1、 1 基于单片机的测速和倒车提示装置 的设计 六六 ,导师 * （信息与控制工程学院，测控 xx 班） 摘 要： 本 装置 以 STC89C51RC 单片机为 核 心，通过使用单片机来实现 测量车速与距离的 功能。使用 超声波传感器采集 车辆与障碍物之间的距离 信号， 使用光电传感器采集车辆的速度信号，该信号 经过滤波、放大、比较等一系列的操作，将 模拟 信号转换成数字信号 送 入到单片机，处理后将结果最终将送液晶显示器上 。测量范围可由按键调节，当超过测量范围时，进行报警，蜂鸣器发声。本文介绍了 速度与距离信号 的采集原理，并对电路的参数进行了分析。 关键词： 超声波 传感器； 光电传感器
2、；液晶显示器 0 引 言 随着现代生活 水平的提高 ， 汽车使用量逐年增加， 交通事故 的发生也与日俱增 ，汽车 测速与倒车提示装置也就应运而出， 尤其 是 非接触式测量技术卓越发展。在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用 。 超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测 距比较方便而且速度快计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的 要求
3、。因此超声测距广泛应用于当今生活中。超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触 1。 1 系统总体结构 系统主要由 CX20106A 超声波传感器、 ST188 光电传感器、 超声波测距模块、转速产生模块 、 转速检测模块、 单片机处理单元、显示单元、报警电路、按键控制电路组成。 测距与倒车提示装置 的系统结构框图如图 1 所示。 单片机按键控制模块 超声波测距模块声音提示模块直流电机控制模块转速检测模块液晶显示模块 图 1 系统结构框图 *指导教师 :教师简介，找自己的指导教师要详细的内容。 2 该装置通过超声波传感器实现距离与速度的采集之后，会对所采集到的信号进行滤波
4、、放大、比较处理后，传送至单片机进行信号的实时处理，单片机将信号进行处理之后送至显示单元进行显示，从而使监测人员可以非常及时、非常准确的掌握所测量的汽车的速度与距离等基本信息。 2 硬件电路设计 2.1 主控芯片 本设计的主控芯片选用 STC89C51RC 单片机。 STC89C51RC 单片机的片内有ROM/EPROM，因此这种单片机可以构成简单可靠的最小系 统。为了构成最小应用系统只需要在单片机外部接上时钟电路和复位电路即可，即单片机的“ XTAL1”（ 19）引脚和“ XTLAL2”（ 18）引脚连接时钟电路，“ RST”（ 9）引脚连接复位电路，与电源连接并接地就构成了单片机最小系统，
5、这样就能用最少的原件组合来实现单片机简单的运行操作 2。 P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(
6、AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40U3STC89C5112345678910310k10KR2105C6VCCY112MHzC1130pfC1030pf单片机最小系统VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7VCCGNDRXDTTLTXDTTL ALEINT1INT0T1T0RSTRDWRP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7XTAL2XTAL1VCC
7、图 2 单片机最小系统 2.2 超声波测距 电路 发射电路主要由 CD4069 和超声波发生换能器组成，单片机端口 P3.4（ T0）输出 40kHz方波信号，此时单片机启动定时器 T1，方波信号的一路经一级反向器后送到超声波发生换能器 T 的一个电极 1，另一路经两级反向器后送到超声波发生换能器 T 的另一个电极 0。用这种推挽形式将方波信号加到超声波发生换能器 T 的两端，可以提高超声波发射强度。输出端用两个反向器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻 R7、 R11 不仅可以提高 CD4069 输出高电平的驱动能力，还可以增加超声换能器的阻尼效果，以缩短其自由震荡时间。 接收电路主要有 CX2
8、0106A 和超声波接收换能器组成，接收端接收到被反射回来的超3 声波后，将超声波送到 CX20106A 中经检波、除噪、放大和整形后，再由 CX20106A 的 7脚输出。 C10 为滤波电容， R8 和 C8 控制 CX20106A 内部放大增益， R9 控制带通滤波器的中心频率， INT0 接到单片机 STC89C51RC 的外部中断上，当 INT0 收到超声波时产生一个下降沿，单片机产生中断，关闭定时器 Tl，从而计算出超声波从发射到接收的时间差 3。超声波测距电路如图 3 所示。 1011U1ECD4069UBCN1 2U1ACD4069UBCN5 6U1CCD4069UBCN89U
9、1DCD4069UBCN1213U1FCD4069UBCN3 4U1BCD4069UBCN1kR41kR9330pFC9200KR6223C84.7R5220R8510R71uFC53.3uFC750KR3测距2233445566771188UCX20106A1100TLS11100RLS2超声波发射和产生模块P3.4图 3 超声波测距 电路 2.3 转速检测 电路 当电机 DJ 带动转盘转动时，由于转盘安装在光电开关器的 U7 槽中，且转盘上有孔，所以在转盘转动过程中， U7 一端发出的光线穿过该孔并送到 U7 的另一端，使光电开关器U7 产生脉冲，并送至单片机的“ 13” (INT1)脚，
10、由单片机进行计数，并由液晶屏 LCD 直接显示，显示的数字就是电机 DJ 的转速 4。如图 4 所示为转速检测电路。 A1K2C4E3U5ST1881 2U4A74AC14MQ42N390410KR11VCC转速检测模块10KR12300R131KR14测速图 4 转速检测 电路 2.4 转速产生 电路 电机控制电路采用双极式 H 型脉冲宽度调制变换器驱动电路，如图 3-10 所示。 H 桥式电机驱动电路包含 4 个三极管和一个电动机。要使电机运转，须导通对角线上的一对三极管。4 根据不同三极管对的导通情况，电流会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。如图 5 为转速产生电路。 Q5
11、2N3904Q22N3906Q32N3906Q62N3904电机DJU6D21N4001D31N4001D41N4001D51N4001转速产生模块VCCU1U2U4U3图 5 转速产生 电路 3 软件设计 3.1 系统主程序流程图 本设 计要求系统在模拟汽车向前运行时显示车速，在模拟倒车状态下显示车体与障碍物的距离。整体设计思路为把程序整体划分成几个具有明确任务的程序模块，然后分别对其进行编制、调试后，再把它们连接起来，形成一个完整的程序。按照这种分模块化的设计思路，把系统程序分为以下几个模块：主程序控制模块、正常运行测速模块、倒车测距模块、电机运行模块和数据处理模块等。分别对不同模块进行编
12、制、调试，完全正确之后在进行组装和调试。主程序流程图如图 7 所示。 开始存储器初始化定时器初始化标志位初始化05 H=1 05 H=0调用倒车子程序调用正常运行子程序拆分显示K 1+1?YN结束图 7 主程序 流程图 5 3.2 正常状态 子程序流程图 正常运行状态子程序设计需要用到一个位单元即 05H，用 05H 单元来记录状态转换按键 Kl 的状态，即当 05H 为 1 时，表示系统处于倒车状态；当 05H 为 0 时，则表示系统处在正常运行状态。所以在运行正常运行与倒车这两个状态之前要对 05H 进行判断，即状态转换按键 K1 的再次判断，然后才可以转向相应的子程序。在其正常运行时，要
13、求还可以对车速进行相应的调整，所以用按键 K4 代表正常转速，按键 K2 按下时代表减速，按键 K3 按下则代表加速，再次按下 K4 键时电机停止转动。如图 8 为前进状 态子程序流程图。 05 H = 0 ?K 1 = 0 ?01 H = 0 ?调用运行子程序调用倒车子程序电机停止NYK 2 = 0 ?NNYYK 3 = 0 ?调用减速子程序50 H + 1调用加速子程序R E TY YNN调用正常运行子程序图 8 前进状态 子程序流程图 3.3 倒车状态 子程序流程图 在对 05H 进行判断之后，确定进入倒车状态。本模拟系统使用超声波测距的方法对倒车距离进行测量。在超声波发射时，启动定时器
14、 T1，接收到超声波时，关闭定时器，在这段时间中有多少个 60 u s，则车体与障碍物的距离就是多少厘米。如图 9 和图 10 所示为被调用的倒车测距子程序流程图。 6 05 H=1?调用测距子程序调用正常运行子程序电机停止NYNY电机反转01 H=1?RFT调用倒车状态子程序开定时中断 T102H=1?02H=030H+130H=99?30H=131H+131H=99?31H=0RETNYYNNY调用测距子程序图 4-3 倒车状态 流程图 图 4-4 测距 流程图 4 结论 本设计是基于 STC89C51RC 的测速与倒车提示装置，该设计可以较为快速方便的测量到汽车行驶时的速度与倒车时与障碍
15、物之间的距离，并可以进行异常报警。虽说本设计初步实现了超声波传感器测距和光电传感器测速，但是还存在诸多不足，希望之后的学习与研究中能将其完善，以减少交通事故的发生。 参考文献 1 李同岭 , 李清君 . 超声波测距 J. 煤炭技术 , 2012, 31(7):55-56. 2 陈旦花 . 单片机最小系统的设计与应用 J. 无线互联科技 , 2012(10):103-104. 3 戴曰章 , 吴志勇 . 基于 AT89C51 单片机的超声波测距系统设计 J. 计量与测试技术 , 2005, 32(2):17-19. 4 Zhou Z. Design of An Auto-dial Alarm CircuitJ. Electronic Component photoelectric sensor; liquid crystal display
