基于ARM單片機(jī)的裝載機(jī)障礙物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

　　隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)獲得廣闊的發(fā)展空間，工業(yè)控制領(lǐng)域也進(jìn)行著一場巨大的變革，以32位高端處理器為平臺的實(shí)時(shí)嵌入式軟硬件技術(shù)將應(yīng)用在工業(yè)控制的各個(gè)角落。嵌入控制器因其體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等許多優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防、科研以及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域,對各行各業(yè)的技術(shù)改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動化化 進(jìn)程、提高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動作用[1]。

　　現(xiàn)今，國內(nèi)外雖有部分車輛安裝了超聲波倒車防撞報(bào)警裝置、基于DSP的智能車輛防撞系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)的汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)等，但是用于像裝載機(jī)這種廣泛用于城建、礦山、公路等工程的工程機(jī)械的障礙物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)卻沒有發(fā)現(xiàn)。所以建立一個(gè)對障礙物進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警的系統(tǒng)，提前為駕駛員提供危險(xiǎn)信號，讓駕駛員能及時(shí)采用有效措施是減少事故的有效方法[2～5]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)以裝載機(jī)為研究對象，以實(shí)現(xiàn)信號采集、調(diào)理、傳送、顯示和預(yù)警為目的。把系統(tǒng)劃分為障礙物距離信號采集模塊、LCD顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和處理器模塊這四個(gè)部分。其中以處理器為核心，通過總線和接口電路把信號輸入和輸出相連。系統(tǒng)做成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

　　該Mini ARM模塊集成有C2290微控制器最小系統(tǒng)，USB主機(jī)控制器、10M以太網(wǎng)通信控制器以及NAND FLASH 電子盤，其硬件資源主要有：2M NOR FLASH、16K SRAM、2M/8M Bytes PSRAM、10M 以太網(wǎng)接口、2 路USB-Host 控制器、集成電子盤、2 路CAN控制器以及RTC等[6]。

　　LCD顯示模塊使用內(nèi)置T6963C的液晶顯示模塊，該模塊上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了T6963C與行、列驅(qū)動器及顯示緩沖區(qū)RAM 的接口。

2.1 障礙物距離檢測電路的設(shè)計(jì)

　　對于障礙物的檢測方法有超聲波測距法、圖像處理法、激光測距法等。但是由于超聲波傳感器具有信息處理簡單、價(jià)格低廉、制作方便等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用超聲波測距法來對障礙物的距離進(jìn)行檢測。

（1）超聲波測距的原理

　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為c，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s[7]，即s=ct/2 (1)。

（2）超聲波測距電路

　　在本系統(tǒng)中超聲波測距電路是由MICROCHIP的PIC16C57設(shè)計(jì)而成的，選用的超聲波傳感器是T/R40-16壓電陶瓷傳感器。在工作中，主控器PIC16C57發(fā)出信號使發(fā)射端的超聲波換能器發(fā)出加以電壓激勵，其受激勵后以脈沖的形式發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號時(shí)，傳回到主控器中，從脈沖信號開始發(fā)射時(shí)主控器中的定時(shí)器便開始計(jì)時(shí)，接收到回波信號時(shí)停止計(jì)時(shí)。所側(cè)出的時(shí)間間隔再乘以聲速就得到了兩倍的距離值。從而計(jì)算出障礙物到發(fā)射點(diǎn)的距離。其電路圖如圖2所示。

圖2 超聲波測距電路圖