基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)

摘要：為降低汽車倒車時(shí)的碰撞事故，提出了一種基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)根據(jù)超聲波測(cè)距原理，采用AT89S 52單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)，并對(duì)測(cè)量距離誤差進(jìn)行了分析。測(cè)量距離為0．1～5．0m，其精度經(jīng)過(guò)校正后可達(dá)1 cm。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，有良好的測(cè)量精度和靈敏度。
關(guān)鍵詞：倒車?yán)走_(dá)；單片機(jī)；超聲波；測(cè)距

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，公民汽車保有量大幅上升，同時(shí)也伴隨著出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，當(dāng)汽車行駛在道路狹窄的城市，像泊車、掉頭這類簡(jiǎn)單的事對(duì)司機(jī)朋友們來(lái)說(shuō)也成為了巨大的考驗(yàn)，由此造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失和不必要的爭(zhēng)執(zhí)。面對(duì)如此窘境，基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)登上了歷史的舞臺(tái)并開(kāi)始造福人類。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示方式，告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和啟動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。系統(tǒng)采用基于單片機(jī)控制的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，由單片機(jī)控制時(shí)間計(jì)數(shù)，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時(shí)間，利用超聲波在空氣中的傳輸速度，從而得到實(shí)測(cè)距離。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)功能需要主要包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、報(bào)警電路以及顯示電路等，各信號(hào)線與控制線都接單片機(jī)，并在其指揮下統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，如圖1所示。駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，單片機(jī)AT89S52產(chǎn)生短暫的40 kHz信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波傳感器輸出，超聲波經(jīng)過(guò)障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進(jìn)行放大和比較，單片機(jī)將此信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，計(jì)算得到距離值，并將其送入顯示模塊，當(dāng)超過(guò)一定距離觸發(fā)報(bào)警電路，對(duì)駕駛員進(jìn)行提示。

1．2 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介
AT89S52是一種低功耗、高性能的8位微控制器，具有8 k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，AT89S52擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。
AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8 k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I／O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。
1．3 超聲波傳感器原理與應(yīng)用
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。
超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收)等。
超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：
1)工作頻率 工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。
2)工作溫度 由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。
3)靈敏度 主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大。靈敏度高；反之，靈敏度低。