摘要 为添加客车的安全性，提出了一种依据STC89C52单片机一起具有防超载和防撞功用的客车安全体系。经过研讨超声波测距原理和脉冲宽度调制原理，并对车身分量和障碍物的间隔进行实时监测以完结其功用。对该体系的安全功用和丈量精度进行了测验，成果标明，体系到达了规划要求。
核算标明，在关于客车的交通事端中，超速和超载是事端产生的主要原因。本规划针对怎么防备因超速而产生的车辆碰击和防超载的产生进行了一次探究。当乘客悉数上车后，车门封闭，智能车经过称重传感器进行称重，并将分量显现在液晶屏上，若分量超越额外数值，蜂鸣器报警、小车无法开动，以完结防超载的功用。小车开动后，超声波模块开端测距，当小车与前方障碍物的间隔低于规则间隔30 cm时，电机减速;当间隔减小到安全间隔以内15 cm时，小车停驶，直到前方车辆远离小车才继续行进，起到了防撞的效果。本规划具有成本低、操作简洁、体积小等特色。
1 整体规划计划和作业原理
1.1 整体规划计划
体系组成框图如图1所示，智能车以STC89C52作为主控芯片，运用电阻应变式传感器进行称重，并将收集到的数据经过模数转化后发送至单片机一起将成果显现在液晶屏上。文中运用HC-SR04模块完结超声波的收发，并将测得的数据传输给单片机，依据小车与障碍物的间隔远近，产生不同的脉冲宽度调制信号以到达实时调理电机转速的意图，一起由1602液晶显现间隔。
1.2 电机调速原理
电机转速的快慢与输入电压的巨细和通断有关，因而脉冲宽度调制(PWM)便成为了调理小车行进速度的最佳计划。脉冲宽度调制，就是依照必定的频率接通和断开电源，并依据不同的状况来改动通断电源的时刻。而电机转速快慢是经过改动电机上的均匀电压完结的，均匀电压值可经过电压的占空比来改动。如图2所示，当电源接通时，电机作业;断开时，电机中止;通电时刻越长，电机转速越快。所以，依据PWM原理对电机按频率进行通电和断电，便可完结对电机速度的精确操控。电机在接通+6 V电压下能以最快速度作业，假设在电机继续接通电源，电机的转速能到达最大，设电机两头电压为Umax，而当电源按频率通断时，占空比
，T(s)为信号周期，均匀电压为
Uav=Umax×P (1)
故均匀速度为
v=kUav (2)
其间，k为系数。在T不变的状况下，改动接通电源的时刻t就可改动均匀速度。在本规划中，将占空比与电压看成是近似的线性关系。
经测验和核算，均匀速度和均匀电压的关系式为
v=2.78Uav (3)
式中，v的单位为cm/s。
1.3 超声波测距原理
规划选用超声波往复时刻检测法，其原理为：在传达介质为气体的条件下，从超声波发射器宣布的超声波经气体介质的传达到接纳器的时刻即往复时刻，往复时刻与气体介质中的声速相乘则是声波传输间隔，而所测间隔是声波传输间隔的1/2，即
式(4)中，L为待测间隔;v声为声速(约340 m/s);t声为脉冲波往复的时刻。
2 硬件规划
2.1 主控芯片规划
规划中，主控芯片挑选的是STC89C52，因其操作简洁、功用强大、加密性强，一起还具有超强抗干扰功用，作业温度规模大，且支撑在线体系编程(ISP)。
2.2 测距模块规划
超声波选用频率为40 kHz的矩形脉冲波，因这一频率的声波在空气中的传达功率最佳。HC-SR04是收发一体式超声波传感器，可供给0～200 cm的非触摸式间隔遥测功用，其间心频率为40.0±1.0 kHz。单片机IO口发送一个超越10 mV的高电平信号，模块则会发送8个接连的40 kHz脉冲波，接纳端开端检测有无回来信号，一起单片机的定时器T1开端计时。当有信号回来时，单片机外中止INT0被触发进入公式核算程序，终究得出成果。
2.3 称重模块规划
2.3.1 模数转化模块
HX711是一款专为高精度称重传感器而规划的24位双通道模数转化器芯片，具有体积小、操作简洁、抗干扰性强的特色。其含有A、B双通道供运用者挑选，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略，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，依据脉冲数的不同挑选不同的通道和增益，本体系软件挑选A通道128倍增益对数据进行转化。
2.3.2 电阻应变式称重传感器
电阻应变式称重传感器的作业原理是将其内部应变片两头的电压改变与物体的分量树立线性关系。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，应变片本身的电阻也产生改变，由此将机械信号转化为电信号，而因为受力引起的应变片电阻的改变与电路的电压改变成正比，只需测出输出电压的数值，再经过公式换算即可得到所丈量物体的分量。
2.4 电路驱动模块的规划
L298N是双H桥直流电机驱动芯片，其可经过单片机的IO口直接供给信号，且输入输出的电压规模大，支撑5～35 V的直流电压输入，能经IN1、IN2、IN3、IN4和ENA、ENB输出3～15 V的电压，保证了直流电机的安稳作业。在操控方面，单片机IO口对INX输入不同的凹凸电平可完结电机的正回转和中止的功用，IO口输入电平与电机运转状况如表1所示;运用单片机IO口产生的不同占空比PWM信号输入ENA、ENB两个端口则可完结电机加快、减速的功用。
2.5 供电单元
电源部分如图3所示，选用7.4 V锂电池供电，经过L298N电机与PWM信号的输入端口给电机供给安稳的6 V电压，但体系的大部分芯片均作业在5 V电压下，因而需求电源模块为体系供给5 V电压。因而选用LM7805电源模块，其能将7.4 V转化为5 V电压。如图3所示，为进步输出电压的安稳性，将稳压二极管VD2串接在LM7805的2脚与地之间，VD1作为输出维护二极管，当输出电压低于VD2的稳压值时，VD1导通，并将输出电流旁路，以保证LM7805的输出端不受损坏。
3 软件规划
程序的总流程如图4所示。软件主要由3部分构成，别离为：驱动程序、称重程序和测距程序。首要，初始化定时器T0和T1的作业方式别离赋初值，T0的初值设为1 mV，T1的初值设为0。
驱动程序产生PWM信号以操控电机转速，经过给定时器T0设定初值和计数器最大值100来确认PWM信号的周期。定时器T0每产生1次中止计数器加1，当计数器的数值小于给定数值时输出高电平，反之则输出低电平。
称重程序依据HX711本身芯片的特色对DOUT和PD_SCK两管脚进行编程，先给PD_SCK串口25个时钟脉冲，当第25个时钟脉冲下降沿到来时，由DOUT向单片机IO口按位写入数据，第25个脉冲写入已读出数据的最高位(MSB)。单片机将数据由高位到低位读入后，再经公式转化得出分量。
测距程序用定时器T1核算超声波来回的时刻，当接纳端收到反射回的40 kHz脉冲波时，触发INT0外中止，一起T1中止计时，TH1和TL1中的数据就是测得的时刻。别的，当定时器T1溢出时触发定时器中止，将定时器清零以避免超声波进入丈量盲区时形成的成果过错。称重程序和测距程序处于两个独立的死循环之中，当按键按下时，完结两功用的转化。
4 测验成果
4.1 称重模块的测验
测验选取1 kg和2 kg砝码等不同分量物品。首要将待测物品放置在已调好的零点电子称上进行丈量，并以该数据作为参照值。然后开机，等候液晶屏上的读数安稳显现0，再将被测物体放置在称台上，等读数安稳后进行记载，一起选用称3次取均匀值的办法进行记载并核算丈量差错。
差错公式为
4.2 超声波测距模块测验
将一把米尺固定在水平地上作为参照值，小车放在0 cm处。将一块挡板放在米尺的10 cm、30 cm、50 cm等测验点并读取液晶屏显现的读数，并选用测3次取均匀值的办法进行记载，一起核算差错。
4.3 车辆防撞功用测验
当车与障碍物间隔为30 cm时，车速减速为8.3 cm/s;当两者间隔为15 cm时，车辆中止，而当两者间隔>30 cm时，车辆正常行进。测验经过设定不同的初始速度如：丈量车遇到障碍物后的制动间隔、停下时与障碍物的间隔以及液晶屏显现的间隔和差错。
成果标明，当小车以最大速度行进，面临前方障碍物的状况下，小车仍可安全制动，且未与障碍物产生磕碰，然后验证了本规划的安全性。成果如表4所示。
5 结束语
规划的立异点是将称重和测距功用相结合，一起经过单片机完结了对小车的驱动操控并经过称重模块精确称出小车载重的总分量。一起运用经过超声波模块丈量小车与前方障碍物的间隔，并运用液晶屏显现各种运转状况和丈量成果。从运转状况上看，本规划运转安稳，可靠性高，到达了规划要求。
