超聲車距預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)一種超聲車距預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用單片機(jī)控制技術(shù)和超聲波測(cè)距技術(shù)，通過顯示障礙物與汽車的距離并根據(jù)其距離遠(yuǎn)近實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警。該設(shè)計(jì)采用三傳感器接收系統(tǒng)解決了障礙物的二維定位問題，并對(duì)所使用的車距預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析。
關(guān)鍵詞：車距預(yù)警；超聲波測(cè)距；單片機(jī)控制；二維定位

0 引言
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車不再是單純的機(jī)械產(chǎn)品，而是各種科技集中的載體。車距預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)也成為提高汽車智能化的重要內(nèi)容之一。該系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)、判斷和操作失誤而引起事故，同時(shí)它將對(duì)提高汽車智能化水平和最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。
本文選擇了現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于車距預(yù)警系統(tǒng)中的超聲波測(cè)距。超聲波測(cè)距的成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性較高。本設(shè)計(jì)可測(cè)量的范圍為0．39～10．3 m，除了基本的超聲波測(cè)距電路外，還有測(cè)溫電路、車速檢測(cè)電路、電源模塊及語音報(bào)警電路。并且，系統(tǒng)采用三接收傳感器的設(shè)計(jì)方案來確定障礙物的空間三維坐標(biāo)位置。本設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)便、工作穩(wěn)定可靠、檢測(cè)速度快和成本低等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無接觸式測(cè)量，應(yīng)用廣泛。

1 超聲波測(cè)距儀工作原理
本文的超聲波測(cè)距中采用渡越時(shí)間檢測(cè)法，發(fā)射器發(fā)射超聲波，經(jīng)過障礙物反射后被接收器接收，測(cè)量發(fā)射器發(fā)射和接收器接收超聲波的時(shí)間差為t，同時(shí)，超聲波在空氣中的傳播速度c受環(huán)境溫度τ的影響較大，考慮了環(huán)境溫度對(duì)傳播速度的影響后，距離公式為：

本設(shè)計(jì)選用頻率為40 kHz左右的超聲波，它在空氣中傳播的效率最佳。同時(shí)，超聲波探頭(即超聲波傳感器)采用的是防水型收發(fā)一體式雙晶片壓電振動(dòng)式超聲換能器TCF40-25TR，其中心頻率為(40±1)kHz，恰好適用于本設(shè)計(jì)的超聲波頻率。

2 車距預(yù)警系統(tǒng)的原理分析與硬件設(shè)計(jì)
在完成超聲波測(cè)距的理論分析后，需要將超聲波測(cè)距的硬件安裝在車尾，這就需要進(jìn)一步分析和設(shè)計(jì)車距預(yù)警系統(tǒng)。
2．1 車距預(yù)警系統(tǒng)的原理分析
超聲波測(cè)距的目的是為了測(cè)得超聲波探頭到障礙物之間的距離，但是超聲波測(cè)距系統(tǒng)無法對(duì)障礙物進(jìn)行空間二維甚至是平面二維的定位。為了解決這個(gè)問題，本設(shè)計(jì)提出了三接收傳感器的設(shè)計(jì)方案來確定障礙物的平面二維坐標(biāo)位置。
若安裝的位置間距不同，三個(gè)接收器探頭接收回來的時(shí)間值是不一樣的。由三個(gè)接收探頭和超聲波反射點(diǎn)可以確定一個(gè)空間四面體的全部邊長(zhǎng)參數(shù)，根據(jù)幾何關(guān)系，通過這幾個(gè)邊長(zhǎng)參數(shù)，可以求得超聲波反射點(diǎn)的坐標(biāo)值，亦即障礙物的具體位置。

如圖1所示為車距預(yù)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別有單片機(jī)及其外圍電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、測(cè)溫電路、電源電路、車速檢測(cè)電路和語音報(bào)警電路。
2．2 車距預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．2．1 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)中，主控芯片選擇的是單片機(jī)AT89S52。最小系統(tǒng)由AT89S52芯片以及外圍電路組成(如圖2所示)，是整個(gè)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的核心部分。