基于單片機(jī)的倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

0 引 言
汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)即是俗稱的倒車雷達(dá)，是汽車泊車輔助裝置。在汽車倒車時(shí)，倒車?yán)走_(dá)采用超聲波測(cè)距原理探測(cè)汽車尾部離障礙物的距離，當(dāng)汽車尾部離障礙物的距離達(dá)到探測(cè)范圍時(shí)，倒車?yán)走_(dá)通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示距離。當(dāng)汽車尾部離障礙物的距離達(dá)到設(shè)定的安全警告值時(shí)，倒車?yán)走_(dá)發(fā)出報(bào)警聲，以警示駕駛員，輔助駕駛員安全倒車。現(xiàn)在生產(chǎn)的中高檔小轎車大多數(shù)都配置有倒車?yán)走_(dá)，而出于節(jié)省成本等方面的考慮，經(jīng)濟(jì)型小轎車、大客車等其他車輛都沒有配置倒車?yán)走_(dá)。有市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，必然會(huì)帶動(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。倒車?yán)走_(dá)電路種類較多，本文介紹基于單片機(jī)控制的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用通用型單片機(jī)作為控制電路，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展。系統(tǒng)電路主要采用集成器件構(gòu)成，外圍元件少，電路簡(jiǎn)潔、調(diào)試方便、成本低，利于商品化生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)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(hào)放大電路、單片機(jī)控制電路、LED數(shù)碼管顯示電路和蜂鳴器聲音報(bào)警電路組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

當(dāng)汽車倒車時(shí)由倒車換擋裝置自動(dòng)接通系統(tǒng)電源，系統(tǒng)上電復(fù)位，進(jìn)入工作狀態(tài)。單片機(jī)編程產(chǎn)生一串40 kHz的矩形脈沖電壓，經(jīng)四選一模擬開關(guān)加到超聲波發(fā)射與回波接收電路，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射出超聲波，同時(shí)單片機(jī)開始計(jì)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(zhuǎn)換，變成微弱的電信號(hào)，該微弱的電信號(hào)經(jīng)放大、整形產(chǎn)生負(fù)跳變電壓，向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)。單片機(jī)收到中斷申請(qǐng)的信號(hào)后，立即響應(yīng)中斷，執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序，停止計(jì)時(shí)，得到超聲波發(fā)送和返回的時(shí)間T，計(jì)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(cè)距范圍內(nèi)未遇到障礙物，直到單片機(jī)定時(shí)中斷產(chǎn)生，執(zhí)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(xù)發(fā)射和接收超聲波，并經(jīng)過(guò)計(jì)算處理。四路探測(cè)處理完畢，選擇四路中測(cè)出的最小距離值通過(guò)LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。當(dāng)最小距離值小于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警距離時(shí)，單片機(jī)接通蜂鳴器的電源，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。若四路探測(cè)無(wú)回波中斷申請(qǐng)，則顯示“-．--”，表明在安全距離內(nèi)沒有障礙物，再繼續(xù)下一輪的循環(huán)探測(cè)處理。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)
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(qū)動(dòng)超聲波傳感器的脈沖電壓幅值，有效地進(jìn)行電／聲轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)。超聲波發(fā)射與回波接收電路如圖2所示(畫出一路，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(qū)動(dòng)電壓峰一峰值要求60～150 V。CD4052是雙路四選一模擬開關(guān)，單片機(jī)的P3．4和P3．5端口輸出選通信號(hào)，單片機(jī)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(qū)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(cè)距的遠(yuǎn)近，應(yīng)采用超聲波專用的脈沖變壓器。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(jí)的一串脈沖電信號(hào)。由于回波電信號(hào)的幅值小，VD3和VD4二極管截止，該信號(hào)不會(huì)通過(guò)T1變壓器副邊線圈形成短路。VD1和VD2二極管也截止，所以回波電信號(hào)經(jīng)R1和C1，通過(guò)CD4052的Y路送到超聲波電信號(hào)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(hào)造成超聲波放大與整形電路阻塞，甚至損壞電路。