時(shí)感謝楊偉偉，安朝陽(yáng)，董曉東，連國(guó)華，徐禮華彎慶賓等同學(xué)在學(xué)習(xí)與論文寫作上的幫助。楊老師敏銳的思維、淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)以及寬厚待人的處世態(tài)度都給我留下了深刻的印象，使我受益終生，在此向我的老師致以衷心的感謝和崇高的敬意。本文提出的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)方案硬件電路簡(jiǎn)單，具有性能好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車價(jià)格的持續(xù)下降，越來(lái)越多的家庭擁有的汽車。不過(guò)目前市場(chǎng)上大多數(shù)倒車?yán)走_(dá)都或多或少存在誤報(bào)警和不報(bào)警的情況，也就是倒車?yán)走_(dá)的穩(wěn)定性問(wèn)題，這是倒車?yán)走_(dá)最關(guān)鍵的性能，探測(cè)雷達(dá)所用的超聲波技術(shù)是一種模擬技術(shù)，性能不穩(wěn)定的雷達(dá)會(huì)出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象。實(shí)際要用的倒車?yán)走_(dá)要在車后至少安裝兩對(duì)超聲波傳感器，以檢測(cè)到車后略寬于車的較大范圍的障礙物，左右距離的報(bào)警可以用不同頻率(聲調(diào))區(qū)別，仍然分別用間歇嗚叫頻率報(bào)警提示距離。最后對(duì)系統(tǒng)模糊控制模塊的試驗(yàn)仿真進(jìn)行驗(yàn)證，得出本系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性。本章給出了汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng)框圖，分析了系統(tǒng)模糊控制的結(jié)構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)的流程圖進(jìn)行了描述。圖49 車輪轉(zhuǎn)角圖圖410 系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)圖由仿真結(jié)果可以得出，輸入階躍信號(hào)，系統(tǒng)輸出車輪轉(zhuǎn)角由左向38度左右至右向38度左右穩(wěn)定，車離障礙物的距離最終穩(wěn)定在O．35米左右，符合實(shí)際倒車的一般規(guī)律，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。圖48 在SIMULINK環(huán)境下建立的系統(tǒng)模糊控制結(jié)構(gòu)框圖仿真運(yùn)行后示波器示波器Scopel顯示經(jīng)模糊控制輸出的車輪轉(zhuǎn)角圖，仿真結(jié)果如圖49。模糊控制不需對(duì)被控對(duì)象精確建模，對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化不敏感，具有很強(qiáng)的魯棒性，它根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)制定控制規(guī)則，得出控制決策表，然后求出控制量的大小。利用鼠標(biāo)可直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。 SIMULINK仿真及參數(shù)的調(diào)整MATLAB提供的SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)。 （48） （49）在汽車倒車中，由于車速很慢，所以轉(zhuǎn)動(dòng)是以車身中部為軸的，可視dl的瞬間變化為0，所以d2dl傳遞函數(shù)可以如式(48)所示。ctg=cty（π/6）+cty（π/6）（π/6）+（π/6）+…… （45）θd2dsdθ圖47車輪轉(zhuǎn)角的變化率與車身位移的關(guān)系圖將式(45)簡(jiǎn)化： ctg= （46）將式(46)代入(4)中，得到式(47)。ds可分解為沿x軸方向和沿Y軸方向，沿x軸方向的分量即為瞬時(shí)el(即d2．d1)的變化量de1，沿Y軸方向的分量即為瞬時(shí)e2(即d3)的變化量de2。θ為車輪的轉(zhuǎn)向角，dθ為車輪轉(zhuǎn)向角在瞬間的微小變化。模糊推理輸入輸出曲面圖如圖46所示：圖46模糊推理輸入輸出曲面圖模糊控制輸出為車輪轉(zhuǎn)角θ的變化率與車身位移的變化率成一定的關(guān)系，通過(guò)這種關(guān)系建立起輸出與輸入的數(shù)學(xué)模型。圖42模糊邏輯編輯窗口圖圖43 e1的隸屬度曲線圖圖44 e2的隸屬度曲線圖圖45 θ的隸屬度曲線圖模糊化過(guò)程，本文采用MINMAX推理規(guī)則，即先對(duì)前件求最小值，視其為規(guī)則的真值加于后件；再按有關(guān)的規(guī)則求后件的最大值，確定最終模糊輸出量。輸入量e1，e2的隸屬度曲線分別見(jiàn)圖4圖44。在MATLAB中鍵入命令FUZZY，進(jìn)入模糊邏輯編輯窗口FIS Editor如圖42所示。b）輸出變量口車輪轉(zhuǎn)向(θ)：右大(PB)、右小(RS)、停(ZE)、左小(Ls)、左大(LB)c)模糊控制規(guī)則及隸屬度函數(shù)模糊控制規(guī)則采用“IF…AND…THEN…”形式。如圖41所示。汽車倒車完成主要有2個(gè)標(biāo)志：其一看車是否在障礙物(車庫(kù))中擺正，用車身是否和障礙物平行或車尾是否與障礙物平行來(lái)衡量；另一個(gè)標(biāo)志是，車兩側(cè)和后尾距障礙物(車庫(kù))距離是否足夠小，用車距障礙物的距離來(lái)衡量?；谝陨咸攸c(diǎn)，本文采用MATLAB模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)模糊控制器。(3)在SIMULINK環(huán)境下，可以組成更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(2)可以直接計(jì)算出模糊控制表，以供單片機(jī)進(jìn)行實(shí)際控制時(shí)使用。MATLAB的模糊邏輯工具箱及S1MULINK有如下特點(diǎn)：(1)可靈活的設(shè)計(jì)出模糊控制器。MATLAB的另一大特色就是具有豐富的工具箱，工具箱和具有矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程的特色使其成為一個(gè)功能強(qiáng)大的工具。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。3 仿真本文在對(duì)倒車?yán)走_(dá)技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真研究過(guò)程中所用的仿真工具是MATLAB的SIMULINK仿真環(huán)境。本系統(tǒng)報(bào)警燈由單片機(jī)脈沖信號(hào)觸發(fā)，當(dāng)測(cè)距距離小于0．6米時(shí)報(bào)警燈亮。輸出1．5—2．5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)盧。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。多諧振蕩器：利用深度正反饋，通過(guò)阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。圖317 報(bào)警模塊電路圖在圖316中，蜂鳴器主要由多諧振蕩器、蜂鳴器、阻抗匹配器及共鳴箱、發(fā)光二極管組成。圖316顯示模塊電路電路圖本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報(bào)警，當(dāng)距離小于O．35米時(shí)，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為IHZ的BiBi聲。而且和單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單方便。最常見(jiàn)的顯示器可以使LED數(shù)碼管，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于安裝，成本只要幾元。圖315 由LM317組成的+9V可調(diào)電壓示意圖顯示電路的目的將測(cè)距的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。電阻R1和R2是取樣電阻，調(diào)節(jié)電阻R2的阻值可以改變穩(wěn)壓電路的輸出直流電壓。圖中，電容器CC2和C4的作用與固定三端穩(wěn)壓器應(yīng)用電路中相同，C4還有防止自激的作用。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。對(duì)直流穩(wěn)壓電路的性能要求不高時(shí)，電容器C1和C3可以省略。為了改善濾波電路的高頻抑制特性，一般在大電容器C1的旁邊再并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能良好的小電容C2。7805典型應(yīng)用電路圖:圖314 由7805組成的+5V電壓示意圖78XX系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如上圖所示，這是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。該系列集成穩(wěn)壓器型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。常用的集成穩(wěn)壓器件包括三端式固定穩(wěn)壓集成電路器件78XX和79XX系列和輸出可調(diào)的集成穩(wěn)壓電源電路LM319和LM317等?，F(xiàn)在隨著功率集成技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)可以把直流穩(wěn)壓電源電路中的電源調(diào)整管、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路等集成在一片芯片上制成集成穩(wěn)壓器。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定工作。電源電路目的：給控制電路及其它電路提供電源。4個(gè)探頭檢測(cè)完成構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)周期。圖313 收發(fā)控制電路示意圖系統(tǒng)的工作流程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)接通電源后，探頭驅(qū)動(dòng)引腳向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)超聲波探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送完畢后單片機(jī)等待信號(hào)返回；探頭接收到超聲波信號(hào)后，進(jìn)行信號(hào)放大濾波處理，將信號(hào)送入單片機(jī)，記錄信號(hào)發(fā)送和接收的時(shí)間差，根據(jù)此時(shí)間差計(jì)算障礙物距離，控制報(bào)警信號(hào)輸出。收發(fā)控制電路示意圖如下圖所示，控制電路選用CD4052多路選擇開(kāi)關(guān)，AB為4種組合，一種組合對(duì)應(yīng)一路探頭工作。在電路上，只需單片微型計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)收／發(fā)器分時(shí)施加發(fā)射脈沖串，并接通相應(yīng)的收／發(fā)器選擇開(kāi)關(guān)。如收／發(fā)器的發(fā)射信號(hào)通過(guò)側(cè)面空間直接被收／發(fā)器2接收，并被誤作為回波信號(hào)，產(chǎn)生錯(cuò)誤測(cè)距。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的發(fā)射和接收電路各有4路，連接4個(gè)收發(fā)一體的超聲波探頭。圖312因?yàn)锳T89S52單片機(jī)輸入、輸出電平為TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口，二者的電氣規(guī)范不同，所以要加電平轉(zhuǎn)換電路。PC機(jī)和單片機(jī)最簡(jiǎn)單的連接是零調(diào)制三線經(jīng)濟(jì)型。而AT89S52單片機(jī)本身具有一個(gè)全雙工的串行口，因此只要配以電平轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電路、隔離電路就可組成一個(gè)簡(jiǎn)單可行的通信接口。在PC機(jī)系統(tǒng)內(nèi)都裝有異步通信適配器，利用它可以實(shí)現(xiàn)異步串行通信。它們的基本功能都是從外部邏輯接收串行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后傳送給CPU，或從CPU接收并行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后輸出到外部邏輯。能夠完成異步通信的硬件電路稱為UART，即通用異步接收器/發(fā)送器；能夠完成同步通信的硬件電路稱為USRT；既能夠完成異步又能同步通信的硬件電路稱為USART。按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式,串行通信可分為同步通信和異步通信兩類。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外部通信有兩種通信方式：并行通信和串行通信。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號(hào)、形成必要的時(shí)序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。圖311 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖AT89S52單片機(jī)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。晶振電路：每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)及其外圍電路組成，是整個(gè)超聲波測(cè)距儀的核心電路。DSl8B20的管腳圖如下圖所示：DSl8B201 2 3GNDDQVCC圖39 DSl8B20的管腳圖DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出端，GND接地，V接高電平，同時(shí)接10k的上拉電阻以增加該I／O的驅(qū)動(dòng)能力。DS18B20的供電方式有兩種：寄生供電和外部電源。它體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、易與微處理器連結(jié)。表31 聲波與速度的關(guān)系溫度℃速度m/s溫度℃速度m/s溫度℃速度m/s01734352118352193433632037433421385223935562340