王虎　楊啟正　李約朋

摘 要：利用超聲波測(cè)距技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為控制芯片，包含有超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、顯示模塊、溫度補(bǔ)償電路、聲光報(bào)警等電路模塊。本文闡述了超聲波測(cè)距的基本原理，對(duì)主要電路模塊進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，并且介紹了系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：超聲波;測(cè)距;倒車;防撞;報(bào)警系統(tǒng)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車的數(shù)量大幅增加，交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，但交通事故也日趨嚴(yán)重，造成了大量人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，因此汽車安全駕駛系統(tǒng)的研究成為當(dāng)下汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，其中汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究與開發(fā)更為迫切。目前市場(chǎng)上汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)種類較多，但大多價(jià)格昂貴，因此設(shè)計(jì)一種性價(jià)比較高的倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)非常迫切和重要。本文以AT89S51單片機(jī)作為控制器，采用超聲波測(cè)距的原理，設(shè)計(jì)了一種整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比合理、可靠性較高的汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有較高的靈活性和擴(kuò)展性，主要由微控制器模塊、超聲波測(cè)距模塊、聲光報(bào)警模塊、液晶顯示器模塊等構(gòu)成。

2 汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種以AT89S51單片機(jī)作為控制器，超聲波傳感器作為測(cè)量元件的汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)駕駛員將汽車檔位切換到倒車檔時(shí)，倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)也同時(shí)開啟。本系統(tǒng)能夠精確測(cè)量汽車尾部與障礙物的距離，并將測(cè)量的距離在LCD上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;當(dāng)汽車尾部與障礙物的距離小于設(shè)定的危險(xiǎn)距離時(shí)，聲光報(bào)警系統(tǒng)將啟動(dòng)，提高安全性。為了提高超聲波測(cè)距的精度，本系統(tǒng)在基本電路的基礎(chǔ)上加入了溫度補(bǔ)償電路。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)部分硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 微控制器模塊電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。

3.2 超聲波測(cè)距模塊電路設(shè)計(jì)

超聲波指的是超過人類聽覺所能分別的最大頻率20KHz及以上的聲波。利用超聲波進(jìn)行測(cè)距的方法主要有渡越時(shí)間測(cè)量法、相位測(cè)量法及聲波幅值檢測(cè)法等。本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度較高、測(cè)量穩(wěn)定性好及測(cè)量范圍較廣的渡越時(shí)間檢測(cè)法。該測(cè)量方法相對(duì)于聲波幅值檢測(cè)法受外部環(huán)境的影響較小，相對(duì)于相位檢測(cè)法測(cè)量范圍較廣。超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法的實(shí)現(xiàn)過程：首先由單片機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)時(shí)開始計(jì)數(shù)，同時(shí)超聲波發(fā)射器產(chǎn)生超聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射，再通過超聲波接收器接收，當(dāng)微控制器接收到回波信號(hào)時(shí)停止計(jì)數(shù)。汽車與障礙物的距離計(jì)算公式如下：

式中：D-測(cè)量距離;V-聲波的傳播速度;△t-超聲波往返的時(shí)間;N-微控制器計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)量;T0-單片機(jī)的機(jī)器周期。

超聲波測(cè)距模塊主要由超聲波發(fā)送電路和超聲波接收電路兩部分構(gòu)成。超聲波發(fā)射模塊電路的超聲波探頭選用CSB40T，利用LM555及外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器電路，通過調(diào)節(jié)電阻Rp的阻值，使振蕩頻率與超聲波探頭的固有頻率（40KHz）保持一致，由LM555第3腳輸出端驅(qū)動(dòng)CSB40T，從而使超聲波探頭發(fā)射超聲波信號(hào)。超聲波發(fā)射模塊電路如圖3所示。

超聲波接收模塊電路主要是用于超聲波回波信號(hào)的接收與處理，為了保證回波信號(hào)的正常接收，本系統(tǒng)選用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)型號(hào)的接收探頭CSB40R和紅外線/超聲波接收專用芯片CX20106A等構(gòu)成超聲波接收電路。超聲波接收模塊電路如圖4所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要由：主程序、超聲波信號(hào)發(fā)射子程序、回波信號(hào)接收中斷子程序、環(huán)境溫度測(cè)量子程序、測(cè)量距離修正子程序、LCD顯示子程序、聲光報(bào)警子程序等構(gòu)成。本系統(tǒng)工作流程：當(dāng)駕駛員切換到倒車檔時(shí)，汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理;然后超聲波探頭開始發(fā)射超聲波，單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)超聲波接收探頭接收到回波信號(hào)時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并且開外部中斷;溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)外部環(huán)境溫度，并根據(jù)測(cè)量得到的溫度確定對(duì)應(yīng)的聲波傳播速度，通過超聲波測(cè)距公式可計(jì)算出汽車與障礙物的距離;當(dāng)汽車與障礙物的距離小于設(shè)定的危險(xiǎn)距離時(shí)，聲光報(bào)警器啟動(dòng)。主程序流程圖如圖5所示。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為微控制器，結(jié)合超聲波測(cè)距，設(shè)計(jì)出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度較高的汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示汽車與障礙物之間的距離，并且增加了溫度補(bǔ)償電路，提高了測(cè)量精度，當(dāng)測(cè)量距離小于設(shè)定的報(bào)警距離時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警。通過對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳高等學(xué)校科研項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：基于STM32的汽車智能防撞系統(tǒng)的研究（17C0592）。

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