一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統的設計

仇成群，孫東升，周殿鳳，沈宏蘭

（鹽城師范學院物電學院，江蘇 鹽城 224051）

據中國汽車工業協會發布的數據：2011年1至6月中國國內汽車銷量932.52萬輛，同比增長3.35%，繼續位居世界第一。截至2010年底，全國高速公路總里程達到7.4萬km，位居世界第二。汽車倒車的總次數也在不斷增長，汽車倒車雷達可以通過音頻，提示駕駛員汽車尾部障礙物的狀況，但倒車雷達成本相對較高。隨著小型價廉微處理器技術的迅速發展，能夠使得超聲波測距傳感器性能得到顯著提升。可以通過單片機和超聲波特點，來設計一種汽車倒車防撞的報警系統，能夠有效降低或防止汽車倒車狀態引起的劃傷、撞傷。文中設計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統，主要由控制系統模塊、測距系統模塊和顯示報警系統模塊組成，系統整體電路簡單可靠，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。經綜合比較，系統設計中采用的，是超聲波頻率為40 kHz的超聲波傳感器。系統設計采用的是超聲波測距基本原理，即當超聲波發射探頭源連續地發射40 kHz的超聲波，當超聲波遇到障礙物時，能夠反射回反射波，而當超聲波接收探頭部接收到反射波信號后，能夠將其轉化為電訊號。通過測量計算發射波和接收波之間的時間差Δt，再求出發射點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，因為超聲波本質上也是聲波，所以C也為音速。

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

2 系統硬件設計

文中設計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統硬件，主要是由控制模塊（以AT89C51為倒車防撞報警系統控制芯片）、發射模塊、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，具有低電壓、高性能的8位單片機，可以兼容MCS51指令系統。

2.1 控制模塊設計

倒車防撞報警系統的控制系統方框圖如圖1所示。

圖1 倒車防撞報警系統的控制系統方框圖

控制系統由AT89C51單片機控制，其超聲波發射電路可以在AT89C51單片機控制下發射超聲波。當控制系統接收電路接收到反饋信號后，將信號直接輸入到AT89C51單片機進行計算處理，控制系統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果輸入到系統顯示電路進行距離數值顯示，比對系統技術指標初始設定要求，通過聲光報警電路防撞報警。

2.2 發射模塊和接收模塊設計

倒車防撞報警系統超聲波發射模塊電路圖如圖2所示。發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 超聲波發射模塊電路圖

倒車防撞報警系統超聲波接收模塊電路圖如圖3所示。系統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計

顯示模塊是典型的輸出設備，其應用極為廣泛。最簡單顯示模塊即為LED發光二極管。文中綜合AT89C51單片機接口等資源，顯示模塊電路采用4位共陽LED數碼管來顯示倒車防撞距離m，段碼使用74ALS245芯片驅動，位碼使用PNP9012三極管來驅動。單片機AT89C51通過輸出超聲波換能器所需的40 kHz方波信號。報警模塊由揚聲器報警模塊電路組成。當汽車與障礙物之間距離小于0.50 m時，AT89C51即刻發出信號，使系統報警模塊電路工作，進而實現汽車倒車防撞報警。

3 系統軟件設計

基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統軟件程序，使用匯編語言編寫。主程序以單片機程序為主體，系統軟件主體功能在單片機主體程序中實現。主程序調用子程序及中斷服務程序即可完成。首先進行程序初始化，然后進行控制發射信號過程調用發射子程序，當一個發射周期結束后，系統能夠判斷當前發射信號后延時等待中有沒有發生中斷過程，有沒有回波產生，從而判斷程序整個流程。

ISIS是由Labcenter公司出品。其實物級仿真系統功能很出色，可以仿真各種模擬電路，支持單片機系統。通過ISIS軟件設計的倒車防撞報警仿真系統，可以有效模擬倒車防撞報警整個過程，當汽車與障礙物距離小于0.50 m，仿真系統報警電路模塊能夠有效顯示報警信號，系統達到了設計預期目標要求。

4 結束語

通過實車試驗結果，也表明了基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統設計，能夠達到防撞報警預期設計目標，系統設計較為合理，可以對汽車倒車過程中發生的警示車距小于0.50 m時實現系統報警。文中設計的汽車倒車防撞報警系統，具有較好的市場應用價值。

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