基于PIC單片機倒車警示系統的設計

吳琳

摘 ?要：文章介紹了一款汽車倒車測距警示系統，它是基于PIC16F877單片機控制的。采用超聲波測距，用PIC16F877單片機算出障礙物體和車子后面的距離，對看不到的區域進行紅外感應監測。而且會利用LCD屏反應出障礙物體到車子后面的距離，并有警報聲響起。從而讓駕駛員快速了解車尾的狀況，并采取對應的措施，來提高倒車的安全性。

關鍵詞：超聲波;PIC16F877單片機;紅外感應

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）18-0089-03

Abstract： This paper introduces a car reverse ranging warning system， which is based on PIC16F877 single chip microcomputer control. Ultrasonic ranging is used to calculate the distance between the obstacle object and the back of the car by PIC16F877 single chip microcomputer， and the infrared induction monitoring is carried out in the area that cannot be seen. It also uses the LCD screen to reflect the distance from the obstacle to the back of the car， and an alarm goes off， in order to let the driver quickly understand the situation of the rear of the car， and take corresponding measures to improve the safety of reversing.

Keywords： ultrasonic; PIC16F877 single chip microcomputer; infrared induction

引言

本文設計了這樣一款停車輔助設備。該系統的核心是PIC16F877單片機，實現測距警示的功能。倒車測距儀可以讓車子在停車和向后行駛更加安全。這個倒車測距儀是通過單片機的控制作用以及在數據處理方面的能力和超聲測量距離系統、紅外感應系統相互配合，可以把汽車設制的距離和監測的距離對比，如果測得的障礙物距離小于所設定的距離，則警報系統就會有響應[1]。不僅幫助了車輛駕駛人員在停車時向后看的麻煩，而且能讓車輛駕駛人員看清停車時看不到的區域，從而使得停車更加安全。

1 系統總體設計思路

系統是用超聲測量距離的原理+紅外感應的原理，由接收器、發射器、信號處理裝置這些構成的。超聲波發射器朝任一方位發出信號，發出的時候一起執行計時，信號在傳播途中如果有遇到障礙物體會立刻被返回，當接收器接收到被反射來的信號就不會再計時。（超聲波速度為340m/s，計時時間t，那么計算發射地點和障礙物的距離s=340t/2）系統總體的設計結構框圖，如圖1：

2 硬件電路的設計

2.1 超聲發射電路及接收電路的設計

該系統是由紅外感應系統、超聲波傳感器、LCD顯示器、蜂鳴器、LED燈等構成。當車掛上倒車檔時，系統會采用超聲測距的方法測量和障礙物之間的距離，先是由控制器設制一定的距離發送超聲波信號，如果碰到的障礙物體比較大的時候，就會有回波的信號，接收器接受信號后，信號是經過控制器來處理的，判斷障礙物的位置，是否在設定的距離里，要是有蜂鳴器會發出警報，LCD顯示距離，如果障礙物太小會啟動紅外感應系統，LED燈閃爍，然后我們停車可以更加的安全。

2.2 紅外傳感器模塊設計（HC-SR501）

HC-SR501釋熱紅外傳感器是一款可以測到動物和人身上發出的紅外線后，輸出電信號的傳感器。紅外傳感器算是很好用的探測器。不僅在樓道開關、防盜警報燈等方面得到應用，本設計的倒車感應警報系統也利用了它的原理，對車后面是不是有超聲波探測不到的生物進行感應檢測。

2.3 報警電路的設計

本文采用蜂鳴聲來當作警報聲。在本設計中所使用的蜂鳴器為壓電式的蜂鳴器，啟動方式是通過單片機發送一個信號驅動其發出聲音，壓電式的蜂鳴器大概需要10mA的驅動電流驅動它。本文的設計中，單片機的引腳BUZZER輸出高電平的時候，三極管導通后，蜂鳴器由此可獲得+5V電壓從而發出蜂鳴;當輸出低電平時，三極管截止了，蜂鳴器接收到停止響音的信號而停止發聲。報警電路如圖2所示。

2.4 顯示模塊的介紹

一般在單片機中顯示模塊的選擇有三種：VFD，熒光顯示器;LED，發光二極管;LCD，液晶顯示器。本文不需要復雜的顯示信息，因此選擇了LCD顯示模塊，它的功耗極微，重量輕，體型薄，工作電壓很低，很適合用在電池供電的攜帶式電子設備中。缺點是它的可視度角小，對溫度變化偏敏感，溫度過高又或者過低，顯示器的對比度會降低。

LCD引腳主要分為兩種：一種是14個引腳，另一種是16個引腳，有兩個單獨的引腳是接電源線的VCC和地線的GND。本文設計的顯示模塊的示意圖如圖3所示：

2.5 外部時鐘源模塊設計

時鐘是一種脈沖信號，它具有的特征是連續的。其作用是可以給芯片一個連續的脈沖信號使芯片完成相關的任務。這次設計以外部時鐘源模塊為主。單片機與外部晶振配合來實現電路的振蕩，這樣可以為單片機提供一個時鐘進行運行，在執行每一條指令的時候，CPU要發出一系列的控制信號，假如運行時鐘為0 的話，單片機便不會工作，當超出超聲波的工作頻率范圍時，同樣也會使超聲波不工作。外部時鐘源模塊如圖4所示。

2.6 單片機控制模塊設計（PIC16F877）

PIC16F877是屬于Pic-micro中的單片微型機，具有程序內存功能的，可以重復燒寫程序，能讓用戶查看單片機緩存器的內容、暫時停止微處理器的運行等。可以讓使用者用最快的速度進行程序的編寫除錯和開發[2]。

PIC16F877共有40跟管腳，每個管腳都有它的功能，比如接正負電源、接地、有些管腳有三種以上的功能，單片機的管腳圖如圖5所示。

PIC16F877單片機通過PB1的引腳來發射出超聲波，反射回來的信號傳送給PB2。警報電路由RD2、RD3引腳來控制，LCD電路由RD4-RD7及RC4和RC5引腳控制。

2.7 電源模塊的設計

因為電源為電子系統和電子設備提供源動力，如果電源模塊出現問題，便會在一定程度上使得電子設備無法正常工作，電源部分的性能的好壞會影響設備的工作質量[3]。因此本設計采用7085芯片[4]，可以達到降壓和穩壓的好處，模塊設計上使用線性穩壓電路，用三個端口集成穩壓器以方便使用。

2.8 復位模塊電路設計

對單片機的初始化操作就是為了能達到復位的功能，只需要給復位引腳MCLR加上一個大于24個時鐘振蕩周期的高電平就可以使它復位。除能讓系統正常的初始化外，當程序操作上和程序運行上出錯時，會使系統處在封鎖的狀態，就需要使用復位鍵讓MCLR引腳為高電平的時候來使單片機重啟。本設計的復位電路采用外部復位電路，復位電路通過按鍵復位來完成的。以下是復位電路圖（圖6）。

2.9 按鍵功能模塊的設計

當按鍵發出的信號過RA0引腳傳送到單片機。S2按鍵可以進到LCD的菜單界面，S3按鍵是用來增加測量距離的，S4按鍵是用來減少測量距離，S5按鍵是用于確認所設定的量測距離的，S6按鍵是用來返回主界面的。通過這幾個按鍵來確定量測距離的，可以在一定范圍值內設定量測的距離，可根據實際的情況更改距離。

3 系統軟件的設計

這次設計先對各個模塊進行設計、分析和程序的編寫，程序部分主要分為兩個部分：中斷程序、主程序。主程序最重要的功能是把單片機初始化、超聲波信號的發送以及接收，算出汽車與障礙物的距離、紅外感應人與動物讓LED燈閃爍、LCD顯示與障礙物的距離、蜂鳴器報警等[5]。

整個系統的設計核心是對距離的測量，以及對看不到區域的紅外感應，然后通過單片機來處理測量的數據，可以較為精準的測出數據。在進行超聲波測距時，本質上的測距就是記錄下超聲波發射信號處到障礙物反射回來接收到信號二者之間的時間差，然后計算出兩者的距離。在接收器上一般能收到兩種信號，第一種是發射波的余波信號，第二種是反射回的信號。余波信號對于整個測量的準確性有一定的干擾，當發射器把信號發射出時，接收器立刻就能接收到超聲波的信號，因此應該避開收到余波的信號，這個就是利用超聲波測距會有盲區的最主要原因。不過可以通過紅外感應系統來解決，假如有比較小的生物在車后方而且超聲波并沒有檢測到那么紅外感應該能檢測到并使LED燈閃爍，紅外檢測也是存在一定條件的，如必須有溫度上的變化，如果沒有溫度上的變化也就是有站立不動的生物也是很難監測到的，因此也存在一些弊端。

超聲波在接收電路接收到反射來的信號時，便向單片機傳遞信號，單片機利用外部中斷系統記錄下反射信號的到達時間，中斷發生后會停止計時，可以讀取LCD上的數據。本設計的創新點在紅外監測，及掉電記憶功能。

4 結束語

本次的設計在實際應用中倒車雷達設計已有一定的成熟的技術，而此次的設計是在此基礎上做部分的改善，在硬件上增加紅外檢測模塊，對超聲波的盲區能有一定的監測作用。在軟件上，編寫具有掉電記憶功能的程序，即在使用中有異常發生而致使系統掉電，能自動調用此程序，對初始設置的數據有記憶功能，而不用重新設置。通過按鍵對安全距離的設定，將超聲波的探頭對著墻，LCD顯示屏會顯示與墻壁的距離，LED燈亮起，而且會有蜂鳴聲。把探頭轉向沒有障礙物的地方則不會有任何警示（最遠可設置兩米）。

參考文獻：

[1]谷樹忠，劉文洲，姜航.Altai Designer教程——原理圖、PCB設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2011：4-9.

[2]謝宜仁.單片機實用技術問答[M].北京：人民郵電出版社，2003：31-39.

[3]曹巧媛.單片機原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社.

[4]李剛民，陳忠平，等.單片機原理及實用技術[M].北京：高等教育出版社，2005：125-129.

[5]王粉花.基于AT89C2051單片機的客車倒車監視系統[J].北京科技大學計算機技術和發展報，2006（9）：158-160.