張旭

摘 要 隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活及交通的需求升級，汽車的數(shù)量在不斷攀升。隨之而來的就是交通的愈發(fā)擁擠，交通事故的頻發(fā)，最終導(dǎo)致人民財產(chǎn)和生命的巨大損失。針對這種情況，用超聲波測距法來設(shè)計一種基于單片機的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)就顯得很有必要。

關(guān)鍵詞 汽車倒車?yán)走_(dá);STC89C52;超聲波;聲波測距法

汽車的普及讓人們在享受汽車帶來的樂趣及便捷時，也更加注重汽車的安全性，因此在汽車內(nèi)安裝汽車測距防撞報警系統(tǒng)勢在必行。

超聲波具有指向性強、消耗能量慢的特點，能在介質(zhì)中較遠(yuǎn)傳播。因而用超聲波來測距是汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計中行之有效的手段之一，它有方便、計算簡單等特點，只需將其應(yīng)用到汽車停車的前后左右防撞的近距離測量以及汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，便能有效提高車輛使用安全性。

1超聲波測距系統(tǒng)的原理

超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of filght）它的具體工作方法是：經(jīng)過檢測已發(fā)射超聲波遭遇障礙反射的回波，測量二者之間的時間差T，最終可以求出距離（S）。一般采用渡越時間法，即S=CT/2，其中S為測量點與被測物體之間的距離，C為聲波在介質(zhì)（此處指空氣）中的傳播速度，T為超聲波發(fā)射到返回的時間間隔。

超聲波顧名思義是一種聲波，研究發(fā)現(xiàn)聲速和溫度是相關(guān)的，通常，如果聲速增加0.6m/s，那么對應(yīng)的溫度應(yīng)上升了1攝氏度。下表就列出幾種溫度下的聲速關(guān)系。

按照之前溫度與聲波的算法，L為測量距離，t為往返時間差，c為超聲波傳播速度，那么：

而聲波在空氣中的傳播速度則可用以下公式表示：

此處只要單片機觸發(fā)信號，然后監(jiān)視回響引腳，再利用定時器計算出回響信號寬度，最后換算為距離就可以了。

2倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件設(shè)計

按照倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)功能的設(shè)計要求，可認(rèn)為其主要由4部分構(gòu)成：單片機主控模塊、溫度測控模塊、超聲波收發(fā)模塊和聲光報警模塊。

2.1 單片機主控模塊

其中單片機主控模塊芯片主要使用51系列STC89C52單片機，該單片機擁有穩(wěn)定的性能，這種控制芯片在單片機課程設(shè)計中使用頻率較高;單片機輸出端驅(qū)動超聲波發(fā)送模塊可控制發(fā)射電路。

US-100超聲波收發(fā)模塊可自己產(chǎn)生40kHz的方波，并經(jīng)過超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，偶同事發(fā)射出去的超聲波遇到障礙物后再由超聲波接送探頭接收。

2.2 溫度測控模塊

為了簡化電路結(jié)構(gòu)，提高精度，系統(tǒng)采用集成溫度傳感器DS18B20，該傳感器提供9位溫度讀書寄存器，用以指示器件的溫度，其通信方式簡潔，只需通過一根接口線則可寫入指令和讀出溫度。而且溫度變換的速度很快，用戶可定義非易失性的溫度警告設(shè)置。這種傳感器的供電方式也非常簡單，可依靠數(shù)據(jù)線供電，而且只需極少的外圍元件，有時不用外圍元件也可完成工作，溫度測量從-55℃～155℃不等。

2.3 超聲波收發(fā)模塊

壓電式超聲波接收器是利用壓電警惕的諧振來工作的。超聲波發(fā)射電路是由LM555CH集成定時器組成的多諧振蕩器，其基本原理是合上電源，輸出為高電平;電容電壓升高到一定范圍，R=S=0，則觸發(fā)器狀態(tài)不變，C繼續(xù)充電;當(dāng)電容電壓升高大于一定值，R=0，S=0，觸發(fā)器也歸零，輸出電壓則為低電平;低電平狀態(tài)下，T會開始導(dǎo)電，C開始放電，電容電位下降;只要C開始放電，又會重演R=S=0;C繼續(xù)放電，當(dāng)放電小于一定值，比較器C1輸出，比較器C2輸出S=1，那么輸出又會變成高電平，C又開始充電……周而復(fù)始，由此產(chǎn)生振蕩，實現(xiàn)超聲波發(fā)送電路。

超聲波接收器由超聲波接收探頭、信號放大模塊及波形變化電路組成。相應(yīng)的，超聲波探頭必須與發(fā)射探頭型號對應(yīng)，否則將失去共振，破壞超聲波信號接收。

2.4 聲光報警模塊

LED顯示電路采用兩位LED數(shù)碼管動態(tài)掃描方式來完成距離的顯示，可精確至0.1米。報警功能采用語音播放模塊實現(xiàn)人聲播報報警，當(dāng)超聲波探頭探測障礙物距離小于5米時，會啟動語音播報系統(tǒng)，實時告知司機與障礙物的距離，當(dāng)超聲波探頭探測到障礙物距離小于3米時，西東會通過實時語音系統(tǒng)自動播報障礙物的距離并精確報告距離長度，當(dāng)探測頭探測障礙物距離小于1.5米時，系統(tǒng)不僅會播報距離障礙物的距離還會發(fā)出“危險”等提示音，當(dāng)探測頭探測障礙物小于1米時，系統(tǒng)會發(fā)出“請及時停車”等提示音，有的還會自動啟動剎車系統(tǒng)以幫助減少交通事故。

ISD2560語音芯片可以接收單片機發(fā)出的命令，當(dāng)其被指令錄音時，能將話筒傳出的語音段在內(nèi)部存儲器中存儲;當(dāng)其被指令放音時，則會依照單片機給定的位置在存儲器找到并提出語音段，然后驅(qū)動揚聲器，將語音段以聲音的形式播出。

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