基于STC89C52单片机的客车安全系统设计与实现
统计表明,在关于客车的交通事故中,超速和超载是事故发生的主要原因。本设计针对如何预防因超速而产生的车辆撞击和防超载的发生进行了一次探索。当乘客全部上车后,车门关闭,智能车通过称重传感器进行称重,并将重量显示在液晶屏上,若重量超过额定数值,蜂鸣器报警、小车无法开动,以实现防超载的功能。小车开动后,超声波模块开始测距,当小车与前方障碍物的距离低于规定距离30cm时,电机减速;当距离减小到安全距离以内15cm时,小车停驶,直到前方车辆远离小车才继续行驶,起到了防撞的作用。本设计具有成本低、操作简便、体积小等特点。
电机调速原理
电机转速的快慢与输入电压的大小和通断有关,因此脉冲宽度调制便成为了调节小车行驶速度的最佳方案。脉冲宽度调制,就是按照一定的频率接通和断开电源,并根据不同的情况来改变通断电源的时间。而电机转速快慢是通过改变电机上的平均电压实现的,平均电压值可通过电压的占空比来改变。当电源接通时,电机运转;断开时,电机停止;通电时间越长,电机转速越快。
设计采用超声波往返时间检测法,其原理为:在传播介质为气体的条件下,从超声波发射器发出的超声波经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间,往返时间与气体介质中的声速相乘则是声波传输距离,而所测距离是声波传输距离的1/2,
超声波选用频率为40kHz的矩形脉冲波,因这一频率的声波在空气中的传播效率最佳。HC-SR04是收发一体式超声波传感器,可提供0~200cm的非接触式距离遥测功能,其中心频率为40.0±1.0kHz。单片机IO口发送一个超过10mV的高电平信号,模块则会发送8个连续的40kHz脉冲波,接收端开始检测有无返回信号,同时单片机的定时器T1开始计时。当有信号返回时,单片机外中断INT0被触发进入公式计算程序,最终得出结果。
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位双通道模数转换器芯片,具有体积小、操作简便、抗干扰性强的特点。其含有A、B双通道供使用者选择,通道内部与其低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64,通道B增益为32。HX711与51单片机的接口与编程简单,只需对串口通讯PD_SCK和DOUT进行编程。
PD_SCK应输入25~27个不等的时钟脉冲,根据脉冲数的不同选择不同的通道和增益,本系统软件选择A通道128倍增益对数据进行转换。
电阻应变式称重传感器的工作原理是将其内部应变片两端的电压变化与物体的重量建立线性关系。应变片粘贴在力敏型弹性元件上,当弹性元件受力时,应变片产生相应的形变,应变片自身的电阻也发生变化,由此将机械信号转换为电信号,而由于受力引起的应变片电阻的变化与电路的电压变化成正比,只需测出输出电压的数值,再经过公式换算即可得到所测量物体的重量。
L298N是双H桥直流电机驱动芯片,其可通过单片机的IO口直接提供信号,且输入输出的电压范围大,支持5~35V的直流电压输入,能经IN1、IN2、IN3、IN4和ENA、ENB输出3~15V的电压,保证了直流电机的稳定运转。在控制方面,单片机IO口对INX输入不同的高低电平可实现电机的正反转和停止的功能,IO口输入电平与电机运行状态如表1所示;利用单片机IO口产生的不同占空比PWM信号输入ENA、ENB两个端口则可实现电机加速、减速的功能。