基于單片機的超聲波測距汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計

趙閱涵

摘 要：隨著我國的汽車數(shù)量正逐年增加，倒車時的防撞問題引起廣泛重視。為此設(shè)計了以單片機為核心，利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車防撞警報系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：超聲波 測量距離 數(shù)碼顯示 報警 自動剎車

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）01-0-01

一、緒論

1.倒車雷達設(shè)計的意義與現(xiàn)狀

倒車雷達是一種輔助車主泊車或者倒車的裝置，啟動倒車雷達系統(tǒng)時，它能通過發(fā)射和接收超聲波來探測周圍障礙物的情況，并以聲音或者影像告知車主，其利用的原理是超聲波非接觸測距技術(shù)。

本汽車防撞裝置包含有單片機控制電路、超聲波測距傳感器、蜂鳴器報警電路及數(shù)碼管顯示部件等，裝置將各部件有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)超聲波測距及蜂鳴器報警提示的功能。

2.電機工作原理

本次設(shè)計以STC89C52單片機為核心，設(shè)計了超聲波倒車防撞系統(tǒng)。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對倒車雷達測距及顯示報警的要求，通過發(fā)射超聲波，碰到障礙物返回后，接收超聲波，計時往返時間，并計算出距離顯示結(jié)果，當達到危險距離時報警且自動剎車。

二、數(shù)字超聲波倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計

1.系統(tǒng)設(shè)計要求

本系統(tǒng)的主要功能是：當車掛入倒檔后，超聲波發(fā)射電路開始連續(xù)不斷的發(fā)出超聲波，遇到障礙物后反射，超聲波接收電路接收，控制電路通過相應(yīng)的計算，可以計算出相應(yīng)的距離，并送至顯示電路進行顯示。如果所測距離小于預先設(shè)置好的報警距離，則報警電路就會報警并且使制動系統(tǒng)停止工作完成自動剎車的功能。

具體指標為：警報觸發(fā)最小距離為50cm；實時測距誤差控制為5%-10%；工作電壓5v；超聲波產(chǎn)生的信號強度為40Khz；測距范圍為2-500cm；6 超聲波的發(fā)射頻率為1s測量2-3次。

2.系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)

按照系統(tǒng)所需功能，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可以劃分為：測距系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鍵盤電路、顯示和語音報警系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)。

其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計主要對STC89C52單片機系統(tǒng)進行設(shè)計；顯示報警系統(tǒng)設(shè)計要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和動態(tài)態(tài)顯示電路進行設(shè)計；鍵盤電路主要用于控制報警系統(tǒng)的閥值；制動系統(tǒng)主要對小車電動機的控制。

三、系統(tǒng)模塊選用

1.超聲波模塊選用

超聲波傳感器：本系統(tǒng)的目標測量范圍為2cm-500cm，精度要求3mm，響應(yīng)時間為2s。根據(jù)以上指標選用HC-SR04測距模塊。

HC-SR04測距模塊可提供2cm-600cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。

超聲波的測距原理及實現(xiàn)：本設(shè)計的超聲波測距是使用了渡越時間檢測法。在移動車輛中應(yīng)用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收的時間差和傳播速度，計算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的距離。

2.單片機模塊選用

單片機的選用：單片機是系統(tǒng)控制的核心，本設(shè)計選擇STC89C52作為本系統(tǒng)的控制部件。

STC89C52單片機最小系統(tǒng)：89C51單片機，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲器，所以只要單片機外接時鐘電路和復位電路就可以組成了單片機的最小系統(tǒng)了。

3.顯示報警電路的設(shè)計

顯示報警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機STC89C52處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報警響應(yīng)。顯示報警電路由顯示和報警兩部分電路組成，主要實現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報警功能，以此提醒駕駛員。

4.報警電路的設(shè)計

報警部分采用一個蜂鳴器進行報警，利用單片機控制輸出一個一定頻率的信號。由于蜂鳴器的工作電流比較大，以至于單片機的I/O口無法直接驅(qū)動，所以用三極管來放大電流。

5.制動電路

本設(shè)計的制動電路采用了L298電機驅(qū)動模塊和兩個直流電機來完成，兩個直流電機分別控制兩個輪子的轉(zhuǎn)動。當系統(tǒng)在正常情況下運行時，電機驅(qū)動電路正常運行，當超聲波測距測到的距離小于設(shè)置距離時，單片機發(fā)送指令使電機停止運行。這樣就達到了自動剎車的功能。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計的軟件設(shè)計利用keil軟件，采用C語言編寫。與同樣具有單片機編寫能力的匯編語言相比，C語言在編寫程序時，更加簡單、容易理解而且移植性特別強，可以靈活運用，使得本設(shè)計的軟件設(shè)計可以直接利用現(xiàn)有的模塊程序。

1.主程序設(shè)計

本設(shè)計的程序設(shè)計主要是利用單片機eeprom的存儲功能，系統(tǒng)初始化后，將預先設(shè)置好的最小報警距離參數(shù)存進eeprom中，再利用超聲波測距模塊發(fā)送超聲波，計算出最終的距離，并且與預先設(shè)置好的最小報警距離作比較。如果小于報警距離，蜂鳴器發(fā)出報警聲，并且同時向電機驅(qū)動電路發(fā)送剎停信號，產(chǎn)生自動剎車；如果距離合適就顯示在數(shù)碼管上，如此反復。

五、系統(tǒng)測試

本設(shè)計在設(shè)計時，其范圍為2cm到500cm。根據(jù)以上測試，得出該超聲波測距的誤差范圍在±4cm之內(nèi)，當距離較小時，其測量值較準確；隨著測量距離的增大，測量的準確性降低，誤差越來越大。

造成這些誤差的可能應(yīng)該為以下幾點：實驗室內(nèi)障礙物較多：在焊接時可能出現(xiàn)漏洞：超聲波本身衰減：不同溫度下超聲波傳播速度不同。

六、結(jié)論

本文主要講述了超聲波測距儀的原理和設(shè)計方法，設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測量距離，在距離小于20cm時發(fā)出報警。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用LST89C52，采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機控制超聲波發(fā)射與接收模塊進行信號的發(fā)射。

參考文獻

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