基于單片機的倒車(chē)防撞預警系統設計和實(shí)現

0 引 言
汽車(chē)倒車(chē)防撞預警系統即是俗稱(chēng)的倒車(chē)雷達，是汽車(chē)泊車(chē)輔助裝置。在汽車(chē)倒車(chē)時(shí)，倒車(chē)雷達采用超聲波測距原理探測汽車(chē)尾部離障礙物的距離，當汽車(chē)尾部離障礙物的距離達到探測范圍時(shí)，倒車(chē)雷達通過(guò)數碼管實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示距離。當汽車(chē)尾部離障礙物的距離達到設定的安全警告值時(shí)，倒車(chē)雷達發(fā)出報警聲，以警示駕駛員，輔助駕駛員安全倒車(chē)?，F在生產(chǎn)的中高檔小轎車(chē)大多數都配置有倒車(chē)雷達，而出于節省成本等方面的考慮，經(jīng)濟型小轎車(chē)、大客車(chē)等其他車(chē)輛都沒(méi)有配置倒車(chē)雷達。有市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，必然會(huì )帶動(dòng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設計。倒車(chē)雷達電路種類(lèi)較多，本文介紹基于單片機控制的倒車(chē)雷達系統，該系統采用通用型單片機作為控制電路，方便系統功能擴展。系統電路主要采用集成器件構成，外圍元件少，電路簡(jiǎn)潔、調試方便、成本低，利于商品化生產(chǎn)。

1 系統組成及工作原理
倒車(chē)防撞預警系統由四路收發(fā)一體封閉(防水)型超聲波傳感器及其超聲波發(fā)射與回波接收電路、超聲波電信號放大電路、單片機控制電路、LED數碼管顯示電路和蜂鳴器聲音報警電路組成。系統組成框圖如圖1所示。

當汽車(chē)倒車(chē)時(shí)由倒車(chē)換擋裝置自動(dòng)接通系統電源，系統上電復位，進(jìn)入工作狀態(tài)。單片機編程產(chǎn)生一串40 kHz的矩形脈沖電壓，經(jīng)四選一模擬開(kāi)關(guān)加到超聲波發(fā)射與回波接收電路，經(jīng)放大驅動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射出超聲波，同時(shí)單片機開(kāi)始計時(shí)。發(fā)射出的超聲波碰到障礙物后形成反射波，部分反射波返回作用于超聲波傳感器，經(jīng)超聲波傳感器的聲／電轉換，變成微弱的電信號，該微弱的電信號經(jīng)放大、整形產(chǎn)生負跳變電壓，向單片機發(fā)出中斷申請。單片機收到中斷申請的信號后，立即響應中斷，執行外部中斷服務(wù)程序，停止計時(shí)，得到超聲波發(fā)送和返回的時(shí)間T，計算出發(fā)射點(diǎn)離障礙物的距離S，即：S=(C?T)／2。C是超聲波在空氣中的傳播速度，在常溫25℃時(shí)，C約為346 m／s。若發(fā)射出的超聲波在測距范圍內未遇到障礙物，直到單片機定時(shí)中斷產(chǎn)生，執行定時(shí)中斷服務(wù)程序，選擇下一路，依次按后左路、后左中路、后右中路、后右路的順序繼續發(fā)射和接收超聲波，并經(jīng)過(guò)計算處理。四路探測處理完畢，選擇四路中測出的最小距離值通過(guò)LED數碼管顯示出來(lái)。當最小距離值小于預先設定的報警距離時(shí)，單片機接通蜂鳴器的電源，蜂鳴器發(fā)出報警聲。若四路探測無(wú)回波中斷申請，則顯示“-．--”，表明在安全距離內沒(méi)有障礙物，再繼續下一輪的循環(huán)探測處理。

2 系統硬件電路的設計
2．1 超聲波發(fā)射與回波接收電路
超聲波發(fā)射與回波接收電路的主要作用是提高驅動(dòng)超聲波傳感器的脈沖電壓幅值，有效地進(jìn)行電／聲轉換，增大超聲波的發(fā)射距離，并通過(guò)收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉變成微弱的電信號。超聲波發(fā)射與回波接收電路如圖2所示(畫(huà)出一路，其他三路與該路一樣)。

EFR40RS是收發(fā)一體封閉(防水)型超聲波傳感器，其中心頻率f0=(40．0±1．0)kHz，-3 dB帶寬1 kHz。驅動(dòng)電壓峰一峰值要求60～150 V。CD4052是雙路四選一模擬開(kāi)關(guān)，單片機的P3．4和P3．5端口輸出選通信號，單片機的P3．3端口輸出一串40 kHz的脈沖電壓，通過(guò)CD4052的X路加到選通的開(kāi)關(guān)三極管Q1基極，經(jīng)脈沖變壓器T1升壓至100 VP-P左右，驅動(dòng)超聲波傳感器EFR40RS發(fā)射超聲波。發(fā)射時(shí)的脈沖電壓幅值大小直接影響測距的遠近，應采用超聲波專(zhuān)用的脈沖變壓器。反射回的超聲波經(jīng)原收發(fā)一體封閉型超聲波傳感器變成毫伏級的一串脈沖電信號。由于回波電信號的幅值小，VD3和VD4二極管截止，該信號不會(huì )通過(guò)T1變壓器副邊線(xiàn)圈形成短路。VD1和VD2二極管也截止，所以回波電信號經(jīng)R1和C1，通過(guò)CD4052的Y路送到超聲波電信號放大與整形電路。R1和VD1，VD2組成雙向限幅電路，避免發(fā)射時(shí)的大信號造成超聲波放大與整形電路阻塞，甚至損壞電路。