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        一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)的設(shè)計

        2012-02-20 09:07:24仇成群孫東升周殿鳳沈宏蘭
        裝備制造技術(shù) 2012年2期
        關(guān)鍵詞:防撞測距超聲波

        仇成群,孫東升,周殿鳳,沈宏蘭

        (鹽城師范學(xué)院物電學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)

        據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù):2011年1至6月中國國內(nèi)汽車銷量932.52萬輛,同比增長3.35%,繼續(xù)位居世界第一。截至2010年底,全國高速公路總里程達到7.4萬km,位居世界第二。汽車倒車的總次數(shù)也在不斷增長,汽車倒車雷達可以通過音頻,提示駕駛員汽車尾部障礙物的狀況,但倒車雷達成本相對較高。隨著小型價廉微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展,能夠使得超聲波測距傳感器性能得到顯著提升??梢酝ㄟ^單片機和超聲波特點,來設(shè)計一種汽車倒車防撞的報警系統(tǒng),能夠有效降低或防止汽車倒車狀態(tài)引起的劃傷、撞傷。文中設(shè)計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng),主要由控制系統(tǒng)模塊、測距系統(tǒng)模塊和顯示報警系統(tǒng)模塊組成,系統(tǒng)整體電路簡單可靠,價格低廉,能耗較低,體積小。

        1 超聲波測距基本原理簡介

        人耳的聽音范圍在20~2萬Hz,人耳聽不到的聲音頻率高于2萬Hz的聲波稱為超聲波。經(jīng)綜合比較,系統(tǒng)設(shè)計中采用的,是超聲波頻率為40 kHz的超聲波傳感器。系統(tǒng)設(shè)計采用的是超聲波測距基本原理,即當超聲波發(fā)射探頭源連續(xù)地發(fā)射40 kHz的超聲波,當超聲波遇到障礙物時,能夠反射回反射波,而當超聲波接收探頭部接收到反射波信號后,能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為電訊號。通過測量計算發(fā)射波和接收波之間的時間差Δt,再求出發(fā)射點到障礙物之間的距離S。在速度C已知的狀況下,容易求得S=CΔt/2。式中,C為超聲波的音速,因為超聲波本質(zhì)上也是聲波,所以C也為音速。

        系統(tǒng)在測距過程中,可以通過查表法,測量溫度值進行聲音速度的溫度補償誤差。時間差的獲取,可以通過計時器技術(shù)獲得,當發(fā)射聲速后,立即啟動定時計數(shù)器,在得到第一回波信號即刻停止計數(shù)器。通過測量計算得到超聲波發(fā)射波和接收波之間的時間差Δt和現(xiàn)場環(huán)境溫度T,就可以精確計算出超聲波發(fā)射點到障礙物之間的距離[1~4]。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        文中設(shè)計的一種基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)硬件,主要是由控制模塊(以AT89C51為倒車防撞報警系統(tǒng)控制芯片)、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊和報警模塊組成[5~8]。AT89C51由美國ATMEL公司生產(chǎn),具有低電壓、高性能的8位單片機,可以兼容MCS51指令系統(tǒng)。

        2.1 控制模塊設(shè)計

        倒車防撞報警系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

        圖1 倒車防撞報警系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方框圖

        控制系統(tǒng)由AT89C51單片機控制,其超聲波發(fā)射電路可以在AT89C51單片機控制下發(fā)射超聲波。當控制系統(tǒng)接收電路接收到反饋信號后,將信號直接輸入到AT89C51單片機進行計算處理,控制系統(tǒng)計算出汽車尾部與障礙物之間的距離,然后將計算處理后的結(jié)果輸入到系統(tǒng)顯示電路進行距離數(shù)值顯示,比對系統(tǒng)技術(shù)指標初始設(shè)定要求,通過聲光報警電路防撞報警。

        2.2 發(fā)射模塊和接收模塊設(shè)計

        倒車防撞報警系統(tǒng)超聲波發(fā)射模塊電路圖如圖2所示。發(fā)射模塊電路主要是由超聲波換能器和反向器74ALS04等組成。

        圖2 超聲波發(fā)射模塊電路圖

        倒車防撞報警系統(tǒng)超聲波接收模塊電路圖如圖3所示。系統(tǒng)超聲波接收模塊由超聲波接收探頭部分、信號放大電路部分和波形變換電路部分組成。

        圖3 超聲波接收模塊電路圖

        2.3 顯示模塊和報警模塊設(shè)計

        顯示模塊是典型的輸出設(shè)備,其應(yīng)用極為廣泛。最簡單顯示模塊即為LED發(fā)光二極管。文中綜合AT89C51單片機接口等資源,顯示模塊電路采用4位共陽LED數(shù)碼管來顯示倒車防撞距離m,段碼使用74ALS245芯片驅(qū)動,位碼使用PNP9012三極管來驅(qū)動。單片機AT89C51通過輸出超聲波換能器所需的40 kHz方波信號。報警模塊由揚聲器報警模塊電路組成。當汽車與障礙物之間距離小于0.50 m時,AT89C51即刻發(fā)出信號,使系統(tǒng)報警模塊電路工作,進而實現(xiàn)汽車倒車防撞報警。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)軟件程序,使用匯編語言編寫。主程序以單片機程序為主體,系統(tǒng)軟件主體功能在單片機主體程序中實現(xiàn)。主程序調(diào)用子程序及中斷服務(wù)程序即可完成。首先進行程序初始化,然后進行控制發(fā)射信號過程調(diào)用發(fā)射子程序,當一個發(fā)射周期結(jié)束后,系統(tǒng)能夠判斷當前發(fā)射信號后延時等待中有沒有發(fā)生中斷過程,有沒有回波產(chǎn)生,從而判斷程序整個流程。

        ISIS是由Labcenter公司出品。其實物級仿真系統(tǒng)功能很出色,可以仿真各種模擬電路,支持單片機系統(tǒng)。通過ISIS軟件設(shè)計的倒車防撞報警仿真系統(tǒng),可以有效模擬倒車防撞報警整個過程,當汽車與障礙物距離小于0.50 m,仿真系統(tǒng)報警電路模塊能夠有效顯示報警信號,系統(tǒng)達到了設(shè)計預(yù)期目標要求。

        4 結(jié)束語

        通過實車試驗結(jié)果,也表明了基于AT89C51的汽車倒車防撞報警系統(tǒng)設(shè)計,能夠達到防撞報警預(yù)期設(shè)計目標,系統(tǒng)設(shè)計較為合理,可以對汽車倒車過程中發(fā)生的警示車距小于0.50 m時實現(xiàn)系統(tǒng)報警。文中設(shè)計的汽車倒車防撞報警系統(tǒng),具有較好的市場應(yīng)用價值。

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