基于红外测距传感器的倒车雷达系统设计

作者：罗宁 李柏年 杨昊 等

来源：《价值工程》2013年第20期

        摘要： 本文介绍了一种基于红外测距传感器的倒车雷达系统。采用STC12C5A60S2单片机控制，涉及传感器、液晶显示、Zigbee无线通信等多个方面的知识。阐述了倒车雷达系统的结构组成、硬件电路以及软件设计，并在电压值和距离的处理部分采用非线性修正，提高了倒车雷达系统的精度。实验表明，该系统工作稳定，测量精确，成本低，使用简单，可广泛用于汽车防撞系统。

        Abstract： A reversing radar system was established based on infrared distance sensor in this paper. The whole system is controlled by a single chip microcomputer STC12C5A60S2， related to sensor， LCD display， Zigbee wireless communications， and other aspects of the purple peak. Detailed description on structure composition of the system and design of hardware circuit and software are presented. The no-linear revision is used to the processing section of the voltage and the distance which improves the precision of the system. Experimental results shows that the system work stable， measuring accuracy， low cost， simple to use， can be widely used in automotive anti-collision system.

        关键词： 红外测距；无线通信；非线性修正；STC12C5A60S2

        Key words： infrared distance；wireless communications；no-linear revision；STC12C5A60S2

        中图分类号：TN959.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）20-0244-02

        0 引言

        随着汽车产业的迅猛发展，交通事故此起彼伏，其中很大一部分是由于倒车雷达问题所带来的。本文设计的基于红外测距传感器的倒车雷达系统，能够精确的测量倒车过程中车尾与障碍物之间的距离，并通过Zigbee传输至驾驶室，使用液晶显示出此距离，提醒驾驶员准确安全倒车。

        1 系统硬件设计

        1.1 系统整体框图 本系统硬件设计以稳定、可靠、低成本为前提。选用红外测距传感器，输出0.5-3V模拟信号。核心控制器选用STC单片机STC12C5A60S2，此款单片机内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（转换速率达25万次/秒）。内部集成的8路高速A/D转换对于红外测距传感器返回的模拟信号直接进行模数转换，无需外接A/D转换芯片，减少了外围硬件，使A/D转换更加精确稳定。系统的整体框图如图1所示。

        1.2 红外测距传感器 测距传感器有很多种，超声波测距用途很广泛，但是红外线因具有比超声波传播速度更快、传播方向更好、发射功率可控性更强等突出优点，因此本系统采用夏普2Y0A21红外测距传感器。此款传感器采用三角法（如图2所示）测距，模拟输出噪声小，更新频率达到25HZ，平均功耗小于40mA，测量范围为10-80CM，测量精度和采集的AD位数以及转换计算公式有关，10位AD一般可以达到0.1CM，输出模拟电压与测量距离成反比的非线性关系（如图3所示）。

        1.3 电源模块 为了系统工作稳定可靠，采用两片LM2940稳压芯片输出两路5V直流电压，分别为LCD显示器和控制器供电。电源部分的原理图如图4所示。

        两路电源输出分配为：U1输出的VCC_5V给单片机和红外测距传感器供电，U2输出的VCC_5V给LCD128供电，这样各模块就不会有供电不足的问题。

        1.4 ZIGBEE无线通信 无线部分采用顺舟科技的SZ05系列Zigbee模块，此模块具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网结构。

        本系统采用Zigbee无线通信，目的在于方便的组成分布式测控系统，利用上位机来储存和处理所测数据，以便随后进行数据分析。

        2 系统软件设计

        本系统软件部分主要分为两部分：程序流程图、红外测距传感器输出的模拟电压和距离的非线性修正。

        2.1 程序流程图 由于此系统需要lcd128来显示所测当前电压和当前距离，在程序中利用定时器来实现A/D转换和lcd刷新的切换。程序的流程图如图5所示。

        2.2 电压值和距离的非线性修正 红外测距传感器输出的模拟电压值和距离成反比非线性关系，图6所示为本文所用到的红外测距传感器实际的电压值和距离关系图：纵轴为电压，单位为V；横轴为距离，（1，12）表示距离为（5，60）CM。

        由于模拟电压值和距离成非线性，本文在进行修正的时候，将5-60cm分成四段，（5，11）、（11，15）、（15，25）、（25，60）。每个区间都近似成一次函数，求出每个区间的一次函数表达式。每次将A/D转换回来的值进行区间划分，在每个区间应用相应的一次函数进行计算，根据电压求出距离。

        3 结论

        该系统设计合理，有稳定可靠的硬件平台，软件设计采用模块化设计思想，提高了系统的可靠性。通过对模拟电压值和距离关系曲线图的非线性修正，使得测量更加逼近实际量。对于汽车防撞系统，本文设计的红外测距系统有很好的应用空间。

        参考文献：

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