基于PIC单片机倒车警示系统的设计

吴琳

摘  要：文章介绍了一款汽车倒车测距警示系统，它是基于PIC16F877单片机控制的。采用超声波测距，用PIC16F877单片机算出障碍物体和车子后面的距离，对看不到的区域进行红外感应监测。而且会利用LCD屏反应出障碍物体到车子后面的距离，并有警报声响起。从而让驾驶员快速了解车尾的状况，并采取对应的措施，来提高倒车的安全性。

关键词：超声波;PIC16F877单片机;红外感应

中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：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

本文設计了这样一款停车辅助设备。该系统的核心是PIC16F877单片机，实现测距警示的功能。倒车测距仪可以让车子在停车和向后行驶更加安全。这个倒车测距仪是通过单片机的控制作用以及在数据处理方面的能力和超声测量距离系统、红外感应系统相互配合，可以把汽车设制的距离和监测的距离对比，如果测得的障碍物距离小于所设定的距离，则警报系统就会有响应[1]。不仅帮助了车辆驾驶人员在停车时向后看的麻烦，而且能让车辆驾驶人员看清停车时看不到的区域，从而使得停车更加安全。

1 系统总体设计思路

系统是用超声测量距离的原理+红外感应的原理，由接收器、发射器、信号处理装置这些构成的。超声波发射器朝任一方位发出信号，发出的时候一起执行计时，信号在传播途中如果有遇到障碍物体会立刻被返回，当接收器接收到被反射来的信号就不会再计时。（超声波速度为340m/s，计时时间t，那么计算发射地点和障碍物的距离s=340t/2）系统总体的设计结构框图，如图1：

2 硬件电路的设计

2.1 超声发射电路及接收电路的设计

该系统是由红外感应系统、超声波传感器、LCD显示器、蜂鸣器、LED灯等构成。当车挂上倒车档时，系统会采用超声测距的方法测量和障碍物之间的距离，先是由控制器设制一定的距离发送超声波信号，如果碰到的障碍物体比较大的时候，就会有回波的信号，接收器接受信号后，信号是经过控制器来处理的，判断障碍物的位置，是否在设定的距离里，要是有蜂鸣器会发出警报，LCD显示距离，如果障碍物太小会启动红外感应系统，LED灯闪烁，然后我们停车可以更加的安全。

2.2 红外传感器模块设计（HC-SR501）

HC-SR501释热红外传感器是一款可以测到动物和人身上发出的红外线后，输出电信号的传感器。红外传感器算是很好用的探测器。不仅在楼道开关、防盗警报灯等方面得到应用，本设计的倒车感应警报系统也利用了它的原理，对车后面是不是有超声波探测不到的生物进行感应检测。

2.3 报警电路的设计

本文采用蜂鸣声来当作警报声。在本设计中所使用的蜂鸣器为压电式的蜂鸣器，启动方式是通过单片机发送一个信号驱动其发出声音，压电式的蜂鸣器大概需要10mA的驱动电流驱动它。本文的设计中，单片机的引脚BUZZER输出高电平的时候，三极管导通后，蜂鸣器由此可获得+5V电压从而发出蜂鸣;当输出低电平时，三极管截止了，蜂鸣器接收到停止响音的信号而停止发声。报警电路如图2所示。

2.4 显示模块的介绍

一般在单片机中显示模块的选择有三种：VFD，荧光显示器;LED，发光二极管;LCD，液晶显示器。本文不需要复杂的显示信息，因此选择了LCD显示模块，它的功耗极微，重量轻，体型薄，工作电压很低，很适合用在电池供电的携带式电子设备中。缺点是它的可视度角小，对温度变化偏敏感，温度过高又或者过低，显示器的对比度会降低。

LCD引脚主要分为两种：一种是14个引脚，另一种是16个引脚，有两个单独的引脚是接电源线的VCC和地线的GND。本文设计的显示模块的示意图如图3所示：

2.5 外部时钟源模块设计

时钟是一种脉冲信号，它具有的特征是连续的。其作用是可以给芯片一个连续的脉冲信号使芯片完成相关的任务。这次设计以外部时钟源模块为主。单片机与外部晶振配合来实现电路的振荡，这样可以为单片机提供一个时钟进行运行，在执行每一条指令的时候，CPU要发出一系列的控制信号，假如运行时钟为0 的话，单片机便不会工作，当超出超声波的工作频率范围时，同样也会使超声波不工作。外部时钟源模块如图4所示。

2.6 单片机控制模块设计（PIC16F877）

PIC16F877是属于Pic-micro中的单片微型机，具有程序内存功能的，可以重复烧写程序，能让用户查看单片机缓存器的内容、暂时停止微处理器的运行等。可以让使用者用最快的速度进行程序的编写除错和开发[2]。

PIC16F877共有40跟管脚，每个管脚都有它的功能，比如接正负电源、接地、有些管脚有三种以上的功能，单片机的管脚图如图5所示。

PIC16F877单片机通过PB1的引脚来发射出超声波，反射回来的信号传送给PB2。警报电路由RD2、RD3引脚来控制，LCD电路由RD4-RD7及RC4和RC5引脚控制。

2.7 电源模块的设计

因为电源为电子系统和电子设备提供源动力，如果电源模块出现问题，便会在一定程度上使得电子设备无法正常工作，电源部分的性能的好坏会影响设备的工作质量[3]。因此本设计采用7085芯片[4]，可以达到降压和稳压的好处，模块设计上使用线性稳压电路，用三个端口集成稳压器以方便使用。

2.8 复位模块电路设计

对单片机的初始化操作就是为了能达到复位的功能，只需要给复位引脚MCLR加上一个大于24个时钟振荡周期的高电平就可以使它复位。除能让系统正常的初始化外，当程序操作上和程序运行上出错时，会使系统处在封锁的状态，就需要使用复位键让MCLR引脚为高电平的时候来使单片机重启。本设计的复位电路采用外部复位电路，复位电路通过按键复位来完成的。以下是复位电路图（图6）。

2.9 按键功能模块的设计

当按键发出的信号过RA0引脚传送到单片机。S2按键可以进到LCD的菜单界面，S3按键是用来增加测量距离的，S4按键是用来减少测量距离，S5按键是用于确认所设定的量测距离的，S6按键是用来返回主界面的。通过这几个按键来确定量测距离的，可以在一定范围值内设定量测的距离，可根据实际的情况更改距离。

3 系统软件的设计

这次设计先对各个模块进行设计、分析和程序的编写，程序部分主要分为两个部分：中断程序、主程序。主程序最重要的功能是把单片机初始化、超声波信号的发送以及接收，算出汽车与障碍物的距离、红外感应人与动物让LED灯闪烁、LCD显示与障碍物的距离、蜂鸣器報警等[5]。

整个系统的设计核心是对距离的测量，以及对看不到区域的红外感应，然后通过单片机来处理测量的数据，可以较为精准的测出数据。在进行超声波测距时，本质上的测距就是记录下超声波发射信号处到障碍物反射回来接收到信号二者之间的时间差，然后计算出两者的距离。在接收器上一般能收到两种信号，第一种是发射波的余波信号，第二种是反射回的信号。余波信号对于整个测量的准确性有一定的干扰，当发射器把信号发射出时，接收器立刻就能接收到超声波的信号，因此应该避开收到余波的信号，这个就是利用超声波测距会有盲区的最主要原因。不过可以通过红外感应系统来解决，假如有比较小的生物在车后方而且超声波并没有检测到那么红外感应该能检测到并使LED灯闪烁，红外检测也是存在一定条件的，如必须有温度上的变化，如果没有温度上的变化也就是有站立不动的生物也是很难监测到的，因此也存在一些弊端。

超声波在接收电路接收到反射来的信号时，便向单片机传递信号，单片机利用外部中断系统记录下反射信号的到达时间，中断发生后会停止计时，可以读取LCD上的数据。本设计的创新点在红外监测，及掉电记忆功能。

4 结束语

本次的设计在实际应用中倒车雷达设计已有一定的成熟的技术，而此次的设计是在此基础上做部分的改善，在硬件上增加红外检测模块，对超声波的盲区能有一定的监测作用。在软件上，编写具有掉电记忆功能的程序，即在使用中有异常发生而致使系统掉电，能自动调用此程序，对初始设置的数据有记忆功能，而不用重新设置。通过按键对安全距离的设定，将超声波的探头对着墙，LCD显示屏会显示与墙壁的距离，LED灯亮起，而且会有蜂鸣声。把探头转向没有障碍物的地方则不会有任何警示（最远可设置两米）。

参考文献：

[1]谷树忠，刘文洲，姜航.Altai Designer教程——原理图、PCB设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2011：4-9.

[2]谢宜仁.单片机实用技术问答[M].北京：人民邮电出版社，2003：31-39.

[3]曹巧媛.单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[4]李刚民，陈忠平，等.单片机原理及实用技术[M].北京：高等教育出版社，2005：125-129.

[5]王粉花.基于AT89C2051单片机的客车倒车监视系统[J].北京科技大学计算机技术和发展报，2006（9）：158-160.