【正文】 路面相關(guān)事故的 50%，迎面撞車(chē)事故的 60%，所以現(xiàn)在汽車(chē)安裝各類(lèi)測(cè)距系統(tǒng)以保障行車(chē)安全。 采用光電式輪速檢測(cè)的方法進(jìn)行汽車(chē)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)，速度可通過(guò)按鍵進(jìn)行調(diào)整分為快中慢三檔；倒車(chē)系統(tǒng)主要采用超聲波測(cè)距的原理進(jìn)行汽車(chē)尾部與障礙物間距離的測(cè)量，在倒車(chē)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(chē)的距離均可通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行及時(shí)的顯示。南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 1 汽車(chē)測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)的分析 摘要： 本文主要介紹了汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)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(chē)測(cè)距等功能。 關(guān)鍵字： AT89S52 CX20206A 光 電耦合 器 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 2 1 緒論 隨著人們 生活水平的不斷提高，汽車(chē)已經(jīng)成為生活中主導(dǎo)的交通工具，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。 超聲波測(cè)距 是汽車(chē)泊車(chē)或者倒車(chē)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?chē)系K物的情況，解除了駕駛員泊車(chē)、倒車(chē)和起動(dòng)車(chē)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(xiàn)模糊的缺陷，提高駕駛的安全性 。 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(chē)?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。目的在于當(dāng)行車(chē)處于 高速及倒車(chē) 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。 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。 該模擬系統(tǒng)的測(cè)量范圍在 2— 3 米之間。 （ 3）按鍵功能如表 21 所示。 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(chē)狀態(tài)時(shí) 障礙物與汽車(chē)尾部的 距離， 其顯示精度為 1cm。 方案二：采用超聲波倒車(chē) 超聲測(cè)距一般采用 40KHz 的脈沖信號(hào)。超聲波測(cè)距雖然沒(méi)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。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 ?；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。 方案二：光電式輪速檢測(cè) 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 4 光電式輪速傳感器由光源、轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)、光敏元件及有關(guān)電路組成 。 當(dāng)測(cè)速盤(pán)旋轉(zhuǎn)切割光開(kāi)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。若取 p=60,則 f=n,即輪速傳感器輸出信號(hào)頻率便是車(chē)輪每分 (鐘 )轉(zhuǎn)數(shù)。 控制器 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(jiàn)的是用來(lái)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。 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。AT89S52 的性能可以滿(mǎn)足電路的要求，其市場(chǎng)上很普遍，價(jià)格便宜。 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(chē)速或倒車(chē)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(xiě)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。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。 直流電機(jī)控制電路模塊 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。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。且技術(shù)落后，因此擱置不用。簡(jiǎn)稱(chēng) VM系統(tǒng)。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類(lèi)型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。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。 方案三 ：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。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(kāi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。脈寬調(diào)速也可通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。可逆 PWM 變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H型、 T型等類(lèi)型。 綜上所述，本設(shè)計(jì) 方案 如圖 所示 ： 圖 測(cè)速及倒車(chē)提示原理 方框 圖 倒車(chē)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) 。 基于單片機(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(guò)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。如圖 示： 圖 發(fā)射與接收原理框圖 （ 1）發(fā)射電路 六反向器 74LS04 74LS04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。 集成電路 CX20206A 是一款紅外線(xiàn)檢波接收專(zhuān)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。 IN1C12C23GND4F05C36OUT7VCC8U3CX20206 圖 CX20206A引腳圖 表 32 CX20200A引腳符號(hào)及功能 引腳號(hào) 符號(hào) 功能 1 IN 遙控信號(hào)輸入端（此腳與地之間接紅外線(xiàn)接收二極管） 2 C1 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） 3 C2 接檢波電容 4 GND 接地 5 F0 設(shè)定帶通濾波器的中心頻率（此腳與電源之間接電阻） 6 C3 外接積分電容 7 OUT 遙控指令輸出端 8 VCC 外接電源 CX20206A 技術(shù)特點(diǎn)： 由于未使用電感，不受磁場(chǎng)干擾，所以抗干擾能力強(qiáng)。能與 PIN 光電二極管直接連接。集電極開(kāi)路輸出，能直接驅(qū)動(dòng) TTL 或 COMS 電路。 8腳單列直插式塑料封裝。用 CX20206A 接收超聲波（無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平）具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干 擾能力。 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 8 （ 3）超聲波探頭 T/R4018 超聲波測(cè)距常用的兩種方法 —— 強(qiáng)度法和反射時(shí)間法。如圖 ： 圖 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分為直探頭（縱波）、斜探頭（縱波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆 波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片，構(gòu)成晶片的材料、晶片大小不同則探頭的性能也不同。基于這三點(diǎn)的考慮我選用的探頭型號(hào)為 T/R4018。它們適用于以空氣作為傳播媒介的遙感發(fā)射、接收電路中使用。這樣只要測(cè)出發(fā)射和接收的時(shí)間差 t，然后按式 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 9 即可求出距離： )(212 tcsd ???? （ ） 式（ ）中的 d 為汽車(chē)尾部與障礙物間的距離、 s 表示超聲波發(fā)射與接收的距離、 c為超聲波在空氣中的傳播速度、 t表示超聲波行駛 s 距離的時(shí)間。又因?yàn)?)(212 tcsd ????，所以障礙物與車(chē)體的距離為 1cm 時(shí)，超聲波要傳播 2cm，即定時(shí)時(shí)間為 60us。所以在軟件編程中有定時(shí) 60us，時(shí)間到了就會(huì)自動(dòng)對(duì)超聲波測(cè)量的距離進(jìn)行刷新顯示。提示音發(fā)生電路的工作是這樣的，當(dāng) MOSI 端接高電平時(shí)，繼電器 JK1得電相應(yīng)觸點(diǎn)閉合，整個(gè)電路開(kāi)始工作，由555集成芯片組成的施密特觸發(fā)器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形驅(qū)動(dòng) LS3工作，即發(fā)出警報(bào)。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波發(fā)生換能器 T 的兩端，可以提高超聲波發(fā)射強(qiáng)度。上拉電阻 R R2一方面可以提高 74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力；另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，以縮短其自由震蕩時(shí)間。測(cè)長(zhǎng)輪的周長(zhǎng)為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如本設(shè)計(jì)中采用 米），精度根據(jù)電動(dòng)車(chē)控制的需要確定。 轉(zhuǎn)速檢測(cè) 原理介紹 圖 轉(zhuǎn)速檢 測(cè)的實(shí)物圖 如圖 ： 遮光盤(pán)有 四個(gè) 缺口，盤(pán)下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。由此可見(jiàn)，測(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到 四 個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。當(dāng)輸入電信號(hào)加到輸入端發(fā)光器件 LED 上 ,LED 發(fā)光，光接受器件接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)然后 將電信號(hào)直接輸出，或者將電信號(hào)放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了“電 光 電”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱(chēng)為電隔離 。其工作時(shí)信號(hào)加至輸入端，使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏元件接收發(fā)光二極管的光輻射在輸出端輸出光電流，從而實(shí)現(xiàn)電 — 光— 電的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)了輸入端與輸出端的耦合。其基本特性有： （ 1） 共模抑制比高 在光電耦合器內(nèi)部由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?2pF 以?xún)?nèi)）所以共模輸入電壓通過(guò)極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比高。 b)正向脈沖工作電流 Ifp： Ifp 是指流過(guò) LED 的正向脈沖電流值，為了保證壽命，通常會(huì)采用 脈沖形式來(lái)驅(qū)動(dòng) LED。 d)反向電壓 Vr：是指 LED 所能承受的最大反向壓降。 f)允許功耗 Pd： LED 所能承受的最大功耗。 b)集電極 發(fā)射極電壓 Vceo：集電極發(fā)射極所能承受的電壓。 d)反向截止電流 Iceo:發(fā)光二極管開(kāi) 路，集電極至發(fā)射極間的電壓為規(guī)定值時(shí)，流過(guò)集電極的電流為反向截止電流。 電路 原理分析 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)的測(cè)速及倒車(chē)提示系統(tǒng)分析 12 U7340R4010KR4110KR341KR45Q118050GNDINT1VCC 圖 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 檢測(cè)電路如圖 所示，電機(jī) DJ1 帶動(dòng)安裝在電機(jī)上的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)盤(pán)裝在光電開(kāi)關(guān)器 U7槽中，且轉(zhuǎn)盤(pán)中帶有孔，轉(zhuǎn)盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中， U7一端發(fā)出的光線(xiàn)穿過(guò)孔，光線(xiàn)間歇通過(guò)并送到 U7 的另一端，使光電開(kāi) 關(guān)器 U7 輸出一串脈沖并送回單片機(jī) U2 的“ 13” （ /INT0） 腳，由單片機(jī) U2 進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由數(shù)碼顯 示管 DS1 直接顯示數(shù)字為電機(jī) DJ1 的轉(zhuǎn)速。 由于遮光板有四個(gè)孔，所以在 端口來(lái)四個(gè)脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)才轉(zhuǎn)一圈。），然后定時(shí) 100ms， 100ms 之后對(duì)速度進(jìn)行顯示，即數(shù)碼管的顯示刷新時(shí)間為 100ms。電阻 R45是三極管 Q11的基極偏置電壓保護(hù)作用。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程， 也 適于常規(guī)編程器。 AT89S52 的功能簡(jiǎn)介 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器 ,2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用； P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。 對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 GATE：門(mén)控位。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)條件，加上了 /INT0 或 /INT1 引腳為高電平這一條件。 C//T=0 為定時(shí)模式； C//T=1 為計(jì)數(shù)模式。定時(shí) /計(jì)數(shù)器有 4種工作方式，由 M1M0 進(jìn)行設(shè)置。用 89S52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。其應(yīng)用特點(diǎn)： ○1有可供用戶(hù)使 用的大量 I/O 口線(xiàn)。 ○3應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。 89S52 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可在 到12MHZ 之