馬永翔

摘 要:隨著人們生活水平的日益提高,汽車數(shù)量也與日俱增,因此汽車的行駛安全就顯得尤為重要。介紹一種基于單片機(jī)SB5027的汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng),它能自動(dòng)檢測(cè)行進(jìn)中汽車前后方障礙物的距離,當(dāng)達(dá)到安全極限距離時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警,提示駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的操作。給出該報(bào)警系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),實(shí)踐證明該系統(tǒng)有效且準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞:單片機(jī);碰撞;報(bào)警;檢測(cè)

中圖分類號(hào):TP274+.53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-166-02

Design of Automobile Anti-collision Alarming System Based on Single Chip Computer

MA Yongxiang

(Shaanxi University of Technology,Hanzhong,723003,China)

Abstract:With rising of living standard,the number of cars increased every day,so cars driving safety is particularly important.The system of automobile anti-collision alarming system based on single chip SB5027 is introduced,it can auto detect distance frontage and rear fraise,when reach critical security distance,alarming of sound and light are given,the system hardware composition and software project are showed,Experiment results prove validity and veracity.

Keywords:single chip computer;collision;alarming;detection

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和高科技的飛速發(fā)展,在日常工作和生活中,汽車已成為人們理想的交通工具。汽車在帶給人們方便的同時(shí),也使得交通事故頻繁發(fā)生,并由此造成了人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失,因此汽車駕駛的安全性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車的碰撞安全技術(shù)是汽車安全技術(shù)中最難也是最核心的部分[1-3],對(duì)公路交通事故的分析表明,80%以上的車禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反應(yīng)不及引起,超過65%的車輛相撞屬于追尾相撞,其余則屬于側(cè)面相撞[4,5]。為了減少汽車事故的發(fā)生,給擁有汽車的用戶提供安全感,研制一種簡(jiǎn)單可靠,使用方便,能自動(dòng)檢測(cè)距離,發(fā)現(xiàn)汽車距離障礙物小于安全距離時(shí)給駕駛員發(fā)出報(bào)警提醒的安全系統(tǒng)具有實(shí)際意義。由于超聲波檢測(cè)具有快速準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)[6],因此,本設(shè)計(jì)采用超聲波檢測(cè)芯片來實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)警功能。

1 汽車防碰撞報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品性價(jià)比和實(shí)際需要,選用中易電測(cè)研究所研制的智能化超聲波測(cè)距集成電路芯片SB5027,它采用CMOS制造工藝,片內(nèi)具有比較器,標(biāo)準(zhǔn)40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應(yīng)脈沖接收器,集有動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示信息輸出、操作鍵盤、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定等功能[7,8]。將SB5027用作距離檢測(cè)時(shí)有以下特點(diǎn):動(dòng)態(tài)數(shù)碼跟蹤顯示;可以對(duì)距離上限、中限、下限值等參數(shù)設(shè)定;可以對(duì)距離、時(shí)間、定時(shí)等報(bào)警允許參數(shù)設(shè)置;最大量程及最小分辨率均由用戶設(shè)置;支持增值測(cè)距功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤顯示電路、核心功能芯片,輔助電路(復(fù)位電路和晶振電路)及報(bào)警電路等組成。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

1.1 超聲波測(cè)距原理

超聲波測(cè)距的基本原理同聲納回聲定位法的原理基本相同。超聲波發(fā)生器不斷的發(fā)出40 kHz超聲波,遇到障礙物反射回反射波,超聲波接收器接收到反射波信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)[9,10]。測(cè)出發(fā)射出去的發(fā)射波與收到的反射波的時(shí)間差T,即可求出距離:

S=(1/2)CT

式中:C為超聲波音速,

又:

C= yp/p0

式中:y為氣體的絕熱體積系數(shù)(空氣為1.4);p為氣體的氣壓(海平面為1.013×106 Pa);p0為氣體的密度(空氣為1.29 kg/m3)。

對(duì)于1 L空氣,質(zhì)量為m,體積為v,密度p=m/v。

故:

C=yp/p0=ypv/m

對(duì)于理想氣體,有:

pv=273RT

式中:R為摩爾氣體常數(shù);T為絕對(duì)溫度。

C=yRT/m

由于y,R,m均為已知常數(shù),故聲速C僅與溫度有關(guān),若溫度T不變,則聲音在空氣中的速度與氣壓無關(guān)。在0 ℃時(shí)C0=331.45 m/s。

對(duì)于任意溫度,有:

ci/co=Tl/273

即:

ci=331.45Tl/273

1.2 聲光報(bào)警、無線信號(hào)發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)

汽車防碰撞報(bào)警檢測(cè),采用超聲波傳感器。超聲波傳感器由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。

超聲波發(fā)射電路由施密特觸發(fā)器、變壓器、發(fā)射傳感器T探頭組成。由于SB5027內(nèi)部有標(biāo)準(zhǔn)40 kHz的超聲波發(fā)生器,所以直接引其內(nèi)部信號(hào)(由引腳SONIC OUT引出),但是該信號(hào)較弱,在發(fā)射電路部分還必須將信號(hào)放大。此信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)施密特反向觸發(fā)器串接,同時(shí)通過分壓電阻使NPN型晶體管VT導(dǎo)通,并把輸出端的電壓脈沖信號(hào)反饋到變壓器上,經(jīng)過升壓變壓器將電壓信號(hào)增大,來驅(qū)使發(fā)射型T40傳感器向外發(fā)射40 kHz的超聲波,電路圖如圖2所示。

圖2 超聲波發(fā)射電路

超聲波信號(hào)接收處理是測(cè)距系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號(hào)放大到足夠驅(qū)動(dòng),控制后級(jí)電路,所以接收電路主要解決接收信號(hào)的表面會(huì)出現(xiàn)漫反射現(xiàn)象,因此接收電路主要解決接收信號(hào)的穩(wěn)定性,即接收信號(hào)的自動(dòng)增益控制問題。由于發(fā)射信號(hào)接觸物體表面的一部分比較弱,同時(shí)由于被測(cè)距離的遠(yuǎn)近會(huì)引起反射信號(hào)幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響,接收電路應(yīng)具有信號(hào)放大和自動(dòng)增益控制功能。設(shè)計(jì)中選用芯片LM331來完成電壓/頻率的裝換。超聲波接收器R將接收到的反射波通過電容和電阻濾波后經(jīng)過LM331轉(zhuǎn)換成電壓,再經(jīng)兩個(gè)反向施密特觸發(fā)器串接將LM331裝換過來的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN 端,電路圖如圖3所示。

圖3 超聲波接收電路

報(bào)警電路在測(cè)距越限時(shí),由SB5027的BELLOUT端輸出高電平使晶體管VT1導(dǎo)通, 將報(bào)警器接通電源并發(fā)出報(bào)警聲。電路圖如圖4所示。

圖4 報(bào)警電路

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

系統(tǒng)通電后,主程序完成初始化工作,包括存器置初值等。當(dāng)汽車處于工作狀態(tài)時(shí),安置在汽車前后的報(bào)警裝置會(huì)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),傳送給SB5027單片機(jī)。單片機(jī)接收的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算、比較,正常時(shí),報(bào)警器不報(bào)警;如果與下限比較產(chǎn)生了越限,則產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào),提醒駕駛員采取相應(yīng)措施。

3 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)的汽車防碰撞報(bào)警器,充分利用了SB5027的內(nèi)部資源,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和時(shí)控制功能,使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài),提高了系統(tǒng)的綜合反映靈敏度。報(bào)警及時(shí),實(shí)現(xiàn)了防碰撞功能控制。實(shí)踐證明該系統(tǒng)使用效果優(yōu)于其他報(bào)警器,且具有體積小、使用方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王素娟,雷正保.帶保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的螺紋減切式汽車碰撞吸收裝置的電子控制系統(tǒng)[J].振動(dòng)與沖擊,2007,28(2):181-183.

[2]吉德志,何波.基于蒙特卡洛方法的碰撞預(yù)警系統(tǒng)仿真[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009,25(4):197-199.

[3]吳賽艷,楊輝.超聲波測(cè)距信號(hào)處理算法研究[J].福建電腦,2009(3):73-75.

[4]張桂榮,劉佃瑞.汽車碰撞德結(jié)構(gòu)性模擬數(shù)值分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2008(6):46-48.

[5]唐波.關(guān)于汽車碰撞試驗(yàn)設(shè)計(jì)和策劃的探討[J].汽車與配件,2008(31):24-25.

[6]吳敏,丁小軍.船體焊縫結(jié)構(gòu)的超聲波檢測(cè)[J].無損檢測(cè),2009(2):164-166.

[7]沙占友.集成傳感器原理[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

[8]李鳴華.超聲波測(cè)距專用芯片SB5027及其應(yīng)用[J].麗水師范學(xué)院學(xué)報(bào),2000,22(2)::21-23.

[9]張毅.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[10]朱亞洲,熊慶國(guó).智能天車防碰撞報(bào)警儀的設(shè)計(jì)開發(fā)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(28):123-124.