一种基于STC89C52的客车安全系统设计与实现

摘要 为增加客车的安全性，提出了一种基于STC89C52单片机同时具有防超载和防撞功能的客车安全系统。通过研究超声波测距原理和脉冲宽度调制原理，并对车身重量和障碍物的距离进行实时监测以实现其功能。对该系统的安全性能和测量精度进行了测试，结果表明，系统达到了设计要求。

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30 cm时，电机减速;当距离减小到安全距离以内15 cm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。

1 总体设计方案和工作原理

1.1 总体设计方案

系统组成框图如图1所示，智能车以STC89C52作为主控芯片，使用电阻应变式传感器进行称重，并将采集到的数据通过模数转换后发送至单片机同时将结果显示在液晶屏上。文中使用HC-SR04模块实现超声波的收发，并将测得的数据传输给单片机，根据小车与障碍物的距离远近，产生不同的脉冲宽度调制信号以达到实时调节电机转速的目的，同时由1602液晶显示距离。

1.2 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(PWM)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。如图2所示，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。所以，根据PWM原理对电机按频率进行通电和断电，便可实现对电机速度的精确控制。电机在接通+6 V电压下能以最快速度运转，假设在电机持续接通电源，电机的转速能达到最大，设电机两端电压为Umax，而当电源按频率通断时，占空比

，T(s)为信号周期，平均电压为

Uav=Umax×P (1)

故平均速度为

v=kUav (2)

其中，k为系数。在T不变的情况下，改变接通电源的时间t就可改变平均速度。在本设计中，将占空比与电压看成是近似的线性关系。

经测试和计算，平均速度和平均电压的关系式为

v=2.78Uav (3)

式中，v的单位为cm/s。

1.3 超声波测距原理

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，即

式(4)中，L为待测距离;v声为声速(约340 m/s);t声为脉冲波往返的时间。

2 硬件设计

2.1 主控芯片设计

设计中，主控芯片选择的是STC89C52，因其操作简便、功能强大、加密性强，同时还具有超强抗干扰性能，工作温度范围大，且支持在线系统编程(ISP)。

2.2 测距模块设计

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播效率最佳。HC-SR04是收发一体式超声波传感器，可提供0～200 cm的非接触式距离遥测功能，其中心频率为40.0±1.0 kHz。单片机IO口发送一个超过10 mV的高电平信号，模块则会发送8个连续的40 kHz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。

2.3 称重模块设计

2.3.1 模数转换模块

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。

2.3.2 电阻应变式称重传感器

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