超聲車(chē)距預警系統設計

摘要：設計一種超聲車(chē)距預警系統，該系統采用單片機控制技術(shù)和超聲波測距技術(shù)，通過(guò)顯示障礙物與汽車(chē)的距離并根據其距離遠近實(shí)時(shí)發(fā)出報警。該設計采用三傳感器接收系統解決了障礙物的二維定位問(wèn)題，并對所使用的車(chē)距預警系統進(jìn)行了誤差分析。
關(guān)鍵詞：車(chē)距預警；超聲波測距；單片機控制；二維定位

0 引言
隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)不再是單純的機械產(chǎn)品，而是各種科技集中的載體。車(chē)距預警系統的開(kāi)發(fā)也成為提高汽車(chē)智能化的重要內容之一。該系統的運用可極大地降低倒車(chē)難度，避免駕駛員因方向感不強、判斷和操作失誤而引起事故，同時(shí)它將對提高汽車(chē)智能化水平和最終實(shí)現汽車(chē)無(wú)人駕駛產(chǎn)生積極的意義。
本文選擇了現階段廣泛應用于車(chē)距預警系統中的超聲波測距。超聲波測距的成本較低，容易實(shí)現，可靠性較高。本設計可測量的范圍為0．39～10．3 m，除了基本的超聲波測距電路外，還有測溫電路、車(chē)速檢測電路、電源模塊及語(yǔ)音報警電路。并且，系統采用三接收傳感器的設計方案來(lái)確定障礙物的空間三維坐標位置。本設計具有操作簡(jiǎn)便、工作穩定可靠、檢測速度快和成本低等特點(diǎn)，可實(shí)現無(wú)接觸式測量，應用廣泛。

1 超聲波測距儀工作原理
本文的超聲波測距中采用渡越時(shí)間檢測法，發(fā)射器發(fā)射超聲波，經(jīng)過(guò)障礙物反射后被接收器接收，測量發(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)境溫度對傳播速度的影響后，距離公式為：

本設計選用頻率為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，恰好適用于本設計的超聲波頻率。

2 車(chē)距預警系統的原理分析與硬件設計
在完成超聲波測距的理論分析后，需要將超聲波測距的硬件安裝在車(chē)尾，這就需要進(jìn)一步分析和設計車(chē)距預警系統。
2．1 車(chē)距預警系統的原理分析
超聲波測距的目的是為了測得超聲波探頭到障礙物之間的距離，但是超聲波測距系統無(wú)法對障礙物進(jìn)行空間二維甚至是平面二維的定位。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本設計提出了三接收傳感器的設計方案來(lái)確定障礙物的平面二維坐標位置。
若安裝的位置間距不同，三個(gè)接收器探頭接收回來(lái)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(cháng)參數，根據幾何關(guān)系，通過(guò)這幾個(gè)邊長(cháng)參數，可以求得超聲波反射點(diǎn)的坐標值，亦即障礙物的具體位置。

如圖1所示為車(chē)距預警系統的硬件結構設計，分別有單片機及其外圍電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、測溫電路、電源電路、車(chē)速檢測電路和語(yǔ)音報警電路。
2．2 車(chē)距預警系統的硬件設計
2．2．1 單片機及其外圍電路的設計
在本設計中，主控芯片選擇的是單片機AT89S52。最小系統由AT89S52芯片以及外圍電路組成(如圖2所示)，是整個(gè)超聲波測距系統的核心部分。