單片機典型案例開發(fā)（一）

　　圖5 超聲波測距顯示電路

　　2.4 溫度補償電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)中，選擇使用溫度芯片DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55~125℃，在-10~85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20引腳說明如表2所示。

　　表2 DS18B20引腳說明

　　DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。

　　溫度補償電路的設(shè)計如圖6所示，數(shù)據(jù)輸入/輸出腳連接到單片機的P0.1腳，電源接口接入+5 V的電壓，外加5.6 kΩ的上拉電阻，因為DS18B20是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路，如果DS18B20沒接電源，則需要數(shù)據(jù)線強上拉，給DS18B20供電；如果DS18B20接有電源，則需要一個上拉即可穩(wěn)定的工作。由于DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，檢測的溫度值在內(nèi)部進行轉(zhuǎn)換，溫度測量結(jié)果直接以數(shù)字信號輸出，單片機對由DS18B20輸出的信號進行讀取，經(jīng)過軟件對溫度數(shù)字值實現(xiàn)處理。

　　圖6 溫度補償電路
2.5 主電路原理圖

　　該系統(tǒng)主電路原理圖如圖7所示，單片機采用89C52系列，單片機使用外部時鐘源，外接6MHZ的晶振，由P0.0口直接輸出40 KHZ的驅(qū)動信號給放大電路。接收到回波后，經(jīng)由CX20106的濾波，產(chǎn)生中斷信號，并由p3.2口輸出進行中斷。顯示電路采用簡單實用的3位數(shù)碼管，連接單片機AT89C52的P0口，而三極管連接P2口，作數(shù)碼管的位選。工作時，首先將系統(tǒng)初始化，啟動計時器。并由P0.0腳發(fā)出40KHZ的驅(qū)動信號，同時打開INT0中斷，并且開始等待接收到的回波和中斷信號，若接收到回波（單片機接收到中斷信號），計時器停止計時，保存時間信息，并且根據(jù)溫度補償計算出當(dāng)前環(huán)境下的聲速，計算出當(dāng)前待測距離后儲存，并調(diào)用顯示子程序。測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式傳送到LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。

　　圖7 超聲波測距主電路圖

　　3 結(jié)論

　　經(jīng)過實測，本測距儀能夠迅速的測出250 m以內(nèi)的短距離障礙物，在30-200 cm范圍內(nèi)，誤差能控制在1 cm以內(nèi)，本設(shè)計具有簡單實用，能耗低，成本低等特點。經(jīng)過實際測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的精度能滿足普通需求，若需要進一步提高精度，可采用精度更高但系統(tǒng)更加復(fù)雜的雙頻超聲波測距的方法。

三、基于單片機的智能泊車系統(tǒng)設(shè)計方案

　　摘 要：一個有效的智能泊車系統(tǒng)，不僅能幫助駕駛者快速、安全地完成泊車操作，從而減輕駕駛員負擔(dān)，減少交通事故，而且能夠有效提高汽車的智能化程度，增加汽車的附加值，從而帶來巨大的經(jīng)濟效益。使用AT89C52單片機作為小車的主控制器，在該控制器基礎(chǔ)上，添加了光電避障電路、測速電路、光源引導(dǎo)電路和電機驅(qū)動電路，從而實現(xiàn)了智能泊車系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并在實驗室中取得了預(yù)期的效果，能夠使小車進入指定的停車位。

　　0 引 言

　　隨著我國汽車數(shù)量逐年急劇增多，泊車位、停車場的數(shù)量卻跟不上其增長的步伐，越來越多的人為如何泊車而發(fā)愁。日益擁擠的泊車環(huán)境要求人們對汽車的泊車技術(shù)更加地嫻熟，這就更加重了人們工作之外的緊張情緒，降低了人們的生活質(zhì)量。因此，如何解決泊車過程中的不便利，消除安全隱患，迅速、準(zhǔn)確、安全地將汽車?？康胶线m的位置，逐漸引起了人們的關(guān)注。

　　1 系統(tǒng)的工作原理及功能

　　智能泊車系統(tǒng)可分為控制部分和信號檢測部分。

　　其中信號檢測部分包括障礙物檢測模塊，光源檢測模塊和速度檢測模塊；控制部分包括控制器模塊，電機控制模塊。智能泊車系統(tǒng)基本模塊方框圖如圖1所示。

　　圖1 智能泊車系統(tǒng)基本框圖

　　系統(tǒng)工作原理如下：在小車啟動之后，通過霍爾傳感器A44E進行小車的速度檢測，對小車進行智能限速，小車行進過程中通過紅外光電傳感器避障，車庫系統(tǒng)發(fā)送光源指示信號，光敏三極管接收車庫指示信息，使小車到達指定車庫后，停車。

　　1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計

　　AT89C52是51系列單片機的一種，是一個低功耗，高性能，CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），由ATMEL公司采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲單元，片內(nèi)有ROM/EPROM，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可。

　　1.2 避障電路設(shè)計

　　紅外光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠、體積小、安裝輕便等諸多特點，因此在工業(yè)自動化裝置和智能小車中獲得廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中采用的光電避障傳感器是HS0038B.紅外光電接收電路工作原理為：當(dāng)接收到載波頻率為38kHz的脈沖調(diào)制信號時，首先，HS0038B內(nèi)的紅外敏感元件將脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進行放大處理，然后通過帶通濾波器進行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進行解調(diào)，最后由輸出電路進行反向放大并輸出低電平；未接收到載波信號時，電路則輸出高電平。紅外發(fā)射電路由555定時電路產(chǎn)生方波，對紅外發(fā)射管進行調(diào)制。

　　1.3 A44E測速電路設(shè)計

　　霍爾傳感器A44E在測速系統(tǒng)中的主要作用是車輪轉(zhuǎn)速采集。車輪每轉(zhuǎn)一周，磁鐵經(jīng)過A44E一次，A44E的第3腳就輸出一個脈沖信號，脈沖信號的周期與電機的轉(zhuǎn)速有下列關(guān)系：

　　式中：n為電機轉(zhuǎn)速；P 為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T 為輸出方波信號的周期。

　　脈沖信號作為單片機AT89C52的外中斷信號，從P3.2口輸入。

　　1.4 電機驅(qū)動電路設(shè)計

　　動作執(zhí)行單元為驅(qū)動小車左右輪的兩個減速直流電機，控制它們的轉(zhuǎn)速，就控制了小車的運動狀態(tài)。但是由動作控制單元發(fā)出的控制信號非常微弱，無法直接驅(qū)動直流電機，須匹配設(shè)計合理的驅(qū)動電路，常用的驅(qū)動電路為H 橋。在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，由于三極管導(dǎo)通、關(guān)斷的時間不統(tǒng)一，導(dǎo)致用三極管搭建的H 橋在電機電流換向的時候經(jīng)常發(fā)生微短路，使得三極管發(fā)熱現(xiàn)象很嚴(yán)重，整個電路電源波動很大，非常耗電。因此，本設(shè)計最終采用了集成H 橋L298.除此之外，在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反向電動勢會嚴(yán)重影響傳感器的輸出狀態(tài)，將錯誤的路徑信息送給處理器，導(dǎo)致小車經(jīng)常產(chǎn)生錯誤動作。因此，本設(shè)計采用了雙電源供電，即傳感器和芯片共用一組電源，電機專用一組電源，中間信號的傳輸采用了4N25光耦電路進行電氣隔離。

　　1.5 光源引導(dǎo)電路設(shè)計

　　本設(shè)計采用光敏三極管作為光源檢測傳感器，因為其感光電壓變化明顯（電壓值變化在60~100mV 左右），價格便宜。光源引導(dǎo)模塊需要在小車前方安裝3個光敏三極管，通過車庫發(fā)出的光源信號來引導(dǎo)小車到指定車庫停車，使用LM324作為光源引導(dǎo)模塊的核心放大器件，將信號進行放大處理。

　　1.6 停車場系統(tǒng)設(shè)計

　　為了更好地完成小車避障、光源引導(dǎo)和入庫過程，停車場系統(tǒng)設(shè)計也是十分重要的。停車場系統(tǒng)設(shè)計圖如圖2所示。

　　圖2　停車場系統(tǒng)設(shè)計圖

　　2 軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計在Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境下進行。軟件主要包括系統(tǒng)主程序、避障子程序、光源引導(dǎo)子程序和測速限速子程序等。泊車系統(tǒng)整體流程如圖3所示，避障程序流程圖、光源引導(dǎo)程序流程圖分別如圖4，圖5所示。測速限速電路軟件設(shè)計思路是將每圈的時間換算成速度，再與設(shè)定的速度比較，如果所測速度大于設(shè)定值，則控制電機減速到設(shè)定值；如果所測速度小于設(shè)定值，則控制電機加速到設(shè)定值，完成小車的智能限速。