基于单片机的汽车倒车提示及测速系统设计

显示器是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可 靠，操作方便、显示质量高、体积小、重量轻、功耗低。 ＬＣＤ与单片机通过Ｐ０口并行通信。
源自文库
５
结束语
本文设计了测速系统，并通过Ｌ
Ｃ
Ｄ实时显示出速
度，有利于人类更加直观地了解到汽车的行驶速度；此外 还考虑到环境温度对超声波的传播速度的影响以及人 的视觉角度缺陷等因素，设计了超声波测距系统；为了在 倒车时提醒行人，避免交通事故的发生，设计了倒车提 示警告。实验证明，该系统很好地达到了设计要求。
３．６电源电路
外接＋１ ２Ｖ电源，给直流电机控制电路提供＋１ ２Ｖ
电源；经过变压后，输出＋５ Ｖ的Ｖ
Ｃ
Ｃ电源提供给单片
机，只有在倒车时，才给超声波接收电路，提示音发生器 提供＋５Ｖ电源。
参考文献： ４
系统软件的设计
［１】郝建国，郑燕，薛延侠．单片机在电子电路设计中的应用 【Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００６． 【２】戴日章．基于超声波测距的汽车倒车报警器设计［Ｊ］．自 动化与仪器仪表，２００６（３）：２７
的日常生活中起着越来越重要的作用，因此近几年来 汽车数量急剧增加。随着汽车数量的增多，交通变得 越来越拥挤，驾驶员在驾车时，由汽车行进、转弯、倒 车或者在视线不好的情况下引发的交通事故时有发 生。为了人类生命和财产安全，需对汽车的安全性提 出更高的要求。本文介绍一种基于单片机的汽车倒车 提示及测速系统。
０１ ２—０ ７—２ ４
万方数据
《自动化技术与应用＂２０ｌ ３年第３２卷第１期
行业应用与交流
ｎｄＩＪｓｔｒｉａｌ Ａ００Ｉｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ＣＯｍｍｕｎｌｃａｌｉｏｎｓ
３．２．３超声波发射接收电路
单片机信号Ｐ３．４经过开关接到非门芯片４０６９的输
单
亟叠口
报一
路一
入端，反相后得到的反相与非反相信号分别经过两个并 联的非门驱动以后去驱动超声波发射探头，Ｐ３．４输出的 是由单片机编程产生的４０ＫＨｚ信号。
２
整体设计及原理
汽车倒车提示及测速系统的基本原理：系统设置有
软件控制将距离值送到ＬＣＤ显示器进行显示，同时系统 会发出声音报警提示，若距离等于预先设置的阈值时， 自动停车。系统构成如图１。
启动、加速、减速、倒车、停止按钮。当按下启动按钮 时，汽车自动向前行驶；按加速按钮时，汽车加速一档行
收稿日期：２
３
硬件电路设计
本系统的硬件由单片机电路、超声波发射电路、
温度检测电路、超声波接收电路、直流电机控制电路、 转速检测电路、显示电路、提示音电路以及电源电路
等组成。
３．１单片机选择
单片机虽然种类很多，但根据够用、好用，能满足 本系统需要实现的功能的原则，本文选择性能高、的 ＡＴ８９Ｃ５１单片机。在编程方面，ＡＴ８９Ｃ５１除可按常规 方法编程，还可以进行在线编程。将通用的微处理器与 Ｆ１ａｓｈ存储器结合在一起，尤其是与可反复擦写的Ｆｌａｓｈ 存储器，可有效地降低开发成本…。
１
引言
汽车作为人类的代步工具、运输工具，在现代人
驶；按减速按钮时，汽车减速一档行驶（本系统设置了三 档加减速）；按倒车按钮时，汽车自动倒车；按停止按钮 时，无论在什么状态，汽车立即停止。在汽车向前行驶 的时候，由安装在电机转子端轴上的光电开关检测出信 号，并送往单片机进行速度计算，再通过Ｌ ＣＤ显示器显 示出当前的速度值；当汽车倒车时，由安装在汽车尾部的 超声波发射电路发出超声波信号，一旦信号遇到障碍物 时就反射回同样安装在汽车尾部的超声波接收电路，由 已经编程好的单片机记录发射和返回的信号，及时进行 处理，并计算出汽车尾部与障碍物间的距离，再由系统
２８．
圃 区虱圈
Ｊ
［３】蒋慧海．光电开关的原理及应用［Ｊ】．铜业工程，２００４（２）：
４２．
图４
主程序程序流程
作者简介：于娟（１ 制技术。
９ ８
３一），女，硕士，研究方向：电工电子、控
根据汽车倒车提示及测速系统的功能，设计的系统
万方数据
３．４转速检测电路 ３．４．１转速检测基本原理
由于槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体， 并且它能分辨出透明与半透明物体，使用安全可靠，无 需调整光轴【３】，所以本文采用它测量电机转速。槽式光 电开关采用Ｕ字型结构，发射器与接收器分别置于Ｕ型 槽的两边，且形成一光轴，当被检测的物体经过Ｕ型槽 并阻断光轴时，接收器便感应出相应的电信号。本文制 作了１０孑Ｌ的遮光圆盘，安装在电机的转轴上，当圆盘转 动时，光电开关就产生脉冲信号。
行业应用与交流
ｎｄｕｓｌｒｉａｌ ＡｐｐＩｉｃａｌｉＯｎｓ ａｎｄ ＣＯｍｍｕｎＩｃａｔｉＯｎｓ
《自动化技术与应用》２０１ ３年第３２卷第１期
基于单片机的汽车倒车提示及测速系统设计
于娟
（攀枝学院电气信息工程学院四川攀枝花６１７０００）
摘要：介绍了一种基于单片机的汽车倒车提示及测速系统，该系统采用ＡＴ８９Ｃ５１作为主控制器，利用超声波测距以及光电开关测 速原理，实现汽车倒车提示及测速功能，并给出了系统的硬件电路及软件部分设计。实验表明，该系统具有结构简单、操作 方便、成本低等特点。 关键词：单片机；超声波；光电开关 中图分类号：ＴＰ３６８．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３ ７２４１（２０１３）叭０１０５—０３
３．４．２转速检测电路
本文采用频率测量方法，只要在固定的时间内记录 到转速传感器产生出的脉冲个数，即频率，用单片机中 断口ｌ进行脉冲个数采集，就能计算出实际的转速。转 速检测电路如图３。
３．２．２温度检测电路
温度检测选用数字温度传感器ＤＳｌ ８８２０，它能直接 将所检测到的温度转变成数字量送入单片机Ｐ３．０，接口 非常简单，还可省去了传感器调理电路和模数转换器。
转速检测电路
部和障碍物间的距离；倒车报警提示开启；同时要比较汽 车尾部和障碍物间的距离与预先设置的阈值大小确定 是否停车。该系统软件采用模块化编程，整个系统软件 包括主程序、按键检测子程序、温度测量子程序、启动 子程序、停车子程序、速度计算子程序、距离计算子程 序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、显示子程 序、报警子程序等模块，其程序流程如图４所示。
片
机
电源电路
ｉ；：工
超声波接收探头接收到的超声回波为正弦波信号， 将其送入ＣＸ２０１０６Ａ芯片进行带通滤波和放大整形后， 输出的方波送人单片机的外部中断０引脚ＩＮＴ０，一旦单 片机检测出超声波发送与超声波接收间的时间，结合检 测的温度，就可计算出距离。超声波发射接收电路如图 ２所示。
一
图１
汽车倒车提示及测速系统构成
Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｆ ＢａＣｋｉｎｇ Ａｌａｒｍ ａｎｄ Ｓｐｅｅｄ—ＭｅａＳｕ ｒＩｎｇ ＳｙＳｔｅｍ ｏｆ ＡｕｔＯ・
ｍＯｂｉｌｅ ＢａＳｅｄ
Ｏｎ
ＳｉｎｇＩｅ－Ｃｈｉｐ ＭｉＣｒＯｃＯｍｐｕｔｅｒ
ＹＵＪｕ柚
６１７０００ Ｃ王ｌｉｎａ）
ｏｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ ａＩｌｄ
ｉｎｆｏ皿ａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐａｎｚ｜ｌｉｈｕａ Ｃｏｌｌｅｇｅ，ＰａＩｌｚｈｍｕａ
ａｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｃｋｉｎｇ ａｌａｎｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂａｓｅｄ Ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＳＣＭ）ＡＴ８９Ｃ５ ｌ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ
ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．
３．５显示电路、报警提示电路
报警提示电路：由集成块５ ５ ５芯片与外围元器件组 成的振荡电路起振，产生出的信号供三极管进行放大， 再由蜂鸣器发出报警提示音，声音大小可通过与蜂鸣器 连接的滑动变阻器调节。在需要报警器发声时，相控制 端写入高电平，不需要时写入低电平即可。 显示电路：采用ＬＣＤ １６０２作为显示器。因为液晶
万方数据
ｉ亍业应用与交流
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“自动化技术与应用》２０ｌ ３年第３２卷第ｌ期
软件要完成的功能：首先检测哪种按键按下，判断是需 要启动、加速、减速、倒车还是停车。在汽车前进时要 驱动直流电机正转、能进行加减速运行、测出并显示汽 车行驶的速度，在倒车时首先要对温度的采集，确定出 此时超声波的速度；控制超声波的发射与接收；计算出超 声波发射与接收间的时间差，从而计算出汽车并显示尾 图３
ｍａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｗｉｔｃｈ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ｂａｃｋｉｎｇ ａｌａｒｍ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ
图２
超声波发射接收电路
３．３直流电机控制电路
单片机信号Ｐ１．６，Ｐ１．７经过光电耦合器隔离后控 制由三极管组成的Ｈ桥电路，这样电机便可获得方向可 变的电流，从而带动电机正转或反转，电机的速度采用 ＰＷＭ方式控制，只要控制占空比大小就可电机的转速。
３．２测量车距电路 ３．２．１超声波测距的基本原理
本系统在倒车时利用超声波方向性好，呈射线定向 传播，不会受外界的光以及电磁场等因素影响的特点，选 用超声波进行倒车距离测量。超声波测距的基本原理： 超声波发射器不间断地发射出４０ｋＨｚ的超声波，当遇到 障碍物时反射回反射波，一旦超声波接收器接收到反射 波时，就将其转变成电讯号。只要检测到发射波和接收 波的时间差△ｆ，就可求出距离Ｓ。根据温度每升高ｌ℃ ，声速增加０．６０７脚／ｓ，声速矿与现场环境温度臼的关系 为：Ｖ＝３３１．５＋０．６０７０臼［２Ｊｏ所以，只要能测得超声波发射 与接收回波之间的时间差△ｆ及现场环境温度臼，便可 计算出从发射点到障碍物间的距离Ｓ＝矿△∥２。
ａｒｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｏ ｏｎ．
ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，１０ｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＳＣＭ）；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｗｉｔｃｈ