智能汽車防撞報警器的設計開發(fā)

摘 要：設計并開發(fā)了應用于汽車的防撞系統(tǒng)?；诔暡ㄔ恚雷蚕到y(tǒng)通過發(fā)射和接收超聲波信號，測算出時間差，再利用控制系統(tǒng)換算成距離，判斷處理。該系統(tǒng)采用發(fā)生器電路、換能器、線性功率放大器。另外，系統(tǒng)采取了三個防干擾措施。由于防干擾措施的實施，使系統(tǒng)能在工業(yè)現(xiàn)場中有較小的穩(wěn)態(tài)誤差，有效防止了碰撞事故的發(fā)生。
關鍵詞：單片機；超聲波測距；汽車防撞雷達；軟件系統(tǒng)

0 引 言
汽車防撞報警器的核心部件是汽車防撞雷達。汽車防撞雷達(俗稱電子眼)之所以能實現(xiàn)防撞報警功能，主要有超聲波這把無形尺子，它測量最近障礙物的距離，并告知車主。超聲測距原理簡單：它發(fā)射超聲波并接收反射回波，通過單片機計數(shù)器獲得兩者時間差t，利用公式S=Ct／2計算距離(S為汽車與障礙物之間的距離；C為聲波在介質中的傳播速度，C=331．4(1+θ／273)；θ為攝氏溫度。本文介紹的超聲測距系統(tǒng)共有4只超聲波換能器(俗稱探頭)，分別布置在汽車的前左、前右、后左、后右4個位置上。能檢測前進和倒車方向障礙物的距離，通過后視鏡內置的顯示單元顯示距離和方位，發(fā)出一定的聲響，起報警防撞作用。

1 天車防撞報警儀的總體方案設計
1．1 防撞報警儀的主要設計指標
(1)報警距離：5～30 m，根據(jù)用戶的具體需要連續(xù)可調；
(2)根據(jù)用戶的需要選用分檔：0．6 m，1．0 m，1．5 m，1.8m，2．4 m；
(3)電源：車載電瓶12 V；
(4)環(huán)境溫度：-20～+70℃；
(5)報警器尺寸：155 mm×155 mm×63 mm，重量：3．5 kg。
1．2 系統(tǒng)總體方案
汽車防撞報警儀采用由AT89C52單片機為核心組成的微機系統(tǒng)，對儀器進行控制，其硬件系統(tǒng)如圖1所示。

1．3 工作原理
本防撞裝置利用聲波作為檢測波，利用超聲波作為機械波，其頻率為20 kHz～20 MHz。隨著頻率的增加，檢測距離減小，使用頻率在15～40 kHz之間，檢測距離為0．5～3．0 m，由發(fā)射器、接收器、控制器和反射板組成。發(fā)射器、接收器和控制器安裝在防撞主體(指由產品控制能實現(xiàn)防撞功能的汽車面板)上。發(fā)射器發(fā)出檢測波，經(jīng)反射面反射給接收器，通過判斷處理后，發(fā)送控制器執(zhí)行規(guī)定的功能?；趩纹瑱C的天車防撞系統(tǒng)采用AT89C52單片機和專用芯片測量超聲波發(fā)射到反射回所需的時間t，由S=vt(v=314 m／s，計算時加入溫度補償)得到從聲波發(fā)射到反射面的距離。此距離隨時顯示在汽車駕駛室內，軟件可以設置幾級提示和報警，當車障之間距離小于安全距離時，設置在駕駛室的聲光報警儀即發(fā)出聲光信號，通知駕駛員謹慎操作，從而有效地防止碰撞事故發(fā)生，保證人身及設備的安全。

2 硬件設計
2．1 固有頻率正反饋發(fā)生器電路
在硬件電路結構上，很重要的一點是保證超聲波發(fā)射頻率與換能器固有頻率的一致和穩(wěn)定，不隨時間或因溫度而漂移，同時也有利于超聲波換能器發(fā)射能量的轉換。為達到這個目的，固有頻率正反饋發(fā)生器電路是措施之一。
2．2 換能器
只使用一個換能器也有利于達到這個目的，因為反射回的聲波就是它本身發(fā)射的聲波，共振頻率相同，壓電效應最佳。從電路結構講，發(fā)射與接收切換器，使得一個換能器起到發(fā)射與接收的兩個作用。
2．3 線性電路
線性電路包括前置放大、噪音過濾、線性放大、整形電路。將微弱的聲發(fā)射和接收信號進行處理，使之能與單片機部分的后續(xù)電路相匹配。
2．4 微機處理器(主AT89C52)
通過軟件編程，使之能控制系統(tǒng)的正常工作。具體功能如下：聲發(fā)射控制、報警距離級別選擇、聲光語音報警、車位距離顯示、汽車和串口中斷傳送數(shù)據(jù)。
2．5 顯示部分
顯示部分由從AT89C52和LED數(shù)碼管組成，能將主AT89C52傳過來的信號經(jīng)過驅動傳送給位于駕駛室的從AT89C52的串口，再點亮LED數(shù)碼管，起提示作用。
以上電路(除位于駕駛室的顯示部分外)采用集成電路芯片，使之結構緊湊，工作可靠。對超聲波進行編碼和解碼，能完全克服各類頻譜的汽車光源和自然光源的干擾。因帶有單片機電路結構的系統(tǒng)必須保證抗干擾，故在本儀器中，電源電路和相應的抗干擾電路是不可少的，軟件程序編寫也要與硬件配合，同時解決抗電磁干擾問題。既然是利用聲波測量距離，就要考慮使用現(xiàn)場的聲波環(huán)境，因為它們同樣能被超聲波換能器接收到。用于測量距離的超聲波換能器的固有頻率一般都在15～40 kHz，而路面的噪音頻率是十分豐富的，它們中的聲譜頻率有與使用的換能器的固有頻率相同的部分，則干擾回波測量。因此，在硬件電路上要解決這個問題，同時在軟件程序的編制上也要有抗干擾部分。報警距離級別選擇是為了用戶在不修改程序的情況下，根據(jù)用戶自己的意愿來選擇。