防撞预警雷达

目的：

随着高空作业车的普及,作业人员在高空中因为触碰到电线(导线)或电杆而 造成的安全隐患大大增加，同时还有此类建筑，工矿作业等，都存在着一定的安全问题，利用了超声波雷达监测高空作业车距离高压电线(或障碍物)的距离，并使作业人员可以时时收到距离信息，这将大大降低此类安全事故发生的概率。

设计思路：

为了使作业人员在作业时安全得到保障，我们提出了设计一套防撞预警装置，该装置有11个超声波从机和一个显示屏主机。相比于1个超声波测距，11个超声波的测距要比一个精准和范围广。主机的显示屏也能让监测人员更好的知道高空作业车与周围障碍物的距离。该装置预期实现超声波测距，小于一定距离报警，通过无线模块将所有从机的数据传给主机串口屏。为了方便工作人员查看是否需要充电，利用主控芯片自带的功能检测电池电压并通过无线模块发送到主机串口屏。

设计方案：

一、硬件：

1.总方案

2.各模块硬件设计

（1）锂电池电压充电模块

采用TP4056作为该模块的主要充电芯片，该芯片有自动调节温度、充电电压固定等功能。使用起来方便，无需外接检测电阻和隔离二极管，而充电电流则可以通过一个电阻器进行外部设置。该模块电路中，TP4056芯片CHRG引脚与红灯串联，STDBY引脚与绿灯串联。当电池未充满电时，红灯亮起；当电池充满电时，绿灯亮起。为了考虑电池重充电的时间和芯片的温度，芯片PROG引脚与2.4K电阻串联，充电电流为500mA。电路中的电容起滤波作用。

（2）主控芯片

该作品采用的是STC8H3K64S2单片机。本次作品不需要大量使用到单片机的I\O口，所以该单片机20个I\O口可以满足。另外单片机拥有串口和内部自带A\D转换模块，可以满足超声波测距模块、液晶显示屏和锂电池电压检测模块硬件的设计。体积小价格低廉也是他的优点，体积小可以为放置其他模块元器件留出位置，价格低廉可以节约成本。

（3）液晶显示屏

采用淘晶驰2.4寸USART HMI电阻触摸屏。该模块上手简单，可通过字符串指令数据传输。可先通过其自主研发的界面开发软件自定义页面，设置多张页面显示多种数据，自定义字体大小，可调亮度，色彩丰富。模块上有四个引脚，5V和GND可供接上电源，RX、TX可够单片机数据的传输。该模块接到电路板上使用，只需要在电路板上设计一个4P排针。具体设计如图。

（4）超声波测距模块

考虑测量的准确、抗干扰的能力和低功耗，选用JSN-SR20-Y1 防水防尘超声波测距模块，该模块采用双探头，工作环境适应性强。该型号超声波也是需要通过串口发送信号去触发的，所以使用到的引脚也和液晶显示屏类似，但考虑到追求作品体积小，所以把排针换成了排母。超声波只需要插入排母中就可以工作。

（5）声光指示及报警电路设计

声光指示及报警是由运行指示灯、电量指示灯、距离报警指示灯和蜂鸣器因不同因素被激活起到警示作用。声光指示及报警电路设计如图7所示。三颗LED指示灯与1K排阻串联，排阻主要起到限流作用。单片机单独控制三颗指示灯，运行指示灯LED6与单片机P1.6相连，电量指示灯LED5与单片机P3.1相连，距离报警指示灯LED3与单片机P3.0连接。可通过单片机编写程序输出高电平点亮指示灯。蜂鸣器的工作是通过三极管控制的，三极管Q3的基极与单片机P3.2相连。当P3.2引脚输入高电平时，三极管导通形成回路，蜂鸣器被激活。二极管D1是保护三极管不被反向电流击穿。

（6）无线通信模块电路设计

从机需要将各种数据传输给主机，通过比较各种无限收发芯片的通讯距离、传输频率和价格，选用了国产Si24R1作为无线通信模块的芯片。无线通信模块的接口电路如图8所示。Si24R1的芯片使能引脚CE与STC8H3K64S2的P1.2相连，当芯片为高电平时，芯片开启信号，激活RX或TX模式；片选引脚CSN与P3.7连接，当CSN为低电平时芯片开始工作，这时CE配合寄存器可以决定Si24R1的状态；时钟引脚SCK与P3.6相连；MOSI和MISO引脚分别与P3.5和P3.4相连；中断请求信号引脚IRQ与P3.3连接，当芯片接收信息、信息发送完成收到自动应答或超过最大重发次数时产生低电平，发出中断信号。

二、软件：

（1）主机软件设计流程图

（2）主机软件设计流程图

应用价值：

1、安全性高。在电力巡检中，许多输电线路还是需要人工检修，检修人员乘坐高空作业车到需要检修的输电线路。输电线路电压等级高，我们的装置可以去检测高空作业车与输电线路间的距离。当距离过近时，发出警报去提醒作业人员，降低危险性。

2、距离精准。由于输电线路导线直径不大，单个超声波本身硬件有限，所能测量的有限，不能准确的表达出高空作业车与导线间的距离，安全性低。所以我们采用多个超声波能使所采集的数据更加精准，运用到高空作业车时，能更加精准的测量出高空作业车与导线间的距离，降低了工作人员在作业时的风险。

3、运用广泛。不仅仅可运用于电力行业，更适用于任何高空作业，建筑作业类，去检测高空作业车与物体间的距离，方便工作人员作业，使得工作人员的人身安全得到保障，提高工作效率，降低用人成本。

4、无线设备。市场上目前大部分测距设备为有线使用，我们采用无线模块进行数据传输，主机与各个从机间无线通信，每个从机也安装无线通信模块，方便在各种场合使用，便于携带和操作，整体美观度也大大提升。

5、低功耗。我们采用主机唤醒从机的工作模式，在主机没有发信号给从机时，从机将一直处于待机状态直到主机发送信号唤醒，以达到低功耗目的，在没有待机的状态下，一块850mAh的可充式锂电池大约可供从机连续工作42.5个小时。增加低功耗后，续航能力会大大提升，方便工作人员连续作业使用，延长电池寿命。