超聲波汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)的探索研究

摘 要：本文通過(guò)對(duì)超聲波回聲測(cè)距原理分析，研究汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)中超聲波測(cè)距模塊化在汽車(chē)主動(dòng)安全裝置中的應(yīng)用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，利用超聲波不容易受到外界環(huán)境影響、精度高、范圍大的特點(diǎn)，提出了一種超聲波測(cè)距模塊分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)探究超聲波測(cè)距的硬件、軟件系統(tǒng)，確定了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)防撞；超聲波；測(cè)距

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

0 引言

隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的增加，交通事故頻發(fā)、交通事故嚴(yán)重，所以汽車(chē)安全問(wèn)題顯得尤為重要。以預(yù)防撞擊為核心的現(xiàn)代汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)成為現(xiàn)代智能交通發(fā)展的迫切需求。

1 超聲波在防撞預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

各汽車(chē)廠商所研究的測(cè)距技術(shù)有超聲波測(cè)距研究、雷達(dá)紅外測(cè)距研究，還有激光測(cè)距研究。而通過(guò)性能測(cè)試后量產(chǎn)的以超聲波測(cè)距應(yīng)用為主。

超聲波防撞預(yù)警研究主要是利用超聲波回聲測(cè)距原理，通過(guò)測(cè)量距離和時(shí)間并及時(shí)顯示障礙物的位置，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)前行和倒車(chē)時(shí)與障礙物之間距離的檢測(cè)并分段距離顯示蜂鳴與語(yǔ)音提醒。

超聲波測(cè)距裝置一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理電路三部分組成。通常發(fā)射器、接收器可用一體化收發(fā)器完成，信號(hào)處理電路通過(guò)89C51或89C52系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距簡(jiǎn)單其頻率為20kHz～20MHz，成本低、制作方便，隨著頻率的增加，檢測(cè)距離減小，超聲波測(cè)距頻率在15～40kHz時(shí)檢測(cè)距離減少，檢測(cè)距離為0.5～3.0m。超聲波的方向經(jīng)反射面反射給接收器發(fā)散角大。但總體比較超聲波測(cè)距基于單片機(jī)AT89C52和專(zhuān)用芯片測(cè)量反射時(shí)間t，S=vt得到聲波發(fā)射到反射面的距離（v=314m/s，計(jì)算時(shí)加入溫度補(bǔ)償）。

2 系統(tǒng)硬件模塊

2.1 微控制器模塊

AT89C2051、AT89S51是CMOS8位4K字節(jié)Flash 閃速微處理器，GFFFFF128字節(jié)內(nèi)部RAM與MCS-51系列指令集16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和引腳兼容，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)。128bytes片內(nèi)振蕩器，RAM，2Kbytes 時(shí)鐘電路，15根I/O線，32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，AT89S510Hz的靜態(tài)邏輯操作5個(gè)兩級(jí)中斷源，1個(gè)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(kuò)展的I/O系統(tǒng)電路同步復(fù)位信號(hào)。

2.2 超聲波測(cè)距模塊

超聲波測(cè)距模塊需要傳感器作用距離和分辨力、驅(qū)動(dòng)電路保證發(fā)射功率和波形以及回波探測(cè)電路接收靈敏性。對(duì)發(fā)射來(lái)說(shuō)此模塊使用HC SR04超聲波要使電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)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(dá)3MM。最佳的工作點(diǎn)運(yùn)用IO的觸發(fā)范圍必須在反共振頻率處，模塊重復(fù)性自動(dòng)發(fā)送40 khz的方波信號(hào)。只有這樣才能自動(dòng)檢測(cè)是否返回，發(fā)射共振頻率返回信號(hào)與接收部分的反共振頻率一致同步輸出，輸出一個(gè)高水平的IO端口，高水平的傳感返回的超聲波發(fā)射。測(cè)試距離（=高水平時(shí)間*聲音（340 m/ S））/ 2。

2.3 發(fā)射電路模塊

超聲波發(fā)射電路由CC7555時(shí)基電路間斷單脈沖發(fā)射。單片機(jī)AT89C2051測(cè)距P1.7引腳控制CC7555時(shí)基電路每測(cè)距一次產(chǎn)生40KHz的頻率信號(hào)接收一次。給超聲波發(fā)生器間斷地激發(fā)換能器晶片振動(dòng)，由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。此方法測(cè)試距離太近利用超聲波測(cè)量靈敏度高，該系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射穿透力強(qiáng)，測(cè)量速度快自動(dòng)識(shí)別被測(cè)距離遠(yuǎn)近，測(cè)量角度大，設(shè)置發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)可對(duì)較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 報(bào)警電路模塊

用聲光報(bào)警電路Speaker發(fā)光二極管和三極管、電阻YSG接到P13引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路。AT89C2051的P1.6與AT89S5l單片機(jī)的P2.2管腳控制CC7555電路輸出高電平，經(jīng)反相器到達(dá)NE555的4管腳時(shí)為低電平，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。NE555不工作，時(shí)基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，發(fā)光二極管不亮，輸出低電平揚(yáng)聲器YSG不發(fā)聲，此時(shí)電源向電容充電直到下一次測(cè)距結(jié)束。汽車(chē)與障礙物距離小于設(shè)定的安全距離時(shí)，由芯片MCS14495驅(qū)動(dòng)CC7555電路、AT89S51單片機(jī)的P2.2P1.4、P1.5管腳AT89C2051的P1.6輸出低電平，采用靜態(tài)顯示經(jīng)反相器到達(dá)NE555的4管腳時(shí)為高電平?？刂飘a(chǎn)生的BCD驅(qū)動(dòng)芯片MCS14495的鎖存信號(hào)NE555開(kāi)始振蕩，發(fā)光二極管經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，BinaryCode Dencimal，二進(jìn)制編碼電容耦合濾除直流分量使YSG發(fā)出報(bào)警聲音。

3 系統(tǒng)軟件模塊

軟件設(shè)計(jì)的主要思路是由預(yù)設(shè)、發(fā)射、接收、顯示、聲音報(bào)警等五個(gè)模塊為前提下組成的五個(gè)獨(dú)立模塊。在主程序中有一個(gè)鍵控循環(huán)模式，在我們按下控制的按鈕時(shí)，在一定的時(shí)間內(nèi)，這五個(gè)獨(dú)立模塊中的每個(gè)模塊會(huì)反過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)用預(yù)置子程序、子程序、子例程接收子程序，這五個(gè)獨(dú)立模塊可以根據(jù)結(jié)果分析測(cè)量結(jié)果。當(dāng)測(cè)量距離小于我們?cè)O(shè)定的安全距離時(shí)，會(huì)又蜂鳴器來(lái)發(fā)出聲音來(lái)報(bào)警。

4 結(jié)果分析

調(diào)試采用硬件調(diào)試和軟件調(diào)試結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，該系統(tǒng)主要通過(guò)超聲波傳播對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行有效的探索研究，能在一定程度上進(jìn)行準(zhǔn)確以及及時(shí)的聲光報(bào)警。通過(guò)探索研究分析，該系統(tǒng)硬件和軟件協(xié)調(diào)性較好，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的條件下對(duì)駕駛員進(jìn)行預(yù)警保證交通安全。

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作者簡(jiǎn)介：趙開(kāi)國(guó)（1985-），男，甘肅人，車(chē)輛工程碩士，研究方向：汽車(chē)電子方向。