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基于单片机的多传感器障碍物检测系统的总体方案设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u22182基于单片机的多传感器障碍物检测系统的总体方案设计案例 1

255131.1系统实现的功能 1

214981.2系统总设计框图 2

194971.3功能模块的选择 2

68211.3.1主控模块 2

48031.3.2障碍物检测模块和测距模块 3

96411.3.4危险警报模块 5

187971.3.5液晶显示模块 6

77241.3.6电源模块 6

80581.3.7语音播报模块 7

1.1系统实现的功能

本传感器障碍物检测系统包括以下主要功能：

1）检测前方障碍物：此功能用于检测目标方向是否有障碍物，发现障碍物时应及时得到信息并输出。按预期要求该功能可以检测到10cm-180cm范围内的障碍物。

2）检测障碍物的距离：当检测系统发现障碍物后需要测量出与被测障碍物之间的距离，是该系统的重要部分，并且能够实时检测与被测障碍物之间的距离。由于各种不确定性因素的影响，测量值会有些许误差，需要在其他设计不变的情况下尽可能提高检测精度。

3）危险提示功能：本系统是搭载在其他物体上的，需要保证其运行的安全性，当实时测得数据小于最小安全距离时发出警报，进行提示和预警。

4）语音播报功能：为了让使用者能加快捷方便的知道距离数据，扬声器自动每三秒一次播报距离信息。

5）其他功能：由于最小安全距离视情况来制定，所以需要有个随时能更改最小危险距离的外接设备用来随时调整。

1.2系统总设计框图

该硬件部分采用STC89C52单片机作为主体，用于多传感器障碍物检测系统的控制中枢，使用激光测距传感器作为检测方式，LCD1602液晶显示模块实时显示距离，检测到障碍物距离通过单片机判断是否小于危险距离，小于危险距离单片机发出指令蜂鸣器发出警报并使对应方位的二极管发光，设计时还加上了语音播报模块，通过语音播报实时了解和被测障碍物之间的距离。本硬件总体的设计框图如图2-1所示。

图2-1总设计框图

1.3功能模块的选择

本系统由以上几个功能组成，并且还需要中央处理单元和供电模块。中央处理单元结合各个功能模块，使得该系统能按照预定要求实现。考虑到本设计的经济性，实用性和便捷性，每个模块采用的元件如下。

1.3.1主控模块

STC89C52单片机的内核是基于51内核的微控制器，高效的工作频率以及内置可反复擦拭的Flash程序读取器。兼容多种引脚结构，51单片机的特点主要体现在数据的快速读取以及集成51字节的RAM，对于数据采集系统来说处理数据完全没压力，内置高效的复位电路节省了外部接口空间资源。可通过串口直接进行程序传输，不用专门的编辑器。此外，51单片机还具有简单、方便、易于控制等优点，充分发挥了51单片机资源丰富、控制功能强大、操作功能可寻址、价格经济等优点。

STC89C52单片机是由宏晶科技生产的一款单片机，运算速度快、电能消耗低、抗干扰等优点。其指令代码与传统单片机完全兼容，并在功能上更进一步。

SCT89C52单片机的引脚分布图如图2-2所示。

图2-2STC89C52单片机引脚图

STC89C52单片机的功能表2-1。

表2-1单片机功能表

1.3.2障碍物检测模块和测距模块

本系统需要探测前方是否有障碍物并且测得距离，为了节省资源和效率，使用T0F10120激光测距模块，它的功能基于激光发射器，接收器，该模块既能检测目标前方预定距离内是否有障碍物，还能得到障碍物与本系统搭载物的距离。由于激光测量的精密度很高、量程大，在现在广泛的测距模块中是较为优质的选择。其实物如图2-3所示。

图2-3TOF10120激光测距模块

该测距使用TOF10120激光测距模块，具有不接触的远程检测功能，测量范围有10cm-1800cm，检测精度最小可达毫米。

TOF（TimeofFlight）指的是飞行时间测距法，其工作原理：

在测距开始时，激光发生器发射一个持续时间很短但是功率极高的光脉冲，与此同时计时器启动。光脉冲发射以后，遇到被测物体会发生散射飞向各个方向。接受光路收到一部分散射回来的光信号，通过光电转换器将光信号转化为电流信号，输送到回波信号处理电路。

回波信号处理电路将电流信号转换为电压信号，经过放大调整后可以得到一个对应的电脉冲，用于触发计时器停止计时。此时计时器记录的时间就是光脉冲从发射到接受的时间t，（时间t*光速v）/2=被测物到激光测距模块的距离s。

激光发射与接受的工作原理如图2-4所示。

图2-4激光发射接受原理图

（2-1）

（2-2）

（2-2）中L代表发射接受俩模块之间中心距离的一半。