基于單片機的汽車倒車測距系統設計

張濤

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的汽車倒車測距系統設計

張濤

遼寧錦州渤海大學工學院

本文介紹基于單片機控制的汽車倒車測距系統，在汽車行駛或者倒車時，倒車雷發送超聲波到達障礙物，反射后經放大電路放大返回單片機控制電路，單片機控制電路對反射回的數據進行分析計算出汽車離障礙物的距離，數碼管會實時動態顯示，系統會設定一個安全值，如果數碼管上的數值小于或者等于安全值時，報警聲會發出，以此警示駕駛員，然后實行安全倒車。

單片機 超聲波 測距

1 引言

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

2 系統硬件設計

汽車在行駛過程中，會與其他汽車靠的太近，這樣可能發生碰撞情況，這樣就需要設計一個汽車倒車測距系統，汽車倒車測距系統中硬件設計是比較重要的，該硬件設計系統應該有單片機控制模塊，超聲波發射與接收模塊，LED模塊，蜂鳴器報警模塊負責報警，單片機控制系統負責數據的處理，控制超聲波的發射，超聲波發射與接收模塊負責超聲波的發送與接收，顯示模塊負責距離的顯示，蜂鳴器報警模塊負責報警，警示駕駛員做出相應措施。

2.1 STC89C52的功能模塊

STC89C52單片機的重要組成有，中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等部分，8K字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，內置4KB EEPROM，3個16位定時器/計數器，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 超聲波測距系統模塊

汽車在行車過程中，會遇到障礙物，這時候，發射器會發出信號，遇到障礙物后發生反射，接收器接收信號，放大后送入控制系統，這期間時間可以測得，根據時間，計算出距離并做出判斷。超聲波的發送與接收不好模擬，可以在PROTEUS仿真圖上進行仿真，模擬兩個探頭，其中一個為發射探頭，一個為接收探頭，超聲波發射探頭發射超聲波，超聲波遇到障礙物后會發生反射，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，單片機會對這個聲波信號進行數據處理，然后系統會根據計算出的距離進行判斷，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，在當今生活中被廣泛應用。蜂鳴器，是一種電子發聲器，特點是一體化，包括兩種類型，壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。本設計需要實現報警，這個部分采用蜂鳴器進行，通過控制電路，計算出障礙物與汽車之間的距離，當倒車達到這個安全距離范圍內，蜂鳴器會報警對駕駛員進行提醒。蜂鳴器報警裝置設計如圖3所示。

圖3 蜂鳴器報警裝置設計圖

2.4 按鍵模塊設置

為按鍵裝置的設計模塊，有三個按鍵，從左至右依次為，設置鍵，加鍵，減鍵，系統對倒車的安全距離初始設置為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，通過設置鍵可以設定安全距離。

3 軟件設計

汽車倒車測距系統在倒車過程中起著非常重要的作用，這樣可以實現汽車的安全倒車，防止發生碰撞。距離的測量與計算，顯示都需要本設計來完成，設計此系統軟件分為兩個部分，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初始化，設置中斷，控制系統對超聲波的發送與接收，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：系統的環境可能不適合該設計的研究，首先對系統環境初始化，定時器T0工作模式被設置為16位定時計數器模式。EA進行置位，緊接著顯示端P0和P1清零，調用超聲波發生子程序，送出一個超聲波脈沖，超聲波從發射器直接傳送到接收器。系統主程序流程如圖4所示：

圖4 系統主程序流圖

首先，需要對單片機進行初始化，緊接著超聲波發射器發出超聲波，計時器T0同時開始計時，為了避免直射波的觸發，系統需要延時，超聲波經障礙物后返回超聲波接收模塊，如果系統檢測到超聲波有反射回來，那么計時器T0將會停止計數，同時反射回來的聲波信號經放大后，送入單片機控制單元，控制單元對數據進行處理計算，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數碼管上。

得到的距離如果與系統設定的安全值相同或者小于安全值，那么系統就會報警，這個系統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的措施來阻止事故的發生。相反，如果回波信號沒有產生，那么T0將產生溢出中斷，系統將重新發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生碰撞，這個時候程序也將回到開始，重新啟動超聲波的發送。距離顯示通過LED完成，報警通過蜂鳴器發出報警信號。

3.2 測距模塊

超聲波在空氣中的傳播會受到溫度的影響，此設計一般認為，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，從而向障礙物發送超聲波，超聲波遇到障礙物后會發生反射，反射的后的回波會被送回單片機控制單元，超生波從發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射探頭和超聲波接收探頭，超聲波遇到障礙物會發生反射，發射的信號將會回到超聲波接收探頭，在超聲波開始發射時。系統將會啟動定時器模塊，開始計時，超聲波發射回到超聲波接收探頭，系統將會關閉定時器模塊，定時器測得的二分之一時間是我們需要的，即超聲波發射到超聲波接收的單向時間，我們設置該時間為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有超聲波發射與接收模塊，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，超聲波發射之后，發生反射，然后接收模塊會反射該超聲波，根據這個發射與接收的時間差，系統可以公式算出汽車到障礙物之間的距離。

4 系統調試

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發熱的現象，我們可以通過最簡單的方法即感覺來判斷，如果有發熱現象，我們就要立即關掉電源。經過反復的調試硬件，如果檢測到各個模塊沒有問題，應當反復檢查，這樣硬件調試才算完畢。

5 總結

本系統設計了基于單片機的汽車倒車測距系統，通過單片機設計使得系統的功能更加容易實現，超聲波的發送模塊與接收模塊也是通過單片機來控制，蜂鳴器實現報警，警示駕駛員做出相應安全措施，用C語言進行程序的編譯工作，實現了超聲波測距，報警的基本要求，基本滿足系統要求。

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