基于51單片機的倒車雷達系統設計

晁松杰++尤喜

摘要：倒車雷達是汽車泊車安全輔助裝置，可以幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。本設計以STC89C51RC單片機為核心，利用超聲波測算倒車距離，超聲波信號經單片機綜合分析處理，實現超聲波測距儀的各種功能。該系統設計抗干擾能力較好，實時性良好，可以有效地解決汽車倒車問題。

關鍵詞：倒車雷達；單片機；超聲波測距

隨著科學技術的不斷發展，人們生活水平的日益提高，城市功能不斷豐富健全，城市交通系統也有了較大發展，其狀況也不斷改善。但是隨著汽車普及率的增加，交通事故的數量也在逐年增長，其中以倒車引起的事故數量居多。駕駛員在擁擠和狹窄的街道上倒車，稍不小心就會發生追尾事故。因此，增加汽車的后視能力，研制無接觸式測量汽車后部障礙物距離的倒車雷達系統成為研究熱點。設計出好的倒車雷達系統，對于減少城市的車輛擁堵和交通事故將有一個很好的控制作用。當然這要求倒車雷達系統應該具有精度高，抗干擾強，價格低廉，適宜推廣等特點，這樣基于超聲波的測距系統，完全可以勝任此任務。

一、系統硬件設計

該系統由STC89C51RC單片機、超聲波發射電路、超聲波接收電路、環境溫度采集電路、顯示電路、報警電路等組成。其系統第一層是超聲波發射電路，其次是超聲波接收電路，第三層是環境溫度采集部分，最后是數字顯示和聲音報警電路。駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統自動啟動，超聲波模塊（發射模式）向后發射40kHz的超聲波信號，經車后面障礙物反射，由超聲波模塊（接收模式）收集，進行放大和比較，單片機STC89C51RC將此信號送入顯示模塊，同時觸發報警電路，發出報警聲音提示，并根據與障礙物距離的不同，發出不同的報警聲，提醒駕駛員注意車距。

（一）超聲波收發模塊

本系統采用超聲波專用集成電路LM1812作為超聲波發射和接收電路的主控芯片。LM1812是一種通用型超聲波收發器，主要用在各種各樣的測距、定向和通信中。芯片包括一個脈沖調制C類發射器，一個高增益接收器，一個脈沖調制檢測器及噪音抑制電路。LM1812第1腳外接L1，C1決定了電路發送或接收的工作頻率，其工作頻率為：

改變電感L1，電容C1的值可以改變振蕩頻率（本系統中f0為40 kHz），最高可達325 kHz。當LM1812的8腳為高電平時，LM1812處于發射模式；當8腳為低電平時，LM1812處于接收模式。值得注意的是，單片機到LM1812的連接要進行5～12 V的電平轉換。當LM1812處于發射模式時，L1，C1振蕩槽路被切換為振蕩模式，振蕩信號經驅動放大后，由13腳及6腳輸出。6，13腳之間所接變壓器線圈的匝數比是根據TCF40-25TR1型收發一體式超聲波傳感器的阻抗來確定的。實驗證明，變壓器線圈的匝數比大約為4：1時可實現與超聲波發送器阻抗相匹配。超聲波接收器接收到的超聲波信號經電容耦合由4腳輸入，再經內部兩級放大后同由1腳的諧振回路取出的信號一起送到檢測器。當檢測到超聲波回波信號時，LM1812的14腳（與單片機的INT0端相連）變為低電平，使單片機的T0計數器停止計數。

（二）測溫模塊

測溫電路采用了美國DALLAS半導體公司的DS18B20單總線型數字溫度傳感器。DS18B20集溫度測量、A/D轉換于一體，具有體積小、動態范圍寬、測量精度高等優點。DS18B20采用單總線方式和STC89C51RC單片機相連，即DS18B20的1腳接地，3腳接地，2腳接至STC89C51RC的P11引腳，同時將P11引腳采用一只4.7kΩ的電阻上拉至VCC。測得的溫度值以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節，單片機通過單總線接口讀到該數據后，即可通過計算得到實時環境溫度值。

（三）顯示模塊

設計一個按鍵實現顯示功能切換，可以實現距離和溫度顯示的數字切換。通過單片機的21、22、23、24四個管腳的信號控制四個三極管的B極，利用三極管的開關特性，實現數碼管的點亮，從而實現動態顯示。采用LED動態顯示，數據經過芯片的計算后傳到LED上，由單片機P0.0—P0.6接LED的a～g七個筆段，單片機的P0.7口接LED的dp段，P2.0～P2.3接四個8550三極管的公共端，通過軟件以動態掃描方式顯示。段碼用74LS04驅動，位碼用PNP三極管8550驅動。

（四）報警模塊

當距離達到我們設置的報警條件時，可以使用蜂鳴器進行報警。報警功放電路由頻率發生電路和功放組成，頻率發生電路類似超聲波發射電路的振蕩電路，調節頻率在800Hz左右即可，功放電路選用常用的LM386即可。P2.4接CD4011的一個輸入口，根據距離遠近對應控制鳴叫間歇的開始與停止，用聲音提示駕駛員距離。

二、軟件系統設計

超聲波測距的軟件程序設計主要由主程序、超聲波發射控制程序、超聲波接收控制程序及顯示子程序、報警子程序組成。超聲波測距的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。

主程序首先是對系統環境初始化，設定時器0為計數，設定時器1定時。置位總中斷允許位EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位ec=1時，測量一次，程序設計中，超聲波測距頻度是4-5次/秒。測距間隔中，整個程序主要進行循環顯示測量結果。當調用超聲波測距子程序后，首先置單片機P1.0腳為低電平，使LM1812的8腳為高電平，處于發射模式，立即啟動內部計時器T0進行計時，為了避免超聲波從發射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發，這時，單片機需要延時約1.5-2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區值）后，才啟動對單片機P3.2腳的電平判斷程序。當檢測到LM1812的14腳（P3.2腳）的電平由高轉為低電平時，立即停止T0計時。由于采用單片機采用的是12MHz的晶振，計時器每計一個數就是1μs，當超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0中的數（即超聲波來回所用的時間）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。

為增強抗干擾能力，系統連續發射超聲波測量四次，從中剔除最大最小值，求兩次平均值計算出精確的距離。這樣每秒可測約四個數據，仍然可以滿足實時性要求。

三、總結及改進

本文設計的倒車雷達超聲波發射和接收電路選用專用集成芯片，簡化了系統設計，方便了電路調試，也使得使系統抗干擾能力增強，該設計在實驗室條件進行了測試，經過簡單調試就正常穩定工作，實現了設計目標。另外，電路元件要選用低噪聲器件，采取合理的電路布局，良好的印刷板走線，并注意進行屏蔽。

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作者簡介：晁松杰（1986.4- ），男，河南漯河人，助教，研究方向：電學，電子信息。