智能车距离控制系统设计

图 3 步进电机控制图
2． 4 GPS 定位系统 GPS 优点很多，如全天候、全球覆盖、三维定速定
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□科研设计成果□
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时高精度、快速省时高效率、应用广泛多功能等，这使 得 GPS 应用相当广泛［6］。本文的 GPS 模块选了 EB － 3531，GPS 装置接收多颗卫星的定位信息，进行处 理后按一定的格式输出串行数据，8250 实现串并转 换，通过总线与单片机通信，最后通过 8255 驱动 LCD 液晶显示时间、经度、纬度、高度。
图 4 智能车距离控制系统程序流程图 22 EIC Vol． 18 2011 No． 5
并通过 8255 扩展 I / O 口电路驱动 LCD 液晶显示器， 显示出车辆的当前位置、时间、海拔高度信息，这是实 时监测车子状态的一种关键指标。本系统还特别安 装了人体红外传感器，它可判断车子前方是否有人， 然后通过单片机驱动语音装置，使车子进行紧急语音 提醒。智 能 车 距 离 控 制 系 统 总 体 设 计 框 图 如 图 1 所示。
文献标志码： A
Design of intelligent vehicle distance control system
QIN Lian-sheng，CAO Shi-yong，Li Ming-hai2 ，WANG Yu-bo
（ 1． School of Electrical Engineering and Information，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China； 2． Zhanjiang Branch Company of China National Offshore Oil Corporation，Zhanjiang 524057，China ） ）
超声波发射子程序的作用是通过 P1． 2 口在定时 器的设定时刻取反交替产生的高低电平输出方波脉 冲。为避免从发射头发出的超声波直接被接收头作 为回波接收，在调用定时器中 断 子 程 序 后 设 置 0. 2 ms 的延时，主程序检测到回波接收成功后将计数器 T0 中的值 T0 按公式计算即可得测量距离。将所得 的距离值与设定值进行比较，控制步进电机的运动， 控制距离值。然后将所得数值通过 P0 口直接传入液 晶显示。显示程序将接收到的时间、经纬度、海拔信息 通过 8255 传入液晶显示。中断子程序流图如图 5 所示。
液晶屏分四行显示： 第一行时间： TIME： 年月日 时分秒 第二行经度： LONG： + 经度值 + E / W 第三行纬度： LAT： + 纬度值 + N / S 第四行高度： HIGH： 高度值 + 高度单位 M + 定 位有效 A： 0 /1（ 1 时有效） 2． 5 报警系统 为了使系统更完美，本文还添加了报警系统。人 的安全是第一重要的，在车子行驶的过程中，如果车 子前方有人，报警系统就会发出警报的话，那将减少 很多交通事故。由此，本系统设计了人体红外报警系 统部分。人体红外传感器用于检测人体发出的特定 波长的红外线，进行非接触式距离较远的检测［7］，当 系统检测出车子周围有人体发出的特定波长的红外 线后，然后使单片机产生中断，最后驱动语音芯片执 行语音报警提示。另外当车子与障碍物的距离超过 限制时，会产生中断，驱动蜂鸣器发出报警。
□科研设计成果□ doi： 10． 3969 / j． issn． 1671-1041． 2011． 05． 007
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智能车距离控制系统设计
秦连升1 ，曹诗咏1 ，李明海2 ，王玉博1
（ 1． 西南石油大学电气信息学院，成都，610500； 2． 中海油湛江分公司，湛江，524057）
摘要： 本文设计了一种智能车的距离控制系统，采用 GPS 定位，超声波测距，步 AT89S52 单片机、GPS 定位装置、步进电机、8255 扩展 I / O 口电路、LCD 液晶显示、语音装置、超声波传感
器和人体红外传感器组成。系统可实现位置显示、距离测量及控制，以及紧急语音报警等功能。
关键词： 单片机； GPS 定位； 超声测距； 距离控制
中图分类号： TP212． 9
0 引言
随着汽车工业的发展，智能型小车也逐渐受到人 们的关注，自 动 驾 驶 则 是 人 们 对 小 车 技 术 的 急 切 要 求［1］。所以，如何实现一种在行车过程中，能够使小 车达到智能距离控制的目的，则是自动驾驶的一项关 键技术。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介 质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测 量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实 现［2］。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简 单、易于做到实时控制，而且硬件容易实现，因此在自 动驾驶技术的研制上也得到了广泛的应用。
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图 1 智能车距离控制系统总体设计框图
2 硬件电路设计
智能车距离控制系统主要由五部分单元电路组 成，分别是： AT89S52 单片机最小系统，超声波测距系 统，步进电机控制系统，GPS 定位系统，报警系统。下 面将一一介绍各部分电路。
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图 2 超声波发射接收电路
2． 3 步进电机控制系统 步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉
冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机 就转动一 个 角 度，因 此 非 常 适 合 于 单 片 机 控 制［5］。 通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可 以控制电机的转动，从而实现数字—角度的转换。转 动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与 脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。 单片机将超声波的测量值与实际要控制的距离值进 行比较，然后驱动步进电机正反转控制，达到距离控 制的目的。图 3 显示了步进电机的控制电路。由单 片机 P1． 1、P1． 2、P1． 3、P1． 4 发出的控制信号经光电 隔离后分别向驱动芯片 L298N 的 IN1、IN2、IN3、IN4 端口，经过 L298N 的整流放大，将单片机发送来的弱 电信号转化为步进电动机正常运行所需的一定幅值 的脉冲信号，再由其输出口 OUT1 － OUT4 输出到步 进电动机，而 OUT1 － OUT4 分别接步进电动机的 A、 B、/ A、/ B，从而驱动步进电动机运行。
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□科研设计成果□
2． 1 AT89S52 单片机最小系统 主控制器主要由单片机 AT89S52、振荡器和复
位电路 3 部分组成，它是单片机工作的必要组成部 分 ，又 称 为 单 片 机 最 小 系 统 。 它 是 整 个 测 距 系 统 的 控 制 中 枢 ，也 是 整 个 系 统 的 核 心 部 分 。 在 测 距 系 统 中发挥重要的作用： 控制超声波的发射； 处理超声 波接收电路信号； 时间转化成距离的数据处理； 步 进电机的 控 制； GPS 信 息 的 处 理； 发 送 位 置 信 息 到 LCD 去显示 等。AT89C52 单 片 机，是 一 种 低 功 耗、 高性能的含有 8k 字节快闪可编程 / 擦除只读存储 器的单片 机，计 数 精 度 达 μs，8 位 数 据 总 线［3］。有 一 个 可 编 程 全 双 工 串 行 通 信 接 口 ，能 同 时 进 行 串 行 发送和接收。 2． 2 超声波测距系统
Abstract： This paper designs an intelligent vehicle distance control system． In order to achieve the purpose of distance control，we use GPS positioning，ultrasonic ranging，and stepper motor controlling car distance． This system is mainly composed of the AT89S52 microcontroller circuit，the GPS positioning device，the stepper motor，the 8255 expansion I / O port circuit，the LCD liquid crystal display，the voice devices，the ultrasonic sensors and the infrared body sensors． The system can achieve the position display，the distance measurement and control，and the emergency voice alarm and other functions． Key words： microcontroller； GPS positioning； ultrasonic ranging； distance control
1 总体设计方案
本系统主要 由 超 声 波 测 距、步 进 电 机 控 制、LED 显示 以 及 报 警 电 路 组 成。系 统 的 控 制 核 心 是 由 AT89S52 单片机实现的。单片机输出脉冲驱动超声 波发送器发送超声波、接受超声波，通过计算求出被 测距离，通过单片机驱动 LED 数字显示。然后调整 步进电机的旋转步数，控制车子与障碍物保持一定的 安全距离。 当 距 离 超 过 限 制 时，驱 动 蜂 鸣 器 发 出 报 警。GPS 定位装置能够帮助用户准确定位当前位置，
单片机 AT89S52 控制振荡源发出 40kHz 的脉冲 信号，由于单片机端口产生的方波信号太弱了，需放 大该信号。放大后的脉冲信号驱动超声波发送器，发 出超声波。单片机在发送第一个超声波脉冲的同时 启动定时器 T0 计时，工作在方式 1。当超声波遇到 障碍物后产生回波，该回波被超声波接收器接收。超 声波接收电路通过超声波传感器接收回波信号并将 其滤波放大，之后将放大的信号整形为数字信号，作 为中断信号送 STC89C52RC 外中断器，使其产生中 断，关闭定时器，停止计时。这样可以得到从发射超 声波到接收到超声波的时间 T。然后利用公式 S = CT /2 求出被测距离，还要通过程序进行距离值的修 正，然后将距离数值送 LCD 显示。超声波发射接收 电路，如图 2 所示。