基于單片機(jī)的倉儲貨運車防撞控制與警報系統(tǒng)的設(shè)計

倪宏杰 李虎 劉麗君

摘 要：運貨車在生產(chǎn)線和倉儲系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，在貨物運輸中，車輛前進(jìn)和倒退中常發(fā)生碰撞，造成事故和危險。針對此問題，設(shè)計了單片機(jī)控制的測距與報警系統(tǒng)，在車輛與前后車輛（物體）間距小于規(guī)定距離時，及時發(fā)出控制和報警信號，實現(xiàn)車輛減速、制動和報警。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；運貨車；防撞控制；警報系統(tǒng)

引言

隨著社會時代的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高和完善，倉庫運貨車越來越必不可少的工具，車庫行車安全問題變得日趨嚴(yán)重。文章結(jié)合了單片機(jī)和超聲波系統(tǒng)測距系統(tǒng)，主要由單片機(jī)控制電路，超聲波發(fā)射模塊和接受模塊三部分組成。系統(tǒng)主要功能是當(dāng)運貨車運行過程中進(jìn)行自動測距并對距離做判斷，在運貨車距離障礙物小于安全值時，自動報警，進(jìn)行減速操作。若因外因?qū)е戮嚯x足夠小，危險系數(shù)過大，則系統(tǒng)自動制動以避免事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)由上位機(jī)和顯示系統(tǒng)組成，上位機(jī)包括MSP430F149最小系統(tǒng)，HC-SR04全套超聲波測距，報警系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)由LCD1602進(jìn)行實時掃描顯示。系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

運貨車防撞控制與警報系統(tǒng)設(shè)有HC-SR04超聲波發(fā)射與接收模塊，通過發(fā)射超聲波，然后通過接收模塊進(jìn)行接收數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算出運貨車與后面的障礙物之間的距離，來判斷是否處于危險狀態(tài)，如果介于危險邊緣，發(fā)出警報，進(jìn)行減速，但如果貨運車處于極度危險狀態(tài)，系統(tǒng)會進(jìn)行自動停車，來避免事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 微處理器選擇

微處理器選用MSP430F149單片機(jī)，該微處理器是16位單片機(jī)，有多種尋址方式及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理及運算能力、運算速度快、超低功耗。外圍模塊非常豐富，具有良好的性能，中斷源較多，串口資源豐富，使用靈活方便。根據(jù)實際需要，單片機(jī)的外圍模塊的擴(kuò)展有所不同。為了方便以后的擴(kuò)展，以及以后開發(fā)者對此系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級，本系統(tǒng)的主控電路包含了蜂鳴器報警電路。

2.2 HC-SR04超聲波發(fā)射接收模塊

HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測的功能，測距精至少高達(dá)3mm；模塊里面包括超聲發(fā)射器，接收器與控電路這幾個方面。

基本工作原理：（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給出至少10us的高電平信號；（2）模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340m/s））/2。圖2是相應(yīng)的系統(tǒng)框圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

超聲波發(fā)送部分在小車運行后不斷發(fā)送超聲波，當(dāng)接收部分接收到反射回來的信號時，通過單片機(jī)對接收與發(fā)送數(shù)據(jù)的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算與障礙物之間的距離，并判斷檢測到的障礙是否在危險內(nèi)，如果距離異常，發(fā)出報警信號，并做減速操作，同時判斷情況是否屬于緊急狀態(tài)，當(dāng)處于緊急狀態(tài)時，小車自動做出制動動作。

4 系統(tǒng)測試與分析

4.1 測試方案設(shè)計

模擬測試：通過將此系統(tǒng)安裝在一般玩具小車上，來模擬小車在不同環(huán)境下進(jìn)行行車演示，記錄，分析測得數(shù)據(jù)，并進(jìn)行探討此設(shè)計的系統(tǒng)是否可靠，安全。

模擬測試結(jié)果：由模擬測試可知，當(dāng)小車在前進(jìn)或后退過程中，當(dāng)檢測到的距離不在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時，聲光模塊可成功報警，為減速起到提醒作用。當(dāng)把小車置于危險系數(shù)較大距離時，小車制動，停止運動。模擬的效果總體上反應(yīng)小車可以在一定場合實現(xiàn)防撞與報警的功能，達(dá)到了預(yù)期的要求。

4.2 具體設(shè)計方案

（1）利用測距傳感器，對貨物車輛前進(jìn)與后退過程中遇到的障礙物進(jìn)行距離測定；（2）用單片機(jī)對測距傳感器等前端檢測信號進(jìn)行處理與運算；（3）按照安全運行的要求，通過單片機(jī)對所測距離進(jìn)行判斷，若處于警報距離提供報警、減速，當(dāng)距離過小時采取自動制動控制信號，實現(xiàn)安全控制。

5 結(jié)束語

通過在模擬測試，結(jié)果顯示，本系統(tǒng)基于MSP430F149的儲貨運車防撞控制與警報系統(tǒng)，能夠有及時發(fā)出控制和報警信號，實現(xiàn)車輛報警、減速、制動和。從而避免在工廠中事故的發(fā)生，說明了此系統(tǒng)設(shè)計合理，達(dá)到了我們預(yù)期的效果。

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作者簡介：倪宏杰（1992-），男，江蘇南通市人，工作單位：江蘇師范大學(xué)，職務(wù)：學(xué)生，研究方向：自動化。