晁松杰++尤喜

摘要：倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車安全輔助裝置，可以幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。本設(shè)計(jì)以STC89C51RC單片機(jī)為核心，利用超聲波測(cè)算倒車距離，超聲波信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)抗干擾能力較好，實(shí)時(shí)性良好，可以有效地解決汽車倒車問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：倒車?yán)走_(dá)；單片機(jī)；超聲波測(cè)距

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活水平的日益提高，城市功能不斷豐富健全，城市交通系統(tǒng)也有了較大發(fā)展，其狀況也不斷改善。但是隨著汽車普及率的增加，交通事故的數(shù)量也在逐年增長(zhǎng)，其中以倒車引起的事故數(shù)量居多。駕駛員在擁擠和狹窄的街道上倒車，稍不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。因此，增加汽車的后視能力，研制無(wú)接觸式測(cè)量汽車后部障礙物距離的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。設(shè)計(jì)出好的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，對(duì)于減少城市的車輛擁堵和交通事故將有一個(gè)很好的控制作用。當(dāng)然這要求倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)應(yīng)該具有精度高，抗干擾強(qiáng)，價(jià)格低廉，適宜推廣等特點(diǎn)，這樣基于超聲波的測(cè)距系統(tǒng)，完全可以勝任此任務(wù)。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由STC89C51RC單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、環(huán)境溫度采集電路、顯示電路、報(bào)警電路等組成。其系統(tǒng)第一層是超聲波發(fā)射電路，其次是超聲波接收電路，第三層是環(huán)境溫度采集部分，最后是數(shù)字顯示和聲音報(bào)警電路。駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，超聲波模塊（發(fā)射模式）向后發(fā)射40kHz的超聲波信號(hào)，經(jīng)車后面障礙物反射，由超聲波模塊（接收模式）收集，進(jìn)行放大和比較，單片機(jī)STC89C51RC將此信號(hào)送入顯示模塊，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警聲音提示，并根據(jù)與障礙物距離的不同，發(fā)出不同的報(bào)警聲，提醒駕駛員注意車距。

（一）超聲波收發(fā)模塊

本系統(tǒng)采用超聲波專用集成電路LM1812作為超聲波發(fā)射和接收電路的主控芯片。LM1812是一種通用型超聲波收發(fā)器，主要用在各種各樣的測(cè)距、定向和通信中。芯片包括一個(gè)脈沖調(diào)制C類發(fā)射器，一個(gè)高增益接收器，一個(gè)脈沖調(diào)制檢測(cè)器及噪音抑制電路。LM1812第1腳外接L1，C1決定了電路發(fā)送或接收的工作頻率，其工作頻率為：

改變電感L1，電容C1的值可以改變振蕩頻率（本系統(tǒng)中f0為40 kHz），最高可達(dá)325 kHz。當(dāng)LM1812的8腳為高電平時(shí)，LM1812處于發(fā)射模式；當(dāng)8腳為低電平時(shí)，LM1812處于接收模式。值得注意的是，單片機(jī)到LM1812的連接要進(jìn)行5～12 V的電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)LM1812處于發(fā)射模式時(shí)，L1，C1振蕩槽路被切換為振蕩模式，振蕩信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后，由13腳及6腳輸出。6，13腳之間所接變壓器線圈的匝數(shù)比是根據(jù)TCF40-25TR1型收發(fā)一體式超聲波傳感器的阻抗來(lái)確定的。實(shí)驗(yàn)證明，變壓器線圈的匝數(shù)比大約為4：1時(shí)可實(shí)現(xiàn)與超聲波發(fā)送器阻抗相匹配。超聲波接收器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)電容耦合由4腳輸入，再經(jīng)內(nèi)部?jī)杉?jí)放大后同由1腳的諧振回路取出的信號(hào)一起送到檢測(cè)器。當(dāng)檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)時(shí)，LM1812的14腳（與單片機(jī)的INT0端相連）變?yōu)榈碗娖?，使單片機(jī)的T0計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

（二）測(cè)溫模塊

測(cè)溫電路采用了美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司的DS18B20單總線型數(shù)字溫度傳感器。DS18B20集溫度測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有體積小、動(dòng)態(tài)范圍寬、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20采用單總線方式和STC89C51RC單片機(jī)相連，即DS18B20的1腳接地，3腳接地，2腳接至STC89C51RC的P11引腳，同時(shí)將P11引腳采用一只4.7kΩ的電阻上拉至VCC。測(cè)得的溫度值以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1，2字節(jié)，單片機(jī)通過(guò)單總線接口讀到該數(shù)據(jù)后，即可通過(guò)計(jì)算得到實(shí)時(shí)環(huán)境溫度值。

（三）顯示模塊

設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)顯示功能切換，可以實(shí)現(xiàn)距離和溫度顯示的數(shù)字切換。通過(guò)單片機(jī)的21、22、23、24四個(gè)管腳的信號(hào)控制四個(gè)三極管的B極，利用三極管的開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。采用LED動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)芯片的計(jì)算后傳到LED上，由單片機(jī)P0.0—P0.6接LED的a～g七個(gè)筆段，單片機(jī)的P0.7口接LED的dp段，P2.0～P2.3接四個(gè)8550三極管的公共端，通過(guò)軟件以動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。段碼用74LS04驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)。

（四）報(bào)警模塊

當(dāng)距離達(dá)到我們?cè)O(shè)置的報(bào)警條件時(shí)，可以使用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警功放電路由頻率發(fā)生電路和功放組成，頻率發(fā)生電路類似超聲波發(fā)射電路的振蕩電路，調(diào)節(jié)頻率在800Hz左右即可，功放電路選用常用的LM386即可。P2.4接CD4011的一個(gè)輸入口，根據(jù)距離遠(yuǎn)近對(duì)應(yīng)控制鳴叫間歇的開(kāi)始與停止，用聲音提示駕駛員距離。

二、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距的軟件程序設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射控制程序、超聲波接收控制程序及顯示子程序、報(bào)警子程序組成。超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。

主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí)。置位總中斷允許位EA。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位ec=1時(shí)，測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是4-5次/秒。測(cè)距間隔中，整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測(cè)量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先置單片機(jī)P1.0腳為低電平，使LM1812的8腳為高電平，處于發(fā)射模式，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約1.5-2ms時(shí)間（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對(duì)單片機(jī)P3.2腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測(cè)到LM1812的14腳（P3.2腳）的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止T0計(jì)時(shí)。由于采用單片機(jī)采用的是12MHz的晶振，計(jì)時(shí)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)超聲波測(cè)距子程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。

為增強(qiáng)抗干擾能力，系統(tǒng)連續(xù)發(fā)射超聲波測(cè)量四次，從中剔除最大最小值，求兩次平均值計(jì)算出精確的距離。這樣每秒可測(cè)約四個(gè)數(shù)據(jù)，仍然可以滿足實(shí)時(shí)性要求。

三、總結(jié)及改進(jìn)

本文設(shè)計(jì)的倒車?yán)走_(dá)超聲波發(fā)射和接收電路選用專用集成芯片，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，方便了電路調(diào)試，也使得使系統(tǒng)抗干擾能力增強(qiáng)，該設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)試就正常穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。另外，電路元件要選用低噪聲器件，采取合理的電路布局，良好的印刷板走線，并注意進(jìn)行屏蔽。

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作者簡(jiǎn)介：晁松杰（1986.4- ），男，河南漯河人，助教，研究方向：電學(xué)，電子信息。