超聲波汽車防撞預警系統的探索研究

摘 要：本文通過對超聲波回聲測距原理分析，研究汽車防撞預警系統中超聲波測距模塊化在汽車主動安全裝置中的應用，通過實驗研究，利用超聲波不容易受到外界環境影響、精度高、范圍大的特點，提出了一種超聲波測距模塊分析系統。該系統探究超聲波測距的硬件、軟件系統，確定了實現系統功能所需的關鍵技術。

關鍵詞：汽車防撞；超聲波；測距

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.226

0 引言

隨著我國汽車保有量的增加，交通事故頻發、交通事故嚴重，所以汽車安全問題顯得尤為重要。以預防撞擊為核心的現代汽車主動安全技術成為現代智能交通發展的迫切需求。

1 超聲波在防撞預警系統中的應用

各汽車廠商所研究的測距技術有超聲波測距研究、雷達紅外測距研究，還有激光測距研究。而通過性能測試后量產的以超聲波測距應用為主。

超聲波防撞預警研究主要是利用超聲波回聲測距原理，通過測量距離和時間并及時顯示障礙物的位置，實現汽車前行和倒車時與障礙物之間距離的檢測并分段距離顯示蜂鳴與語音提醒。

超聲波測距裝置一般由發射器、接收器和信號處理電路三部分組成。通常發射器、接收器可用一體化收發器完成，信號處理電路通過89C51或89C52系列單片機實現。超聲波測距簡單其頻率為20kHz～20MHz，成本低、制作方便，隨著頻率的增加，檢測距離減小，超聲波測距頻率在15～40kHz時檢測距離減少，檢測距離為0.5～3.0m。超聲波的方向經反射面反射給接收器發散角大。但總體比較超聲波測距基于單片機AT89C52和專用芯片測量反射時間t，S=vt得到聲波發射到反射面的距離（v=314m/s，計算時加入溫度補償）。

2 系統硬件模塊

2.1 微控制器模塊

AT89C2051、AT89S51是CMOS8位4K字節Flash 閃速微處理器，GFFFFF128字節內部RAM與MCS-51系列指令集16位定時/計數器和引腳兼容，一個5向量兩級中斷結構。128bytes片內振蕩器，RAM，2Kbytes 時鐘電路，15根I/O線，32個I/O口線，2個16位定時/計數器，AT89S510Hz的靜態邏輯操作5個兩級中斷源，1個全雙工串行口。工作電壓范圍4.25V～5.5V，使用頻率12MHz。需要外部擴展的I/O系統電路同步復位信號。

2.2 超聲波測距模塊

超聲波測距模塊需要傳感器作用距離和分辨力、驅動電路保證發射功率和波形以及回波探測電路接收靈敏性。對發射來說此模塊使用HC SR04超聲波要使電能到機械能轉換效益最大，模塊的非接觸式距離可以提供2-400 cm，精度可達3MM。最佳的工作點運用IO的觸發范圍必須在反共振頻率處，模塊重復性自動發送40 khz的方波信號。只有這樣才能自動檢測是否返回，發射共振頻率返回信號與接收部分的反共振頻率一致同步輸出，輸出一個高水平的IO端口，高水平的傳感返回的超聲波發射。測試距離（=高水平時間*聲音（340 m/ S））/ 2。

2.3 發射電路模塊

超聲波發射電路由CC7555時基電路間斷單脈沖發射。單片機AT89C2051測距P1.7引腳控制CC7555時基電路每測距一次產生40KHz的頻率信號接收一次。給超聲波發生器間斷地激發換能器晶片振動，由超聲波探頭發射的超聲波射向障礙物。此方法測試距離太近利用超聲波測量靈敏度高，該系統采用間斷多脈沖發射穿透力強，測量速度快自動識別被測距離遠近，測量角度大，設置發射脈沖個數可對較大范圍內的物體進行檢測。

2.4 報警電路模塊

用聲光報警電路Speaker發光二極管和三極管、電阻YSG接到P13引腳上，構成聲音報警電路。AT89C2051的P1.6與AT89S5l單片機的P2.2管腳控制CC7555電路輸出高電平，經反相器到達NE555的4管腳時為低電平，產生一定頻率的信號驅動揚聲器發出報警聲。NE555不工作，時基電路CC7555處于暫穩態，發光二極管不亮，輸出低電平揚聲器YSG不發聲，此時電源向電容充電直到下一次測距結束。汽車與障礙物距離小于設定的安全距離時，由芯片MCS14495驅動CC7555電路、AT89S51單片機的P2.2P1.4、P1.5管腳AT89C2051的P1.6輸出低電平，采用靜態顯示經反相器到達NE555的4管腳時為高電平。控制產生的BCD驅動芯片MCS14495的鎖存信號NE555開始振蕩，發光二極管經三極管驅動點亮，BinaryCode Dencimal，二進制編碼電容耦合濾除直流分量使YSG發出報警聲音。

3 系統軟件模塊

軟件設計的主要思路是由預設、發射、接收、顯示、聲音報警等五個模塊為前提下組成的五個獨立模塊。在主程序中有一個鍵控循環模式，在我們按下控制的按鈕時，在一定的時間內，這五個獨立模塊中的每個模塊會反過來實現調用預置子程序、子程序、子例程接收子程序，這五個獨立模塊可以根據結果分析測量結果。當測量距離小于我們設定的安全距離時，會又蜂鳴器來發出聲音來報警。

4 結果分析

調試采用硬件調試和軟件調試結合起來進行，該系統主要通過超聲波傳播對測量精度進行有效的探索研究，能在一定程度上進行準確以及及時的聲光報警。通過探索研究分析，該系統硬件和軟件協調性較好，在滿足設計要求的條件下對駕駛員進行預警保證交通安全。

參考文獻：

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[2]張樂，任國華，王省書.現代汽車的測距技術與應用[J].交通運輸，2012， 26（06）：1-2.

作者簡介：趙開國（1985-），男，甘肅人，車輛工程碩士，研究方向：汽車電子方向。