一種客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車(chē)電子領(lǐng)域，具體涉及一種可以防撞防超載的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口流動(dòng)的頻繁，客車(chē)作為一種常用的公共交通運(yùn)輸工具越來(lái)越多，介受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，客運(yùn)市場(chǎng)普遍存在超員、超速、駕駛等問(wèn)題，由此造成的重大交通事故逐年增力口，統(tǒng)計(jì)表明，在關(guān)于客車(chē)的交通事故中，超速和超載是事故發(fā)生的主要原因。目前對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題的監(jiān)控主要是交通監(jiān)管部分通過(guò)人員檢查，不僅耗費(fèi)人力物力，自動(dòng)化程序不高，且存在做到大范圍實(shí)施

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供具有防超載和防撞功能的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)。
[0004]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，包括單片機(jī)以及分別與單片機(jī)相連的稱(chēng)重模塊、超聲波測(cè)距模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和液晶顯示屏；所述單片機(jī)根據(jù)超聲波測(cè)距模塊輸入的距離信息產(chǎn)生不同的脈寬調(diào)制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。
[0006]所述單片機(jī)為STC89C52 ;具有操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大、加密性強(qiáng)，同時(shí)還具有超強(qiáng)抗干擾性能，工作溫度范圍大，且支持在線(xiàn)系統(tǒng)編程(ISP)。
[0007]所述稱(chēng)重模塊為相連的電阻應(yīng)變式傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器為HX711，這是一款專(zhuān)為高精度稱(chēng)重傳感器而設(shè)計(jì)的24位雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片，具有體積小、操作簡(jiǎn)便、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。其含有A、B雙通道供使用者選擇，通道內(nèi)部與其低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，通道B增益為32.HX711與51單片機(jī)的接口與編程簡(jiǎn)單，只需對(duì)串口通訊PD_SCK和DOUT進(jìn)行編程。PD_SCK應(yīng)輸入25?27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖，根據(jù)脈沖數(shù)的不同選擇不同的通道和增益，本系統(tǒng)選擇A通道128倍增益對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的工作原理是將其內(nèi)部應(yīng)變片兩端的電壓變化與物體的重量建立線(xiàn)性關(guān)系。應(yīng)變片粘貼在力敏型彈性元件上，當(dāng)彈性元件受力時(shí)，應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的形變，應(yīng)變片自身的電阻也發(fā)生變化，由此將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而由于受力引起的應(yīng)變片電阻的變化與電路的電壓變化成正比，只需測(cè)出輸出電壓的數(shù)值，再經(jīng)過(guò)公式換算即可得到所測(cè)量物體的重量。
[0008]所述超聲波測(cè)距模塊為HC-SR04 ;超聲波選用頻率為40kHz的矩形脈沖波，因這一頻率的聲波在空氣中的傳播效率最佳。HC-SR04是收發(fā)一體式超聲波傳感器，可提供O?200cm的非接觸式距離遙測(cè)功能，其中心頻率為40.0±1.0kHz.單片機(jī)1 口發(fā)送一個(gè)超過(guò)1mV的高電平信號(hào)，模塊則會(huì)發(fā)送8個(gè)連續(xù)的40kHz脈沖波，接收端開(kāi)始檢測(cè)有無(wú)返回信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)的定時(shí)器Tl開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)有信號(hào)返回時(shí)，單片機(jī)外中斷INTO被觸發(fā)進(jìn)入公式計(jì)算程序，最終得出結(jié)果。
[0009]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為L(zhǎng)298N ；L298N是雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其可通過(guò)單片機(jī)的1 口直接提供信號(hào)，且輸入輸出的電壓范圍大，支持5?35V的直流電壓輸入，能經(jīng)INl、IN2、IN3、IN4和ENA、ENB輸出3?15V的電壓，保證了直流電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在控制方面，單片機(jī)1 口對(duì)INX輸入不同的高低電平可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止的功能，利用單片機(jī)1口產(chǎn)生的不同占空比PWM信號(hào)輸入ENA、ENB兩個(gè)端口則可實(shí)現(xiàn)電機(jī)加速、減速的功能。
[0010]所述電源模塊為L(zhǎng)M7805 ;通過(guò)L298N電機(jī)與PffM信號(hào)的輸入端口給電機(jī)提供穩(wěn)定的6V電壓，但系統(tǒng)的大部分芯片均工作在5V電壓下，因此需要電源模塊為系統(tǒng)提供5V電壓。
[0011]電機(jī)調(diào)速原理電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢與輸入電壓的大小和通斷有關(guān)，因此脈沖寬度調(diào)制(PffM)便成為了調(diào)節(jié)客車(chē)行駛速度的最佳方案。脈沖寬度調(diào)制，就是按照一定的頻率接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)不同的情況來(lái)改變通斷電源的時(shí)間。而電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢是通過(guò)改變電機(jī)上的平均電壓實(shí)現(xiàn)的，平均電壓值可通過(guò)電壓的占空比來(lái)改變。當(dāng)電源接通時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)停止；通電時(shí)間越長(zhǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。所以,根據(jù)PWM原理對(duì)電機(jī)按頻率進(jìn)行通電和斷電，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的精確控制。電機(jī)在接通+6V電壓下能以最快速度運(yùn)轉(zhuǎn)，假設(shè)在電機(jī)持續(xù)接通電源，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能達(dá)到最大，設(shè)電機(jī)兩端電壓為Umax，而當(dāng)電源按頻率通斷時(shí)，占空比T = Tw/TsX100 ；Ts為脈沖周期，Tw為脈沖寬度。
[0012]平均電壓為Uav = UmaxXP (I)
[0013]故平均速度為V = kUav (2)其中，k為系數(shù)。
[0014]在T不變的情況下，改變接通電源的時(shí)間t就可改變平均速度。在本設(shè)計(jì)中，將占空比與電壓看成是近似的線(xiàn)性關(guān)系。
[0015]經(jīng)測(cè)試和計(jì)算，平均速度和平均電壓的關(guān)系式為V = 2.78Uav (3)。
[0016]有益效果:本發(fā)明的提供的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是將稱(chēng)重和測(cè)距功能相結(jié)合，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)完成了驅(qū)動(dòng)控制并通過(guò)稱(chēng)重模塊準(zhǔn)確稱(chēng)出載重的總重量。同時(shí)利用通過(guò)超聲波模塊測(cè)量客車(chē)與前方障礙物的距離，并使用液晶屏顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量結(jié)果。從運(yùn)行情況上看，本設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)的原理框圖。
[0018]圖2是電源模塊的原理圖。
[0019]圖3是客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0021]如圖1所示的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，包括電阻應(yīng)變式傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、超聲波測(cè)距模塊、電源模塊、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示屏；電阻應(yīng)變式傳感器經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連；超聲波測(cè)距模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示屏分別與單片機(jī)相連。單片機(jī)采用STC89C52，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用HX711，超聲波測(cè)距模塊采用HC-SR04，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N ;電源模塊采用LM7805。
[0022]電源模塊如圖2所示，采用7.4V鋰電池供電，其能將7.4V轉(zhuǎn)換為5V電壓。如圖3所示，為提高輸出電壓的穩(wěn)定性，將穩(wěn)壓二極管VD2串接在LM7805的2腳與地之間，VDl作為輸出保護(hù)二極管，當(dāng)輸出電壓低于VD2的穩(wěn)壓值時(shí),VDl導(dǎo)通,并將輸出電流旁路，以確保LM7805的輸出端不受損壞。
[0023]如圖3所示的系統(tǒng)流程圖，首先，初始化定時(shí)器TO和Tl的工作方式分別賦初值，TO的初值設(shè)為lmV，Tl的初值設(shè)為O ;然后進(jìn)行稱(chēng)重程序并判斷是否超重，如果超重，即鎖定電機(jī)，反之進(jìn)行電機(jī)復(fù)位進(jìn)行測(cè)距程序；當(dāng)測(cè)距所得結(jié)果是二級(jí)預(yù)警，電機(jī)慢轉(zhuǎn)，反之繼續(xù)進(jìn)行測(cè)距；電機(jī)慢轉(zhuǎn)過(guò)程中繼續(xù)測(cè)距程序，當(dāng)測(cè)距程序結(jié)果是一級(jí)預(yù)警時(shí)，電機(jī)停止，反之電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0024]系統(tǒng)主程序分為三部分:驅(qū)動(dòng)程序、稱(chēng)重程序和測(cè)距程序。
[0025]驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生PffM信號(hào)以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)給定時(shí)器TO設(shè)定初值和計(jì)數(shù)器最大值100來(lái)確定PffM信號(hào)的周期。定時(shí)器TO每產(chǎn)生I次中斷計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值小于給定數(shù)值時(shí)輸出高電平，反之則輸出低電平。驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生PWM信號(hào)以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)給定時(shí)器TO設(shè)定初值和計(jì)數(shù)器最大值100來(lái)確定PffM信號(hào)的周期。定時(shí)器TO每產(chǎn)生I次中斷計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值小于給定數(shù)值時(shí)輸出高電平，反之則輸出低電平。
[0026]稱(chēng)重程序根據(jù)HX711自身芯片的特點(diǎn)對(duì)DOUT和PD_SCK兩管腳進(jìn)行編程，先給PD_SCK串口 25個(gè)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)?shù)?5個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿到來(lái)時(shí)，由DOUT向單片機(jī)1 口按位寫(xiě)入數(shù)據(jù)，第25個(gè)脈沖寫(xiě)入已讀出數(shù)據(jù)的最高位(MSB)。單片機(jī)將數(shù)據(jù)由高位到低位讀入后，再經(jīng)公式轉(zhuǎn)換得出重量。
[0027]測(cè)距程序用定時(shí)器Tl計(jì)算超聲波來(lái)回的時(shí)間，當(dāng)接收端收到反射回的40kHz脈沖波時(shí)，觸發(fā)INTO外中斷，同時(shí)Tl停止計(jì)時(shí)，THl和TLl中的數(shù)據(jù)便是測(cè)得的時(shí)間。另外，當(dāng)定時(shí)器Tl溢出時(shí)觸發(fā)定時(shí)器中斷，將定時(shí)器清零以防止超聲波進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)時(shí)造成的結(jié)果錯(cuò)誤。稱(chēng)重程序和測(cè)距程序處于兩個(gè)獨(dú)立的死循環(huán)之中，當(dāng)按鍵按下時(shí)，完成兩功能的轉(zhuǎn)換。
[0028]本設(shè)計(jì)針對(duì)如何預(yù)防因超速而產(chǎn)生的車(chē)輛撞擊和防超載的發(fā)生進(jìn)行了一次探索。當(dāng)乘客全部上車(chē)后，車(chē)門(mén)關(guān)閉，通過(guò)電阻應(yīng)變式傳感器進(jìn)行稱(chēng)重，并將重量顯示在液晶顯示屏上，若重量超過(guò)額定數(shù)值，蜂鳴器報(bào)警、鎖定電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)防超載的功能。開(kāi)動(dòng)后，超聲波測(cè)距模塊開(kāi)始測(cè)距，當(dāng)所測(cè)距離低于規(guī)定距離50m時(shí)，啟動(dòng)二級(jí)預(yù)警，電機(jī)慢轉(zhuǎn)；當(dāng)距離減小到30m以?xún)?nèi)時(shí)，啟動(dòng)一級(jí)預(yù)警，電機(jī)停止，直到與前方車(chē)輛遠(yuǎn)離恢復(fù)安全距離才繼續(xù)行駛，起到了防撞的作用。本設(shè)計(jì)具有成本低、操作簡(jiǎn)便、體積小等特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)以及分別與單片機(jī)相連的稱(chēng)重模塊、超聲波測(cè)距模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示屏和電源模塊；所述單片機(jī)根據(jù)超聲波測(cè)距模塊輸入的距離信息產(chǎn)生不同的脈寬調(diào)制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)為STC89C52。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述稱(chēng)重模塊為相連的電阻應(yīng)變式傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波測(cè)距模塊為HC.SR04。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為L(zhǎng)298N。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊為L(zhǎng)M7805。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，包括單片機(jī)以及分別與單片機(jī)相連的稱(chēng)重模塊、超聲波測(cè)距模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示屏和電源模塊；所述單片機(jī)根據(jù)超聲波測(cè)距模塊輸入的距離信息產(chǎn)生不同的脈寬調(diào)制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明提供的客車(chē)安全預(yù)警系統(tǒng)，將稱(chēng)重和測(cè)距功能相結(jié)合，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)完成了驅(qū)動(dòng)控制，稱(chēng)重模塊準(zhǔn)確稱(chēng)出載重的總重量，超聲波模塊測(cè)量客車(chē)與前方障礙物的距離，并使用液晶屏顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量結(jié)果；本設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高。
【IPC分類(lèi)】G01G3/14, G08G1/16, G01G19/12, G01S15/08, G01S15/93
【公開(kāi)號(hào)】CN105280020
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410275681
【發(fā)明人】陳佳康
【申請(qǐng)人】陳佳康
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月19日