張旭

摘 要 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活及交通的需求升級(jí)，汽車(chē)的數(shù)量在不斷攀升。隨之而來(lái)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(cái)產(chǎn)和生命的巨大損失。針對(duì)這種情況，用超聲波測(cè)距法來(lái)設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)就顯得很有必要。

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

汽車(chē)的普及讓人們?cè)谙硎芷?chē)帶來(lái)的樂(lè)趣及便捷時(shí)，也更加注重汽車(chē)的安全性，因此在汽車(chē)內(nèi)安裝汽車(chē)測(cè)距防撞報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。

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

1超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理

超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（time of filght）它的具體工作方法是：經(jīng)過(guò)檢測(cè)已發(fā)射超聲波遭遇障礙反射的回波，測(cè)量二者之間的時(shí)間差T，最終可以求出距離（S）。一般采用渡越時(shí)間法，即S=CT/2，其中S為測(cè)量點(diǎn)與被測(cè)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(shí)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(duì)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(cè)量距離，t為往返時(shí)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(jī)觸發(fā)信號(hào)，然后監(jiān)視回響引腳，再利用定時(shí)器計(jì)算出回響信號(hào)寬度，最后換算為距離就可以了。

2倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

按照倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求，可認(rèn)為其主要由4部分構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、溫度測(cè)控模塊、超聲波收發(fā)模塊和聲光報(bào)警模塊。

2.1 單片機(jī)主控模塊

其中單片機(jī)主控模塊芯片主要使用51系列STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)擁有穩(wěn)定的性能，這種控制芯片在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中使用頻率較高;單片機(jī)輸出端驅(qū)動(dòng)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(guò)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(cè)控模塊

為了簡(jiǎn)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(shū)寄存器，用以指示器件的溫度，其通信方式簡(jiǎn)潔，只需通過(guò)一根接口線(xiàn)則可寫(xiě)入指令和讀出溫度。而且溫度變換的速度很快，用戶(hù)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(jiǎn)單，可依靠數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，而且只需極少的外圍元件，有時(shí)不用外圍元件也可完成工作，溫度測(cè)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(lái)工作的。超聲波發(fā)射電路是由LM555CH集成定時(shí)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(huì)開(kāi)始導(dǎo)電，C開(kāi)始放電，電容電位下降;只要C開(kāi)始放電，又會(huì)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(huì)變成高電平，C又開(kāi)始充電……周而復(fù)始，由此產(chǎn)生振蕩，實(shí)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(hào)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(hào)對(duì)應(yīng)，否則將失去共振，破壞超聲波信號(hào)接收。

2.4 聲光報(bào)警模塊

LED顯示電路采用兩位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描方式來(lái)完成距離的顯示，可精確至0.1米。報(bào)警功能采用語(yǔ)音播放模塊實(shí)現(xiàn)人聲播報(bào)報(bào)警，當(dāng)超聲波探頭探測(cè)障礙物距離小于5米時(shí)，會(huì)啟動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)告知司機(jī)與障礙物的距離，當(dāng)超聲波探頭探測(cè)到障礙物距離小于3米時(shí)，西東會(huì)通過(guò)實(shí)時(shí)語(yǔ)音系統(tǒng)自動(dòng)播報(bào)障礙物的距離并精確報(bào)告距離長(zhǎng)度，當(dāng)探測(cè)頭探測(cè)障礙物距離小于1.5米時(shí)，系統(tǒng)不僅會(huì)播報(bào)距離障礙物的距離還會(huì)發(fā)出“危險(xiǎn)”等提示音，當(dāng)探測(cè)頭探測(cè)障礙物小于1米時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出“請(qǐng)及時(shí)停車(chē)”等提示音，有的還會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)以幫助減少交通事故。

ISD2560語(yǔ)音芯片可以接收單片機(jī)發(fā)出的命令，當(dāng)其被指令錄音時(shí)，能將話(huà)筒傳出的語(yǔ)音段在內(nèi)部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ);當(dāng)其被指令放音時(shí)，則會(huì)依照單片機(jī)給定的位置在存儲(chǔ)器找到并提出語(yǔ)音段，然后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，將語(yǔ)音段以聲音的形式播出。

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