湯傳國

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基于單片機的超聲波倒車雷達設計

湯傳國

（聊城大學機械與汽車工程學院，山東 聊城 252000）

文章設計了一種基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)，以AT89C51型單片機作為控制核心，集距離測量、顯示，方位顯示和危險報警于一體，以提高駕駛者在倒車泊車時的安全性和舒適性。本設計采用Keil軟件對系統(tǒng)程序進行調試，并采用Proteus對整個系統(tǒng)進行了仿真，仿真結果達到了預期的效果。

超聲波；測距；單片機；倒車雷達

前言

近年來，隨著駕駛人和機動車數量的急劇增長，行車路況復雜，駕駛員往往不能及時的了解車輛周邊尤其是后方的環(huán)境，導致駕駛員操作不及時，造成很多事故[1]。本文設計了以AT89C51單片機為核心，利用超聲波來進行測距，同時具有實現顯示和報警功能的倒車雷達系統(tǒng)，大大提高了倒車泊車的安全性。

1 系統(tǒng)總體設計

本文設計了一種基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)，采用超聲波脈沖回波法對距離進行測量，AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制單元，TCF40-16TRC超聲波收發(fā)一體式傳感器作為測距裝置。系統(tǒng)主要包括測距部分、控制部分和顯示報警部分。圖1所示為系統(tǒng)的整體框架圖。

圖1 系統(tǒng)總體框架示意圖

汽車泊車時掛倒檔，整車ECU會產生倒車信號，單片機接收該信號后進入工作狀態(tài)，產生脈沖電壓信號，該信號經過四選一分時選通開關被發(fā)送到第一路（后左支路）測距電路，經過電路放大后驅動傳感器發(fā)射超聲波，同時單片機開始計時。超聲波遇到障礙物后產生的反射回波被超聲波接收傳感器所接收，并將其轉化為電信號，單片機收到信號后，響應該中斷，系統(tǒng)會執(zhí)行外部中斷程序，停止先前的計時，控制器會得到超聲波發(fā)射和回波之間的時間差，定時中斷以后繼續(xù)執(zhí)行下一路。測距順序依次為后左，后左中，后右中和后右。隨后，控制器計算得到最小距離值，并將該值及方位傳送給LCD。當該值小于所設定的安全距離時，單片機驅動蜂鳴器發(fā)出報警，同時AEB系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，以保證泊車安全。

2 系統(tǒng)硬件設計

AT89C51單片機是一種低功耗和高性能的八位芯片[2]。硬件電路主要包括單片機控制電路，超聲波測距收發(fā)電路，回波電信號放大電路，LCD顯示電路，報警電路，方位燈顯示電路等。

2.1 超聲波測距收發(fā)電路

超聲波收發(fā)電路的功能主要有：增大驅動發(fā)射聲波脈沖電壓幅值，實現聲波信號與電信號之間的轉化；提高超聲波有效發(fā)射距離。本系統(tǒng)選擇CD4052型芯片用來分時選通四個支路的傳感器。

2.2 回波電信號放大電路設計

放大電路選擇CX20106A型芯片作為控制核心。圖2中引腳1接CD4052芯片的Y端。該放大電路對回波電信號進行處理，最終產生并向單片機輸出一個低電平信號[3]。該信號會向控制芯片申請中斷，隨即單片機發(fā)送計時停止指令，同時系統(tǒng)便開始對數據進行處理。

圖2 超聲波回波信號放大電路圖

2.3 液晶顯示系統(tǒng)的電路設計

本設計選擇YBLCD1602LCD液晶顯示器作為顯示裝置。圖3中芯片P0的八個引腳端口分別與LCD的八個引腳相連接，傳輸指令和數據。P1.0、P1.1和P1.2引腳分別與LCD的三個端口相連接，對LCD的讀寫功能進行控制。

2.4 系統(tǒng)方位燈電路設計

圖4所示為系統(tǒng)方位燈的電路圖，當其中一個二極管點亮，表明該路傳感器對應方位的障礙物距離車體的位置最近。這四個發(fā)光二極管分別與芯片的引腳相連，當芯片所對應引腳輸出為低電平時，該引腳所對應的二極管被點亮。

圖3 系統(tǒng)LCD顯示電路圖

圖4 系統(tǒng)方位燈電路圖

2.5 系統(tǒng)報警電路設計

系統(tǒng)采用PB2130UP002A蜂鳴器作為聲音報警裝置，當障礙物與車體距離過近時，蜂鳴器發(fā)出聲音以起到報警的作用[4]。由圖5可知該電路是利用一個三級管來驅動，蜂鳴器電路與單片機的P3.7引腳相連接。

圖5 系統(tǒng)報警電路圖

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件部分由運行主程序，超聲波收發(fā)子程序，發(fā)射通道選通子程序，LCD顯示子程序，報警子程序等組成。

3.1 軟件主程序設計

圖6所示為主程序流程框圖，汽車掛入倒檔時，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。首先對每個緩沖單元清零，對液晶顯示器進行初始化[5]。隨后，系統(tǒng)開始檢測是否有倒車信號傳來，若有超聲波測距支路便開始進入工作狀態(tài)，反之繼續(xù)等待。

設置定時器并賦初值，同時T1定時器開中斷。單片機通過檢測四路探測完畢的標志位來判斷四路探測是否完畢，標志位為1則表示都已經完成，對數據進行處理，完成后通過LCD顯示最小距離，同時報警模塊判斷是否需要報警，延遲大約0.5s后，系統(tǒng)又回到檢測倒車信號處開始下一輪的循環(huán)。

圖6 系統(tǒng)主程序圖

3.2 超聲波收發(fā)子程序設計

單片機接收超聲回波的信號，系統(tǒng)進入外部中斷0程序[6]。此時，定時器T0首先停止計時，禁止外部中斷0的中斷，然后計數值保存在以40H為起始的單元中。隨后，系統(tǒng)等待定時器T1所設定的40ms中斷產生，一旦產生，便會繼續(xù)進行下一支路的測距。

3.3 定時器T1中斷程序設計

系統(tǒng)進入定時器T1中斷程序，T1關閉，外部0中斷被禁止，同時T1被重新賦初值。如果全部選通完畢且有四個計數值，系統(tǒng)會置標志位然后比較這四個值返回主程序。如果四通路還沒有全部選通，系統(tǒng)會繼續(xù)選通還沒有被選通的通道，同時調用發(fā)射超聲波的子程序，啟動定時器T0和定時器T1，并允許定時器T1中斷。

4 系統(tǒng)調試與仿真

本文使用Keil軟件對程序進行調試，使用Proteus軟件對電路進行仿真。圖7中，示波器窗口可以看見有一串矩形波發(fā)出，脈沖個數為16個，與預期的數目相同。

圖7 聯合仿真時示波器狀態(tài)示意圖

利用Keil軟件對系統(tǒng)的程序進行了調試并采用Proteus專業(yè)仿真軟件對整個系統(tǒng)進行了仿真以驗證系統(tǒng)的正確性和穩(wěn)定性。

5 結語

本文通過采用單片機控制和超聲波測距，設計出一種結構簡單、可靠性高的泊車雷達系統(tǒng)。利用超聲波來進行測距，測量精度比較高，同時實現顯示和報警的功能，完全滿足駕駛員泊車的需求。

[1] 郭強.周云仙等.液晶顯示手冊[M].電子工業(yè)出版社,2003.

[2] 靳霖霖,曾迎生,宋金澤.自動泊車超聲傳感器系統(tǒng)設計[J].微計算機信息,2010(13).

[3] 劉同法,陳忠平,彭繼衛(wèi),睦仁武.單片機外圍接口電路與工程實踐「M].北京:北京航空航天大學出版社,2009.

[4] 尹克,陳吉峰等.車載可視倒車裝置的設計與實現[J].杭州電子科技大學學報.2007.

[5] 王秋爽,曾昭龍等.單片機開發(fā)基礎與經典設計實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[6] 張紅蓮.基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計[J].可編程控制器與工廠自動化,2008.

A ultrasonic reversing radar system’s design based on MCU

Tang Chuanguo

( College of Mechanical and Automotive Engineering, Liaocheng University, Shandong liaocheng 252000 )

This article designs a ultrasonic reversing radar system based on MCU. This system is based on AT89C51 Single-chip microcomputer as the control core. The system includes the follows modules: distance measurement module , control module and display and alarm module. This system can improve the driver’s safety performance and comfort performance when they reversing and parking. This design debugs the software programme of the system by keil software and the simulation by Proteus software. The simulation results achieved the expected results.

Ultrasonic; Ranging; MCU; Reversing radar

U462

A

1671-7988(2018)21-211-03

U462

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1671-7988(2018)21-211-03

湯傳國，就職于聊城大學機械與汽車工程學院，碩士研究生學歷，助教，研究方向為車輛控制技術，新能源汽車技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.071