淺談基于單片機控制的汽車倒車雷達系統

張旭

摘 要 隨著中國經濟的不斷發展和人們生活及交通的需求升級，汽車的數量在不斷攀升。隨之而來的就是交通的愈發擁擠，交通事故的頻發，最終導致人民財產和生命的巨大損失。針對這種情況，用超聲波測距法來設計一種基于單片機的汽車倒車雷達系統就顯得很有必要。

關鍵詞 汽車倒車雷達;STC89C52;超聲波;聲波測距法

汽車的普及讓人們在享受汽車帶來的樂趣及便捷時，也更加注重汽車的安全性，因此在汽車內安裝汽車測距防撞報警系統勢在必行。

超聲波具有指向性強、消耗能量慢的特點，能在介質中較遠傳播。因而用超聲波來測距是汽車倒車雷達系統設計中行之有效的手段之一，它有方便、計算簡單等特點，只需將其應用到汽車停車的前后左右防撞的近距離測量以及汽車倒車防撞報警系統中，便能有效提高車輛使用安全性。

1超聲波測距系統的原理

超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of filght）它的具體工作方法是：經過檢測已發射超聲波遭遇障礙反射的回波，測量二者之間的時間差T，最終可以求出距離（S）。一般采用渡越時間法，即S=CT/2，其中S為測量點與被測物體之間的距離，C為聲波在介質（此處指空氣）中的傳播速度，T為超聲波發射到返回的時間間隔。

超聲波顧名思義是一種聲波，研究發現聲速和溫度是相關的，通常，如果聲速增加0.6m/s，那么對應的溫度應上升了1攝氏度。下表就列出幾種溫度下的聲速關系。

按照之前溫度與聲波的算法，L為測量距離，t為往返時間差，c為超聲波傳播速度，那么：

而聲波在空氣中的傳播速度則可用以下公式表示：

此處只要單片機觸發信號，然后監視回響引腳，再利用定時器計算出回響信號寬度，最后換算為距離就可以了。

2倒車雷達系統的硬件設計

按照倒車雷達系統功能的設計要求，可認為其主要由4部分構成：單片機主控模塊、溫度測控模塊、超聲波收發模塊和聲光報警模塊。

2.1 單片機主控模塊

其中單片機主控模塊芯片主要使用51系列STC89C52單片機，該單片機擁有穩定的性能，這種控制芯片在單片機課程設計中使用頻率較高;單片機輸出端驅動超聲波發送模塊可控制發射電路。

US-100超聲波收發模塊可自己產生40kHz的方波，并經過超聲波發射探頭發射超聲波，偶同事發射出去的超聲波遇到障礙物后再由超聲波接送探頭接收。

2.2 溫度測控模塊

為了簡化電路結構，提高精度，系統采用集成溫度傳感器DS18B20，該傳感器提供9位溫度讀書寄存器，用以指示器件的溫度，其通信方式簡潔，只需通過一根接口線則可寫入指令和讀出溫度。而且溫度變換的速度很快，用戶可定義非易失性的溫度警告設置。這種傳感器的供電方式也非常簡單，可依靠數據線供電，而且只需極少的外圍元件，有時不用外圍元件也可完成工作，溫度測量從-55℃～155℃不等。

2.3 超聲波收發模塊

壓電式超聲波接收器是利用壓電警惕的諧振來工作的。超聲波發射電路是由LM555CH集成定時器組成的多諧振蕩器，其基本原理是合上電源，輸出為高電平;電容電壓升高到一定范圍，R=S=0，則觸發器狀態不變，C繼續充電;當電容電壓升高大于一定值，R=0，S=0，觸發器也歸零，輸出電壓則為低電平;低電平狀態下，T會開始導電，C開始放電，電容電位下降;只要C開始放電，又會重演R=S=0;C繼續放電，當放電小于一定值，比較器C1輸出，比較器C2輸出S=1，那么輸出又會變成高電平，C又開始充電……周而復始，由此產生振蕩，實現超聲波發送電路。

超聲波接收器由超聲波接收探頭、信號放大模塊及波形變化電路組成。相應的，超聲波探頭必須與發射探頭型號對應，否則將失去共振，破壞超聲波信號接收。

2.4 聲光報警模塊

LED顯示電路采用兩位LED數碼管動態掃描方式來完成距離的顯示，可精確至0.1米。報警功能采用語音播放模塊實現人聲播報報警，當超聲波探頭探測障礙物距離小于5米時，會啟動語音播報系統，實時告知司機與障礙物的距離，當超聲波探頭探測到障礙物距離小于3米時，西東會通過實時語音系統自動播報障礙物的距離并精確報告距離長度，當探測頭探測障礙物距離小于1.5米時，系統不僅會播報距離障礙物的距離還會發出“危險”等提示音，當探測頭探測障礙物小于1米時，系統會發出“請及時停車”等提示音，有的還會自動啟動剎車系統以幫助減少交通事故。

ISD2560語音芯片可以接收單片機發出的命令，當其被指令錄音時，能將話筒傳出的語音段在內部存儲器中存儲;當其被指令放音時，則會依照單片機給定的位置在存儲器找到并提出語音段，然后驅動揚聲器，將語音段以聲音的形式播出。

參考文獻

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