汽车的测速及倒车提示系统分析

汽车测速及倒车提示系统的分析

摘要：本文主要介绍了汽车的测速及倒车系统电路原理分析。该系统采用AT89S52单片机为控制核心，实现了转速检测及倒车测距等功能。采用光电式轮速检测的方法进行汽车的转速检测，速度可通过按键进行调整分为快中慢三档；倒车系统主要采用超声波测距的原理进行汽车尾部与障碍物间距离的测量，在倒车时会有提示音，声音的大小也是可以调节的；同时检测的速度及倒车的距离均可通过数码管进行及时的显示。

关键字：AT89S52 CX20106A 光电耦合器

1 绪论

随着人们生活水平的不断提高，汽车已经成为生活中主导的交通工具，汽车产业蓬勃发展。为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力，据统计，危机情况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%，迎面撞车事故的60%，所以现在汽车安装各类测距系统以保障行车安全。

超声波测距是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

通过测距来发现障碍物，计算简单,方便迅速,易于做到实时控制，距离准确度达到工业实用的要求。超声波测速雷达用于测距上，在某一时刻发出超声波信号，在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达接收到，得用在超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。

针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车测速及倒车提示系统。目的在于当行车处于高速及倒车状态时，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的发生。

2 设计方案要求

2.1 功能及技术要求

（1）测速范围。

测速范围分为四档：第一档速0—130cm/s，第二档速130—200cm/s，第三档速200—260cm/s，第四档速260—300cm/s。

（2）倒车测距范围。

该模拟系统的测量范围在2—3米之间。当距离小于20cm时，电机自动停止，或者说在大于20cm时，也可以通过按键使电机停止。

（3）按键功能如表2-1所示。

表2-1 按键功能表

（4）显示功能。

该系统具备显示功能，显示内容有正常运行的转速及倒车状态时障碍物与汽车尾部的距离，其显示精度为1cm。

2.2 测速及倒车提示系统设计方案论证

2.2.1发射与接收模块

方案一：采用后视摄像进行倒车

这种方法可以获得障碍物的直观图像，但无法测得准确的距离；虽然其可靠性高但是价格较高，得不到普遍的推广使用；这种方法还存在一些其他的缺陷，如其在夜间会受到影响，无法重现图像，使其在晚间如同虚设，不仅如此，它还会受到天气的影响，在阴雨、雾雪天气，后视摄像这种方法同样起不到效果。

方案二：采用超声波倒车

超声测距一般采用40KHz的脉冲信号。常用有CX20106集成芯片，使用方便简单，只需在外围电路加常见的反向驱动集成块74LS04，使用起来效果很明显而且价格合理。超声波测距虽然没有清晰的图像，但是其可以测得准确的距离，让使用者无论是在白天还是在晚上都能明确的了解到其后边的障碍物。超声测距也存在缺点，就是对车后的路坑、山崖、凸出的某些障碍物无法感应。在此设计属于模拟系统，

所以采用方案二比较经济合理。

2.2.2 转速检测电路模块

方案一：霍尔式轮速检测

霍尔轮速传感器由磁钢、霍尔元件及电平转换电路组成，霍尔轮速传感器核心为霍尔元件,霍尔元件通过齿轮的运动输出mV级的准正弦波电压,选用UGN3019开关型集成霍尔元件,可实现将准正弦波电压转为标准脉冲电压。霍尔轮速传感器输出的脉冲信号频率与转速成正比关系,对脉冲信号可采用多种方法进行处理分析。开关型霍尔传感器尺寸小、工作电压范围宽，工作可靠，但是对于该模拟系统，不需要这么高精度的检测。

方案二：光电式轮速检测

光电式轮速传感器由光源、转动圆盘、光敏元件及有关电路组成。转动圆盘被安装在转轴上,转动圆盘边缘开有等距离的孔,光源发出的光通过圆盘小孔照射到光敏元件上。

当测速盘旋转切割光开关时,光敏检测元件输出一串脉冲信号,脉冲频率与转速成正比。转速n与脉冲频率f关系为:n=60*f/p(r/min),其中p为圆盘开孔总数。若取p=60,则f=n,即轮速传感器输出信号频率便是车轮每分(钟)转数。

通过以上分析采用方案二实现了高精度、宽范围的测量，比较符合要求。2.2.3控制器

方案一：采用PLC控制

PLC控制有编程简单方便、硬件维护方便、可靠性高适用性强等优点，但是它最常见的是用来控制强电，而像这种12V以下的弱电控制就不适宜了，而且成本高。

方案二：采用单片机芯片控制

该系统设计电路以AT89S52单片机为控制核心。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。与AT89C51比AT89S52拥有3个定时计数器和支持在线编程,ISP在线编程功能优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是个强大易用的功能。AT89S52的性能可以满足电路的要求，其市场上很普遍，价格便宜。

所以选择AT89S52为控制器的控制核心。

2.2.4 显示模块

方案一：采用LCD液晶显示

该模拟系统只需要对车速或倒车时的距离进行显示，若采用液晶显示，虽然不需要外接驱动电路，也不会占用单片机的I/O口，而且软件编写简单，节约了CPU资源，但是液晶显示增加了成本，对四位数据的显示根不需要这么浪费，所以这部分的显示，根据实际情况的需要用LCD液晶显示不合理。

方案二：数码管显示

采用数码管显示，需要外加驱动电路，但是简单的三极管就可以驱动，所以外加的驱动电路并不复杂。因为显示的内容简单，仅四位数字，对于I/O口的占用也不是很多，数码管价格便宜。

对该显示电路来说采用数码管显示很合理。

2.2.5 直流电机控制电路模块

方案一：串电阻调速系统。

旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含