基于單片機的倒車雷達的設計

摘要：為降低汽車倒車時的碰撞事故，提出了一種基于單片機的超聲波測距倒車雷達的設計方案。該設計根據超聲波測距原理，采用AT89S 52單片機為控制核心，設計了超聲波測距倒車雷達，并對測量距離誤差進行了分析。測量距離為0．1～5．0m，其精度經過校正后可達1 cm。該設計結構簡單、工作可靠，有良好的測量精度和靈敏度。
關鍵詞：倒車雷達；單片機；超聲波；測距

隨著我國經濟的持續(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，同時也伴隨著出現了諸多問題，當汽車行駛在道路狹窄的城市，像泊車、掉頭這類簡單的事對司機朋友們來說也成為了巨大的考驗，由此造成了大量的經濟損失和不必要的爭執(zhí)。面對如此窘境，基于超聲波測距的倒車雷達登上了歷史的舞臺并開始造福人類。倒車雷達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車輛時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)采用基于單片機控制的倒車雷達系統(tǒng)，由單片機控制時間計數，計算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間，利用超聲波在空氣中的傳輸速度，從而得到實測距離。

1 系統(tǒng)總體設計
1．1 系統(tǒng)設計思想
倒車雷達系統(tǒng)采用模塊化設計，根據功能需要主要包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、報警電路以及顯示電路等，各信號線與控制線都接單片機，并在其指揮下統(tǒng)一協(xié)調工作，如圖1所示。駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統(tǒng)自動啟動，單片機AT89S52產生短暫的40 kHz信號，經放大后通過超聲波傳感器輸出，超聲波經過障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進行放大和比較，單片機將此信號經過處理后，計算得到距離值，并將其送入顯示模塊，當超過一定距離觸發(fā)報警電路，對駕駛員進行提示。

1．2 AT89S52單片機簡介
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存儲器。AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(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用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。
AT89S52具有以下標準功能：8 k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I／O口線，看門狗定時器，2個數據指針，3個16位定時器／計數器，1個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。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、定時器／計數器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。
1．3 超聲波傳感器原理與應用
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面以超聲波作為檢測手段，必須產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作用。它有許多不同的結構，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(一個探頭反射、一個探頭接收)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，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標包括：
1)工作頻率 工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，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一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。
3)靈敏度 主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大。靈敏度高；反之，靈敏度低。