基于單片機(jī)的汽車倒車測距系統(tǒng)設(shè)計

張濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的汽車倒車測距系統(tǒng)設(shè)計

張濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文介紹基于單片機(jī)控制的汽車倒車測距系統(tǒng)，在汽車行駛或者倒車時，倒車?yán)装l(fā)送超聲波到達(dá)障礙物，反射后經(jīng)放大電路放大返回單片機(jī)控制電路，單片機(jī)控制電路對反射回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算出汽車離障礙物的距離，數(shù)碼管會實時動態(tài)顯示，系統(tǒng)會設(shè)定一個安全值，如果數(shù)碼管上的數(shù)值小于或者等于安全值時，報警聲會發(fā)出，以此警示駕駛員，然后實行安全倒車。

單片機(jī) 超聲波 測距

1 引言

隨著我國汽車數(shù)量迅猛增長，使得交通事故，惡性事故的發(fā)生機(jī)率也變得越來越大，交通安全問題顯得尤為突出，如果在交通事故發(fā)生之前，我們能夠向駕駛員發(fā)出警告，駕駛員就可以接受警報信號，然后做出相應(yīng)應(yīng)對方法，那么交通事故的發(fā)生，就可以在很大程度上得到減少人身以及財產(chǎn)安全得以保障。于是汽車倒車測距系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器的，在汽車行駛或者倒車時自動檢測障礙物，超聲波進(jìn)行測距，然后傳感器接收到回波信號，控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算出汽車與障礙物之間的距離，當(dāng)此距離達(dá)到設(shè)定的距離時，將通過LED數(shù)碼管顯示，通過蜂鳴器進(jìn)行報警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

汽車在行駛過程中，會與其他汽車靠的太近，這樣可能發(fā)生碰撞情況，這樣就需要設(shè)計一個汽車倒車測距系統(tǒng)，汽車倒車測距系統(tǒng)中硬件設(shè)計是比較重要的，該硬件設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)該有單片機(jī)控制模塊，超聲波發(fā)射與接收模塊，LED模塊，蜂鳴器報警模塊負(fù)責(zé)報警，單片機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，控制超聲波的發(fā)射，超聲波發(fā)射與接收模塊負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)送與接收，顯示模塊負(fù)責(zé)距離的顯示，蜂鳴器報警模塊負(fù)責(zé)報警，警示駕駛員做出相應(yīng)措施。

2.1 STC89C52的功能模塊

STC89C52單片機(jī)的重要組成有，中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等部分，8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，內(nèi)置4KB EEPROM，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷是STC89C52的基本功能。STC89C52引腳如圖1所示：

圖1 STC89C52引腳圖

2.2 超聲波測距系統(tǒng)模塊

汽車在行車過程中，會遇到障礙物，這時候，發(fā)射器會發(fā)出信號，遇到障礙物后發(fā)生反射，接收器接收信號，放大后送入控制系統(tǒng)，這期間時間可以測得，根據(jù)時間，計算出距離并做出判斷。超聲波的發(fā)送與接收不好模擬，可以在PROTEUS仿真圖上進(jìn)行仿真，模擬兩個探頭，其中一個為發(fā)射探頭，一個為接收探頭，超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，超聲波遇到障礙物后會發(fā)生反射，超聲波接收探頭接收反射回來的超聲波，并將反射回來的超聲波送入單片機(jī)，單片機(jī)會對這個聲波信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后系統(tǒng)會根據(jù)計算出的距離進(jìn)行判斷，超聲波測距原理如圖2所示。

2.3 蜂鳴器報警模塊

蜂鳴器工作過程需要電，直流電源是用電的來源，在當(dāng)今生活中被廣泛應(yīng)用。蜂鳴器，是一種電子發(fā)聲器，特點(diǎn)是一體化，包括兩種類型，壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。本設(shè)計需要實現(xiàn)報警，這個部分采用蜂鳴器進(jìn)行，通過控制電路，計算出障礙物與汽車之間的距離，當(dāng)?shù)管囘_(dá)到這個安全距離范圍內(nèi)，蜂鳴器會報警對駕駛員進(jìn)行提醒。蜂鳴器報警裝置設(shè)計如圖3所示。

圖3 蜂鳴器報警裝置設(shè)計圖

2.4 按鍵模塊設(shè)置

為按鍵裝置的設(shè)計模塊，有三個按鍵，從左至右依次為，設(shè)置鍵，加鍵，減鍵，系統(tǒng)對倒車的安全距離初始設(shè)置為100cm，通過加鍵可以增大安全距離，通過減鍵可以縮減安全距離，通過設(shè)置鍵可以設(shè)定安全距離。

3 軟件設(shè)計

汽車倒車測距系統(tǒng)在倒車過程中起著非常重要的作用，這樣可以實現(xiàn)汽車的安全倒車，防止發(fā)生碰撞。距離的測量與計算，顯示都需要本設(shè)計來完成，設(shè)計此系統(tǒng)軟件分為兩個部分，即主程序和子程序，其中中斷程序即為子程序，主程序的功能是系統(tǒng)初始化，設(shè)置中斷，控制系統(tǒng)對超聲波的發(fā)送與接收，計算汽車到障礙物之間的距離。

3.1 主程序模塊

主程序的功能：系統(tǒng)的環(huán)境可能不適合該設(shè)計的研究，首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，定時器T0工作模式被設(shè)置為16位定時計數(shù)器模式。EA進(jìn)行置位，緊接著顯示端P0和P1清零，調(diào)用超聲波發(fā)生子程序，送出一個超聲波脈沖，超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示：

圖4 系統(tǒng)主程序流圖

首先，需要對單片機(jī)進(jìn)行初始化，緊接著超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波，計時器T0同時開始計時，為了避免直射波的觸發(fā)，系統(tǒng)需要延時，超聲波經(jīng)障礙物后返回超聲波接收模塊，如果系統(tǒng)檢測到超聲波有反射回來，那么計時器T0將會停止計數(shù)，同時反射回來的聲波信號經(jīng)放大后，送入單片機(jī)控制單元，控制單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算，從而得到汽車到障礙物之間的距離，這個距離會被顯示在LED數(shù)碼管上。

得到的距離如果與系統(tǒng)設(shè)定的安全值相同或者小于安全值，那么系統(tǒng)就會報警，這個系統(tǒng)的報警方式是通過蜂鳴器提醒駕駛員，駕駛員接收到報警信號后會做出相應(yīng)的措施來阻止事故的發(fā)生。相反，如果回波信號沒有產(chǎn)生，那么T0將產(chǎn)生溢出中斷，系統(tǒng)將重新發(fā)送超聲波信號同時計時器T0開始工作，測出的汽車到障礙物之間的距離如果大于安全距離，代表汽車與障礙物之間理論上不會發(fā)生碰撞，這個時候程序也將回到開始，重新啟動超聲波的發(fā)送。距離顯示通過LED完成，報警通過蜂鳴器發(fā)出報警信號。

3.2 測距模塊

超聲波在空氣中的傳播會受到溫度的影響，此設(shè)計一般認(rèn)為，溫度對超聲波的傳播速度沒有影響，在汽車倒車過程中遇到障礙物，都有可能對汽車安全造成威脅。此設(shè)計中，汽車可以自動檢測到可能存在的危險，從而向障礙物發(fā)送超聲波，超聲波遇到障礙物后會發(fā)生反射，反射的后的回波會被送回單片機(jī)控制單元，超生波從發(fā)射到反射回來到接收有著一定得時間，在一個汽車上，我們可以裝配有超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，超聲波遇到障礙物會發(fā)生反射，發(fā)射的信號將會回到超聲波接收探頭，在超聲波開始發(fā)射時。系統(tǒng)將會啟動定時器模塊，開始計時，超聲波發(fā)射回到超聲波接收探頭，系統(tǒng)將會關(guān)閉定時器模塊，定時器測得的二分之一時間是我們需要的，即超聲波發(fā)射到超聲波接收的單向時間，我們設(shè)置該時間為T，超聲波傳播的速度為V，那么汽車到障礙物之間的距離為S=VT，這樣我們就可以在一個汽車上設(shè)有超聲波發(fā)射與接收模塊，這樣就可以測得汽車離障礙物之間的距離。

3.3 距離顯示

顯示電路，就是將測得的距離通過LED顯示出來，汽車在行駛過程中，超聲波發(fā)射之后，發(fā)生反射，然后接收模塊會反射該超聲波，根據(jù)這個發(fā)射與接收的時間差，系統(tǒng)可以公式算出汽車到障礙物之間的距離。

4 系統(tǒng)調(diào)試

在器件安裝之前，一定要及時的檢查短路情況，等到元器件安裝完后，接通電源，判斷芯片有沒有出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，我們可以通過最簡單的方法即感覺來判斷，如果有發(fā)熱現(xiàn)象，我們就要立即關(guān)掉電源。經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試硬件，如果檢測到各個模塊沒有問題，應(yīng)當(dāng)反復(fù)檢查，這樣硬件調(diào)試才算完畢。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)設(shè)計了基于單片機(jī)的汽車倒車測距系統(tǒng)，通過單片機(jī)設(shè)計使得系統(tǒng)的功能更加容易實現(xiàn)，超聲波的發(fā)送模塊與接收模塊也是通過單片機(jī)來控制，蜂鳴器實現(xiàn)報警，警示駕駛員做出相應(yīng)安全措施，用C語言進(jìn)行程序的編譯工作，實現(xiàn)了超聲波測距，報警的基本要求，基本滿足系統(tǒng)要求。

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