仇成群，孫東升，周殿鳳，沈宏蘭

（鹽城師范學(xué)院物電學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)：2011年1至6月中國國內(nèi)汽車銷量932.52萬輛，同比增長3.35%，繼續(xù)位居世界第一。截至2010年底，全國高速公路總里程達(dá)到7.4萬km，位居世界第二。汽車倒車的總次數(shù)也在不斷增長，汽車倒車?yán)走_(dá)可以通過音頻，提示駕駛員汽車尾部障礙物的狀況，但倒車?yán)走_(dá)成本相對較高。隨著小型價廉微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展，能夠使得超聲波測距傳感器性能得到顯著提升。可以通過單片機(jī)和超聲波特點(diǎn)，來設(shè)計一種汽車倒車防撞的報警系統(tǒng)，能夠有效降低或防止汽車倒車狀態(tài)引起的劃傷、撞傷。文中設(shè)計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)，主要由控制系統(tǒng)模塊、測距系統(tǒng)模塊和顯示報警系統(tǒng)模塊組成，系統(tǒng)整體電路簡單可靠，價格低廉，能耗較低，體積小。

1 超聲波測距基本原理簡介

人耳的聽音范圍在20～2萬Hz，人耳聽不到的聲音頻率高于2萬Hz的聲波稱為超聲波。經(jīng)綜合比較，系統(tǒng)設(shè)計中采用的，是超聲波頻率為40 kHz的超聲波傳感器。系統(tǒng)設(shè)計采用的是超聲波測距基本原理，即當(dāng)超聲波發(fā)射探頭源連續(xù)地發(fā)射40 kHz的超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時，能夠反射回反射波，而當(dāng)超聲波接收探頭部接收到反射波信號后，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為電訊號。通過測量計算發(fā)射波和接收波之間的時間差Δt，再求出發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離S。在速度C已知的狀況下，容易求得S=CΔt/2。式中，C為超聲波的音速，因為超聲波本質(zhì)上也是聲波，所以C也為音速。

系統(tǒng)在測距過程中，可以通過查表法，測量溫度值進(jìn)行聲音速度的溫度補(bǔ)償誤差。時間差的獲取，可以通過計時器技術(shù)獲得，當(dāng)發(fā)射聲速后，立即啟動定時計數(shù)器，在得到第一回波信號即刻停止計數(shù)器。通過測量計算得到超聲波發(fā)射波和接收波之間的時間差Δt和現(xiàn)場環(huán)境溫度T，就可以精確計算出超聲波發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離[1~4]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

文中設(shè)計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)硬件，主要是由控制模塊（以AT89C51為倒車防撞報警系統(tǒng)控制芯片）、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊和報警模塊組成[5~8]。AT89C51由美國ATMEL公司生產(chǎn)，具有低電壓、高性能的8位單片機(jī)，可以兼容MCS51指令系統(tǒng)。

2.1 控制模塊設(shè)計

倒車防撞報警系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

圖1 倒車防撞報警系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖

控制系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)控制，其超聲波發(fā)射電路可以在AT89C51單片機(jī)控制下發(fā)射超聲波。當(dāng)控制系統(tǒng)接收電路接收到反饋信號后，將信號直接輸入到AT89C51單片機(jī)進(jìn)行計算處理，控制系統(tǒng)計算出汽車尾部與障礙物之間的距離，然后將計算處理后的結(jié)果輸入到系統(tǒng)顯示電路進(jìn)行距離數(shù)值顯示，比對系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)初始設(shè)定要求，通過聲光報警電路防撞報警。

2.2 發(fā)射模塊和接收模塊設(shè)計

倒車防撞報警系統(tǒng)超聲波發(fā)射模塊電路圖如圖2所示。發(fā)射模塊電路主要是由超聲波換能器和反向器74ALS04等組成。

圖2 超聲波發(fā)射模塊電路圖

倒車防撞報警系統(tǒng)超聲波接收模塊電路圖如圖3所示。系統(tǒng)超聲波接收模塊由超聲波接收探頭部分、信號放大電路部分和波形變換電路部分組成。

圖3 超聲波接收模塊電路圖

2.3 顯示模塊和報警模塊設(shè)計

顯示模塊是典型的輸出設(shè)備，其應(yīng)用極為廣泛。最簡單顯示模塊即為LED發(fā)光二極管。文中綜合AT89C51單片機(jī)接口等資源，顯示模塊電路采用4位共陽LED數(shù)碼管來顯示倒車防撞距離m，段碼使用74ALS245芯片驅(qū)動，位碼使用PNP9012三極管來驅(qū)動。單片機(jī)AT89C51通過輸出超聲波換能器所需的40 kHz方波信號。報警模塊由揚(yáng)聲器報警模塊電路組成。當(dāng)汽車與障礙物之間距離小于0.50 m時，AT89C51即刻發(fā)出信號，使系統(tǒng)報警模塊電路工作，進(jìn)而實現(xiàn)汽車倒車防撞報警。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)軟件程序，使用匯編語言編寫。主程序以單片機(jī)程序為主體，系統(tǒng)軟件主體功能在單片機(jī)主體程序中實現(xiàn)。主程序調(diào)用子程序及中斷服務(wù)程序即可完成。首先進(jìn)行程序初始化，然后進(jìn)行控制發(fā)射信號過程調(diào)用發(fā)射子程序，當(dāng)一個發(fā)射周期結(jié)束后，系統(tǒng)能夠判斷當(dāng)前發(fā)射信號后延時等待中有沒有發(fā)生中斷過程，有沒有回波產(chǎn)生，從而判斷程序整個流程。

ISIS是由Labcenter公司出品。其實物級仿真系統(tǒng)功能很出色，可以仿真各種模擬電路，支持單片機(jī)系統(tǒng)。通過ISIS軟件設(shè)計的倒車防撞報警仿真系統(tǒng)，可以有效模擬倒車防撞報警整個過程，當(dāng)汽車與障礙物距離小于0.50 m，仿真系統(tǒng)報警電路模塊能夠有效顯示報警信號，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計預(yù)期目標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

通過實車試驗結(jié)果，也表明了基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)設(shè)計，能夠達(dá)到防撞報警預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計較為合理，可以對汽車倒車過程中發(fā)生的警示車距小于0.50 m時實現(xiàn)系統(tǒng)報警。文中設(shè)計的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)，具有較好的市場應(yīng)用價值。

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