超声波小车自动测距变速系统

2014-09-19赵欣哲杨培培刘文凯

大学物理实验 2014年4期

赵欣哲，杨培培，刘文凯

(中国石油大学(华东)，山东黄岛 266580)

当今社会，随着汽车的逐步增多，交通拥堵现象已成为现在公路上的常见问题。对于长时间的堵车问题，司机不得不重复启动刹车的过程，以保证车的不断前行并且和前方车辆保持安全距离。但这一过程由人为控制不仅会浪费燃油，造成污染，而且长时间的堵车会浪费司机很多的时间。本设计——超声波自动测距变速系统则可以解决这一问题。本设计可以让方向盘脱离双手，在堵车过程中司机可以打开此系统实现车辆自动控制前进，并与前方车辆保持安全距离，当超出安全距离后自动报警，此时司机便可以转为手动模式继续驾驶。因此，本设计与实际相结合，现实意义很强［1-2］。

1 各模块功能及特点

1.1 设计原理

本设计通过超声波不断测量与前方车辆的距离，由单片机计算速度，利用L298N驱动系统和PWM技术实现车子随之变速，这样就可以很好的解决堵车时车辆缓缓前进的问题。由单片机的控制可以精确的计算车前进的速度以节约燃料，减少污染浪费。

US-100超声波测距模块可实现2 cm～4.5 m的非接触测距功能，拥有2.4～5.5 V的宽电压输入范围，在选择好模式下，模块将距离值转化为340 m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值=(高电平时间*340 m/s)/2。

图1 VS-100超声波测距模块图示

1.2 各模块功能特点

1.2.1 动态测距模块(US-100超声波测距模块)

超声波测量法:超声波测距指向性强，能量消耗缓慢，且实用性强，易于做到实时控制。

本次使用的US-100超声波测距模块静态功耗低于2 mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。

1.2.2 小车驱动模块(L298N驱动模块)

采用ST公司原装全新的L298N芯片，电路稳定工作，可以直接驱动两路3～16 V直流电机，并提供了5 V输出接口(输入最低只要6 V)，可以给5 V单片机电路系统供电(低纹波系数)，支持3.3 V CUARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向，也可以控制2相步进电机，5线4相步进电机。

L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，其输出电流为2 A，最大电流为4 A，最高工作电压为50 V，用于驱动感性负载，其输入端可以与单片机直接相连，从而方便地受单片机控制。驱动直流电机时只需改变输入端的逻辑电平即可实现点击的止转、正转和反转。

图2 L298N驱动模块

1.2.3 核心控制器STC12C5A60S2单片机

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟、机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合。

为了提高系统稳定性和满足系统的功能实现，采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器，设计超声波小车自动测距变速系统。