基于12C5A60S2单片机安全汽车后视镜的视角分析

杜龙龙 / 湖州职业技术学院

基于12C5A60S2单片机安全汽车后视镜的视角分析

杜龙龙 / 湖州职业技术学院

当前汽车后视镜绝大数以固定居多，在转弯或者泊车时不能实时根据人的需求进行角度的变换和设置，这就造成了人们使用的不便，尤其是在一些较狭窄的路段，由于盲区的存在，造成了不少交通事故。本设计拟采用STC公司研发的60S2高速实时控制芯片消除盲区，从而提高驾车者的安全保障，消除安全隐患。

汽车后视镜；盲区；单片机

1.引言

随着人民经济水平的不断提高，家用轿车已普及到千家万户。然而随着汽车数量的增加，交通事故也与之剧增。根据交通局的统计结果，汽车的交通事故有74.5％发生在转向和并道的时候，而这很大一部分原因是因为后视镜无法调整，在人眼的盲区无法覆盖的视线里酿成了事故和惨案。当前汽车后视镜绝大数以固定居多，在转弯或者泊车时不能实时根据人的需求进行角度的变换和设置，这就造成了人们使用的不便，尤其是在一些较狭窄的路段，由于盲区的存在，造成了不少交通事故。

针对现存的问题，运用光的传导性对后视镜盲区进行了一些列分析，拟采用基于单片机MCU控制技术及传感器技术对目前常见家用轿车后视镜进行修正和改进，从而提升驾驶员的行车安全保障。

2.系统分析与总体设计

2.1设计思路

目前市场上的轿车后视镜大多都是固定的，不能根据转向的调节自动地调节方向和角度，轿车变向或者改道的时候存在极大的安全隐患。本设计拟对转向盘角度改变引起的输出电压的变化进行AD采集，通过电压的输出变化，实时地控制反光镜的转向角度，以方便司机在转向的时候可以消除盲点，消除安全隐患。

2.2系统功能模块划分

从系统的功能性来划分，我们可以划分成完整的七个功能模块。我们根据这些功能需求，设计出系统所需的功能模块，如图1所示。

图1　系统框图

汽车方向盘在转动的过程中，不断改变电压信号，由单片机实时采集，通过AD转换得来的电压值实时与门限值比较，当电压小于下限或者大于上限门限电压时，用MCU控制步进电机驱动模块，驱动步进电机进行正转和反转的工作，以转动后视镜达到相应角度的调节目的。

3.硬件设计

3.1单片机最小系统

本设计主控芯片采用了单片机STC12C5A60S2

（1）电容C8、C9和晶振组成时钟电路；

（2）R1、C1、S1组成单片机的复位电路；

（3）片内具有10位精度的ADC，转换速度可达250K/S；

（4）片内有EEPROM，可用于保存采集的电压信号；

（5）带有2路PWM功能。

3.2 方向盘电位器电压输出模块

单圈电位器具有线性度好，采样精确，可靠性高等优点。事实上，车辆在行驶过程中并道或者转弯时方向盘转动的角度不会大于360°，故本设计采用旋转角度小于360°的方向盘。

本设计运用一个单圈电位器与方向盘的转向轴相连，通过转向轴的旋转控制电位器两端输出电压的变化。当转向轴右转时，电位器的电阻减小，输出电压变小，反之，当转向轴左转时，电位器的电阻增大，输出电压变大。如图2所示。

图2　电位器输出电路

由于车内电瓶电压为12V，而单片机进行AD转换的电压必须是5V以内的，故在此设计了一个5V稳压电路给电位器供电，同时也可满足单片机的工作电压要求，如图6中所示可采用7805稳压芯片来实现。

3.3 电机选择

方案一：

直流减速电机。这种电机是指减速机和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。减速电机具有如下特点：

（1）占用空间小，承载能力强。

（2）能耗低，性能好，运行效率高达95％。

（3）经过精密加工，可适应强，只要搭配相应联轴器就能直接使用，使用范围非常广泛。

但是直流减速电机精度低，可控性差，不能精确控制旋转角度，不适用在旋转角度较为精密的场合。

方案二：舵机。这种电机是船舶上的一种大甲板机械，具有扭矩大，功率高等优点，常用于船舶或者航天设备，或大型机械设备，而在家用设备中并不适用。

方案三：

步进电机。以单位电磁脉冲信号为单位步距角的电机元件。一个脉冲信号就行进了一个步距角。

这种电机具有精度高，不受外接负载影响的优点，本项目设计控制的汽车后视镜的运动，需要精确的角度，消除特定的盲区，故选择方案三，本设计拟采用2BYGH47步进电机。

4.软件设计

（1）当采集电压值大于左边门限电压值时，存取AD值，执行下一步：当第二次采集电压值大于第一次电压值时，左后视镜向外翻转，当第二次采集电压值小于第一次电压值时，左后视镜回正；

（2）当采集电压值小于右边门限电压值时，存取AD值，执行下一步：当第二次采集电压值小于第一次电压值时，右后视镜向外翻转，当第二次采集电压值大于第一次电压值时，右后视镜回正；

（3）当采集到的电压值在平衡范围之内，则存取AD值，制动电动机；

完成以上步骤，重新回到初始起点，重新采集AD值。

5.总结与展望

本项目的实施和推广极大提高了驾驶的安全性，一定程度上杜绝了由于后视镜盲区造成的安全事故，如果在社会上进行推广，必然在汽车行业里有很大的需求，带来可观的经济收益。

针对实际中产生的问题，基于对过程和需求的分析，对汽车外后视镜进行了优化和改进，在一定程度上解决了由盲区带来的安全隐患。但是由于不同车身长度的不同，驾驶室的大小，在安装该装置时还需要进行角度调试。当然现实中的安全问题是个复杂的事情，技术只能作为一种辅助。所以仅靠技术层面的解决是远远不够的，他需要司机和道路行人的共同努力才行。如果所有人都能做到不抢道，不违章，相信不该发生的意外就会大大减少。人们的出行将会更加的安全舒心。

[1]吴佳林,孔军.汽车后视镜盲区及预测方法[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版）,2010,32(6):958-961.DOI:10.3963/ j.issn.1007-144X.2010.06.026.

[2]赵宇峰.汽车后视镜盲区检测及预警关键技术研究[D].郑州大学,2008.

[3]程凯常.基于球面反射的汽车后视镜最优参数的设计[J].科学家,2016,4(2):41-42.DOI:10.3969/j.issn.1673-9671.2016.02.029.

[4]刘军.浅谈汽车后视镜视野测试方法[J].山东工业技术,2015,(16):292-294.

[5]王楠,白晶,张守武等.汽车电动外后视镜的改进设计[J].北京工业职业技术学院学报,2014,13(4):15-18.DOI:10.3969/ j.issn.1671-6558.2014.04.004.

[6]陈浩,马艳,郝亮等.汽车驾驶员视野拓展系统的设计与实现[J].汽车工程师,2016,(6):19-23.

课题项目：

本文为湖州职业技术学院校级课题项目，基于单片机的汽车后视镜的安全优化和编号2016JC04。