基于12C5A60S2單片機安全汽車后視鏡的視角分析

杜龍龍 / 湖州職業技術學院

基于12C5A60S2單片機安全汽車后視鏡的視角分析

杜龍龍 / 湖州職業技術學院

當前汽車后視鏡絕大數以固定居多，在轉彎或者泊車時不能實時根據人的需求進行角度的變換和設置，這就造成了人們使用的不便，尤其是在一些較狹窄的路段，由于盲區的存在，造成了不少交通事故。本設計擬采用STC公司研發的60S2高速實時控制芯片消除盲區，從而提高駕車者的安全保障，消除安全隱患。

汽車后視鏡；盲區；單片機

1.引言

隨著人民經濟水平的不斷提高，家用轎車已普及到千家萬戶。然而隨著汽車數量的增加，交通事故也與之劇增。根據交通局的統計結果，汽車的交通事故有74.5％發生在轉向和并道的時候，而這很大一部分原因是因為后視鏡無法調整，在人眼的盲區無法覆蓋的視線里釀成了事故和慘案。當前汽車后視鏡絕大數以固定居多，在轉彎或者泊車時不能實時根據人的需求進行角度的變換和設置，這就造成了人們使用的不便，尤其是在一些較狹窄的路段，由于盲區的存在，造成了不少交通事故。

針對現存的問題，運用光的傳導性對后視鏡盲區進行了一些列分析，擬采用基于單片機MCU控制技術及傳感器技術對目前常見家用轎車后視鏡進行修正和改進，從而提升駕駛員的行車安全保障。

2.系統分析與總體設計

2.1設計思路

目前市場上的轎車后視鏡大多都是固定的，不能根據轉向的調節自動地調節方向和角度，轎車變向或者改道的時候存在極大的安全隱患。本設計擬對轉向盤角度改變引起的輸出電壓的變化進行AD采集，通過電壓的輸出變化，實時地控制反光鏡的轉向角度，以方便司機在轉向的時候可以消除盲點，消除安全隱患。

2.2系統功能模塊劃分

從系統的功能性來劃分，我們可以劃分成完整的七個功能模塊。我們根據這些功能需求，設計出系統所需的功能模塊，如圖1所示。

圖1　系統框圖

汽車方向盤在轉動的過程中，不斷改變電壓信號，由單片機實時采集，通過AD轉換得來的電壓值實時與門限值比較，當電壓小于下限或者大于上限門限電壓時，用MCU控制步進電機驅動模塊，驅動步進電機進行正轉和反轉的工作，以轉動后視鏡達到相應角度的調節目的。

3.硬件設計

3.1單片機最小系統

本設計主控芯片采用了單片機STC12C5A60S2

（1）電容C8、C9和晶振組成時鐘電路；

（2）R1、C1、S1組成單片機的復位電路；

（3）片內具有10位精度的ADC，轉換速度可達250K/S；

（4）片內有EEPROM，可用于保存采集的電壓信號；

（5）帶有2路PWM功能。

3.2 方向盤電位器電壓輸出模塊

單圈電位器具有線性度好，采樣精確，可靠性高等優點。事實上，車輛在行駛過程中并道或者轉彎時方向盤轉動的角度不會大于360°，故本設計采用旋轉角度小于360°的方向盤。

本設計運用一個單圈電位器與方向盤的轉向軸相連，通過轉向軸的旋轉控制電位器兩端輸出電壓的變化。當轉向軸右轉時，電位器的電阻減小，輸出電壓變小，反之，當轉向軸左轉時，電位器的電阻增大，輸出電壓變大。如圖2所示。

圖2　電位器輸出電路

由于車內電瓶電壓為12V，而單片機進行AD轉換的電壓必須是5V以內的，故在此設計了一個5V穩壓電路給電位器供電，同時也可滿足單片機的工作電壓要求，如圖6中所示可采用7805穩壓芯片來實現。

3.3 電機選擇

方案一：

直流減速電機。這種電機是指減速機和電機(馬達)的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機。減速電機具有如下特點：

（1）占用空間小，承載能力強。

（2）能耗低，性能好，運行效率高達95％。

（3）經過精密加工，可適應強，只要搭配相應聯軸器就能直接使用，使用范圍非常廣泛。

但是直流減速電機精度低，可控性差，不能精確控制旋轉角度，不適用在旋轉角度較為精密的場合。

方案二：舵機。這種電機是船舶上的一種大甲板機械，具有扭矩大，功率高等優點，常用于船舶或者航天設備，或大型機械設備，而在家用設備中并不適用。

方案三：

步進電機。以單位電磁脈沖信號為單位步距角的電機元件。一個脈沖信號就行進了一個步距角。

這種電機具有精度高，不受外接負載影響的優點，本項目設計控制的汽車后視鏡的運動，需要精確的角度，消除特定的盲區，故選擇方案三，本設計擬采用2BYGH47步進電機。

4.軟件設計

（1）當采集電壓值大于左邊門限電壓值時，存取AD值，執行下一步：當第二次采集電壓值大于第一次電壓值時，左后視鏡向外翻轉，當第二次采集電壓值小于第一次電壓值時，左后視鏡回正；

（2）當采集電壓值小于右邊門限電壓值時，存取AD值，執行下一步：當第二次采集電壓值小于第一次電壓值時，右后視鏡向外翻轉，當第二次采集電壓值大于第一次電壓值時，右后視鏡回正；

（3）當采集到的電壓值在平衡范圍之內，則存取AD值，制動電動機；

完成以上步驟，重新回到初始起點，重新采集AD值。

5.總結與展望

本項目的實施和推廣極大提高了駕駛的安全性，一定程度上杜絕了由于后視鏡盲區造成的安全事故，如果在社會上進行推廣，必然在汽車行業里有很大的需求，帶來可觀的經濟收益。

針對實際中產生的問題，基于對過程和需求的分析，對汽車外后視鏡進行了優化和改進，在一定程度上解決了由盲區帶來的安全隱患。但是由于不同車身長度的不同，駕駛室的大小，在安裝該裝置時還需要進行角度調試。當然現實中的安全問題是個復雜的事情，技術只能作為一種輔助。所以僅靠技術層面的解決是遠遠不夠的，他需要司機和道路行人的共同努力才行。如果所有人都能做到不搶道，不違章，相信不該發生的意外就會大大減少。人們的出行將會更加的安全舒心。

[1]吳佳林,孔軍.汽車后視鏡盲區及預測方法[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版）,2010,32(6):958-961.DOI:10.3963/ j.issn.1007-144X.2010.06.026.

[2]趙宇峰.汽車后視鏡盲區檢測及預警關鍵技術研究[D].鄭州大學,2008.

[3]程凱常.基于球面反射的汽車后視鏡最優參數的設計[J].科學家,2016,4(2):41-42.DOI:10.3969/j.issn.1673-9671.2016.02.029.

[4]劉軍.淺談汽車后視鏡視野測試方法[J].山東工業技術,2015,(16):292-294.

[5]王楠,白晶,張守武等.汽車電動外后視鏡的改進設計[J].北京工業職業技術學院學報,2014,13(4):15-18.DOI:10.3969/ j.issn.1671-6558.2014.04.004.

[6]陳浩,馬艷,郝亮等.汽車駕駛員視野拓展系統的設計與實現[J].汽車工程師,2016,(6):19-23.

課題項目：

本文為湖州職業技術學院校級課題項目，基于單片機的汽車后視鏡的安全優化和編號2016JC04。