近距离自动防碰控制硬件系统

1、近距离自动防碰控制硬件系统学生姓名：边飞 学号：2508202005 学院：机械电子工程学院专业：工业工程 指导教师：徐尚龙 指导单位：机械电子工程学院摘要：设计的近距离自动防碰控制硬件系统由单片机系统、测距传感器、数字显示模块、停车控制模块等组成，优点是成本低、可靠性高。关键词：防碰，超声波测距，单片机ABSTRACT：The short distance automatic anti-collision control system consists of single-chip microcomputer system, distance measurement sensor modul

2、e, display module, stop control module. The advantage of this circuit system is low cost, high reliability.Key Words：Anti-collision, ultrasonic ranging, single-chip microcomputer引言在货场、码头、生产车间等地，通常有数台设备并行作业，若相互碰撞或与周围物体发生激烈碰撞，都会对生命、财产造成很大损失。为了防止设备之间的事故性碰撞，研制一套能够稳定运行，操作简单且十分可靠的防撞系统来进行安全防护，是非常必要的1。本课题设计

3、的是一个近距离自动防碰控制硬件系统，要求当系统距离目标物在一定距离范围内时，自动报警或发出停机信号。测距传感器速度传感器微控制器测距传感器速度传感器微控制器ATmega16LLED数字显示示语音提示系统声光报警系统状态指示停车控制图1 系统总体结构框图2单片机系统本系统选用ATMEL公司的AVR系列单片机ATmega16L。采用8MHz的外部晶振作为时钟源，供电电压为+5V。电路图如图2。图2 单片机最小系统图3超声测距传感器本硬件系统中的测距传感器采用超声波传感器，选取的是北京亿学通电子公司生产的ED-3CM超声波测距模块。该模块采用工业级高性能的AVR单片机作中央处理器，模块自带温度校正和

4、软件补偿，有RS232接口。 图3 超声测距模块4速度编码模块系统采用计量脉冲数的方法实现对速度的测量。原理如图3所示，将刻有透光孔的码盘固定于小车的驱动轮上，使之随车轮一起转动，同时在码盘的两侧安装一对红外对管，码盘转动时不断的遮挡红外对管的光路，从而产生电脉冲信号。用LM311对该信号整形后送到单片机内进行计数处理，便可计算出速度。 图4 测速原理 图5 测速模块电路图5数字显示模块本系统设计中采用了8个数码管，使用数码管动态显示驱动芯片MAX7219驱动数码管。系统启动后，单片机会通过CLK、DIN、LOAD三根线把设置信息和需要显示的数据送到MAX7219中，然后MAX7219会根据这

5、些信息自动完成数字显示。这种数码管驱动方式节省了电路空间，提高了可靠性，同时降低了成本。在电路设计中为了减少外界干扰，在MAX7219的V+引脚与GND引脚之间接一个10F的电解电容，该电容在电源电压发生抖动时能够作为MAX7219的本地电源为其提供能量。数字显示模块电路如图6。图6 数字显示模块电路图6语音提示模块本系统设计中采用AP8821语音芯片，可以在需要的时候播放事先录下的声音，以此提醒操作人员注意发生的情况。录音的内容可以是操作动作提示，也可以是距离、速度等的实时提醒。AP8821是一次性编程语音芯片2。它可以录制长达21秒的声音，系统中的语音提示电路如图7。图7 系统中的语音提示

6、电路7声光报警及状态指示模块在距目标物体在一定距离范围内时自动报警是本系统设计要求之一。声光报警及状态指示模块使用蜂鸣器和红色发光二极管，可以在必要的时候发出相应的声、光信号，以提示操作人员注意所发生的情况。 图8 声报警电路 图9 光报警和状态指示电路8停车控制模块遇到危险时自动停车是本课题的要求之一，本硬件系统中的停车控制模块采用低频大功率晶体管TIP41C作为停车控制信号输出缓冲器，驱动机车的继电器或小功率电动机。电路如图10所示。TIP41C晶体管为NPN型低频大功率晶体管，它的输出电流最大可以达到6安培3，满足一般情况下的驱动需求。图10 停车控制电路9系统调试本系统的调试工作集中于

7、对超声测距和停车控制两个模块的调试。系统经过实际调试，距离测量实验得到表1所示数据：表1 距离测量实验数据实际距离（m）0.0000.1000.2000.3000.4000.500显示距离（m）0.0830.1030.2030.3030.4030.503实际距离（m）0.6000.7000.8000.9001.0001.100显示距离（m）0.6030.7030.8030.9031.0031.103实际距离（m）1.5002.0002.5003.0003.5004.000显示距离（m）1.51320.032.5733.0433.0433.043说明：距离测量实验中，在距离为1.5米以下时被测障碍物为普通A4打印纸。在距离为1.5米以上时，被测障碍物为50cm70cm的白色写字板。在实际测量过程中，在距离为2.8米以上时，系统准确测距的时间明显变长。停车控制模块测试：以外接指示灯为控制对象，无危险情况（与目标的距离远）时，电路导通，指示灯发光；出现危险（与目标的距离近）时，电路断开，指示灯熄灭。10结束语经过实际测试，本系统达到了课题要求：当系统距离目标物在一定距离范围内时，自动报警或停机。在测试中，本电路系统有效测距范围为3米，当距离超过3米后，无法在短时间内测出准确距离，属于近距离自动防碰控制系统。参考文献1 曲星霖.桥式起重机红外防撞技术在济钢第三炼钢厂的应用.科技信