一种客车安全预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车电子领域，具体涉及一种可以防撞防超载的客车安全预警系统。
【背景技术】
[0002]随着人口流动的频繁，客车作为一种常用的公共交通运输工具越来越多，介受经济利益驱使，客运市场普遍存在超员、超速、驾驶等问题，由此造成的重大交通事故逐年增力口，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。目前对于此类问题的监控主要是交通监管部分通过人员检查，不仅耗费人力物力，自动化程序不高，且存在做到大范围实施
【发明内容】
[0003]发明目的:为了解决现有技术的不足，本发明提供具有防超载和防撞功能的客车安全预警系统。
[0004]技术方案:为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种客车安全预警系统，包括单片机以及分别与单片机相连的称重模块、超声波测距模块、电机驱动模块和液晶显示屏；所述单片机根据超声波测距模块输入的距离信息产生不同的脉宽调制信号控制电机驱动模块。
[0006]所述单片机为STC89C52 ;具有操作简便、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)。
[0007]所述称重模块为相连的电阻应变式传感器和模数转换器；模数转换器为HX711，这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。
[0008]所述超声波测距模块为HC-SR04 ;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O?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1 口发送一个超过1mV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Tl开始计时。当有信号返回时，单片机外中断INTO被触发进入公式计算程序，最终得出结果。
[0009]所述电机驱动模块为L298N ；L298N是双H桥直流电机驱动芯片，其可通过单片机的1 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INl、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1 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，利用单片机1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。
[0010]所述电源模块为LM7805 ;通过L298N电机与PffM信号的输入端口给电机提供稳定的6V电压，但系统的大部分芯片均工作在5V电压下，因此需要电源模块为系统提供5V电压。
[0011]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(PffM)便成为了调节客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。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+6V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 = Tw/TsX100 ；Ts为脉冲周期，Tw为脉冲宽度。
[0012]平均电压为Uav = UmaxXP (I)
[0013]故平均速度为V = kUav (2)其中，k为系数。
[0014]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。
[0015]经测试和计算，平均速度和平均电压的关系式为V = 2.78Uav (3)。
[0016]有益效果:本发明的提供的客车安全预警系统，设计的创新点是将称重和测距功能相结合，同时通过单片机完成了驱动控制并通过称重模块准确称出载重的总重量。同时利用通过超声波模块测量客车与前方障碍物的距离，并使用液晶屏显示各种运行状态和测量结果。从运行情况上看，本设计运行稳定，可靠性高，达到了设计要求。
【附图说明】
[0017]图1是客车安全预警系统的原理框图。
[0018]图2是电源模块的原理图。
[0019]图3是客车安全预警系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0021]如图1所示的客车安全预警系统，包括电阻应变式传感器、模数转换器、超声波测距模块、电源模块、单片机、电机驱动模块、液晶显示屏；电阻应变式传感器经模数转换器与单片机相连；超声波测距模块、电源模块、电机驱动模块、液晶显示屏分别与单片机相连。单片机采用STC89C52，模数转换器采用HX711，超声波测距模块采用HC-SR04，电机驱动模块采用L298N ;电源模块采用LM7805。
[0022]电源模块如图2所示，采用7.4V锂电池供电，其能将7.4V转换为5V电压。如图3所示，为提高输出电压的稳定性，将稳压二极管VD2串接在LM7805的2脚与地之间，VDl作为输出保护二极管，当输出电压低于VD2的稳压值时,VDl导通,并将输出电流旁路，以确保LM7805的输出端不受损坏。
[0023]如图3所示的系统流程图，首先，初始化定时器TO和Tl的工作方式分别赋初值，TO的初值设为lmV，Tl的初值设为O ;然后进行称重程序并判断是否超重，如果超重，即锁定电机，反之进行电机复位进行测距程序；当测距所得结果是二级预警，电机慢转，反之继续进行测距；电机慢转过程中继续测距程序，当测距程序结果是一级预警时，电机停止，反之电机运转。
[0024]系统主程序分为三部分:驱动程序、称重程序和测距程序。
[0025]驱动程序产生PffM信号以控制电机转速，通过给定时器TO设定初值和计数器最大值100来确定PffM信号的周期。定时器TO每产生I次中断计数器加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。驱动程序产生PWM信号以控制电机转速，通过给定时器TO设定初值和计数器最大值100来确定PffM信号的周期。定时器TO每产生I次中断计数器加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。
[0026]称重程序根据HX711自身芯片的特点对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1 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，再经公式转换得出重量。
[0027]测距程序用定时器Tl计算超声波来回的时间，当接收端收到反射回的40kHz脉冲波时，触发INTO外中断，同时Tl停止计时，THl和TLl中的数据便是测得的时间。另外，当定时器Tl溢出时触发定时器中断，将定时器清零以防止超声波进入测量盲区时造成的结果错误。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，完成两功能的转换。
[0028]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，通过电阻应变式传感器进行称重，并将重量显示在液晶显示屏上，若重量超过额定数值，蜂鸣器报警、锁定电机，以实现防超载的功能。开动后，超声波测距模块开始测距，当所测距离低于规定距离50m时，启动二级预警，电机慢转；当距离减小到30m以内时，启动一级预警，电机停止，直到与前方车辆远离恢复安全距离才继续行驶，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。
【主权项】
1.一种客车安全预警系统，其特征在于:包括单片机以及分别与单片机相连的称重模块、超声波测距模块、电机驱动模块、液晶显示屏和电源模块；所述单片机根据超声波测距模块输入的距离信息产生不同的脉宽调制信号控制电机驱动模块。2.根据权利要求1所述的客车安全预警系统，其特征在于:所述单片机为STC89C52。3.根据权利要求1所述的客车安全预警系统，其特征在于:所述称重模块为相连的电阻应变式传感器和模数转换器。4.根据权利要求1所述的客车安全预警系统，其特征在于:所述超声波测距模块为HC.SR04。5.根据权利要求1所述的客车安全预警系统，其特征在于:所述电机驱动模块为L298N。6.根据权利要求1所述的客车安全预警系统，其特征在于:所述电源模块为LM7805。
【专利摘要】本发明公开了一种客车安全预警系统，包括单片机以及分别与单片机相连的称重模块、超声波测距模块、电机驱动模块、液晶显示屏和电源模块；所述单片机根据超声波测距模块输入的距离信息产生不同的脉宽调制信号控制电机驱动模块。本发明提供的客车安全预警系统，将称重和测距功能相结合，同时通过单片机完成了驱动控制，称重模块准确称出载重的总重量，超声波模块测量客车与前方障碍物的距离，并使用液晶屏显示各种运行状态和测量结果；本设计运行稳定，可靠性高。
【IPC分类】G01G3/14, G08G1/16, G01G19/12, G01S15/08, G01S15/93
【公开号】CN105280020
【申请号】CN201410275681
【发明人】陈佳康
【申请人】陈佳康
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年6月19日