赵阅涵

摘 要：随着我国的汽车数量正逐年增加，倒车时的防撞问题引起广泛重视。为此设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车防撞警报系统。

关键词：超声波 测量距离 数码显示 报警 自动刹车

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）01-0-01

一、绪论

1.倒车雷达设计的意义与现状

倒车雷达是一种辅助车主泊车或者倒车的装置，启动倒车雷达系统时，它能通过发射和接收超声波来探测周围障碍物的情况，并以声音或者影像告知车主，其利用的原理是超声波非接触测距技术。

本汽车防撞装置包含有单片机控制电路、超声波测距传感器、蜂鸣器报警电路及数码管显示部件等，装置将各部件有机地结合起来，实现超声波测距及蜂鸣器报警提示的功能。

2.电机工作原理

本次设计以STC89C52单片机为核心，设计了超声波倒车防撞系统。本系统实现了对倒车雷达测距及显示报警的要求，通过发射超声波，碰到障碍物返回后，接收超声波，计时往返时间，并计算出距离显示结果，当达到危险距离时报警且自动刹车。

二、数字超声波倒车防撞系统的设计

1.系统设计要求

本系统的主要功能是：当车挂入倒档后，超声波发射电路开始连续不断的发出超声波，遇到障碍物后反射，超声波接收电路接收，控制电路通过相应的计算，可以计算出相应的距离，并送至显示电路进行显示。如果所测距离小于预先设置好的报警距离，则报警电路就会报警并且使制动系统停止工作完成自动刹车的功能。

具体指标为：警报触发最小距离为50cm；实时测距误差控制为5%-10%；工作电压5v；超声波产生的信号强度为40Khz；測距范围为2-500cm；6 超声波的发射频率为1s测量2-3次。

2.系统设计架构

按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为：测距系统、控制系统、键盘电路、显示和语音报警系统以及制动系统。

其中，测距系统由超声波发射模块和超声波接收模块构成；控制系统设计主要对STC89C52单片机系统进行设计；显示报警系统设计要对数据通讯、数据转换、蜂鸣器和动态态显示电路进行设计；键盘电路主要用于控制报警系统的阀值；制动系统主要对小车电动机的控制。

三、系统模块选用

1.超声波模块选用

超声波传感器：本系统的目标测量范围为2cm-500cm，精度要求3mm，响应时间为2s。根据以上指标选用HC-SR04测距模块。

HC-SR04测距模块可提供2cm-600cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。

超声波的测距原理及实现：本设计的超声波测距是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波），通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离。

2.单片机模块选用

单片机的选用：单片机是系统控制的核心，本设计选择STC89C52作为本系统的控制部件。

STC89C52单片机最小系统：89C51单片机，由于片内已经自带有了程序存储器，所以只要单片机外接时钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了。

3.显示报警电路的设计

显示报警单元是经过超声波发射接收电路及单片机STC89C52处理后把信号转化为人为可以知觉的数字显示和报警响应。显示报警电路由显示和报警两部分电路组成，主要实现在出现紧急情况下的显示报警功能，以此提醒驾驶员。

4.报警电路的设计

报警部分采用一个蜂鸣器进行报警，利用单片机控制输出一个一定频率的信号。由于蜂鸣器的工作电流比较大，以至于单片机的I/O口无法直接驱动，所以用三极管来放大电流。

5.制动电路

本设计的制动电路采用了L298电机驱动模块和两个直流电机来完成，两个直流电机分别控制两个轮子的转动。当系统在正常情况下运行时，电机驱动电路正常运行，当超声波测距测到的距离小于设置距离时，单片机发送指令使电机停止运行。这样就达到了自动刹车的功能。

四、系统软件设计

本设计的软件设计利用keil软件，采用C语言编写。与同样具有单片机编写能力的汇编语言相比，C语言在编写程序时，更加简单、容易理解而且移植性特别强，可以灵活运用，使得本设计的软件设计可以直接利用现有的模块程序。

1.主程序设计

本设计的程序设计主要是利用单片机eeprom的存储功能，系统初始化后，将预先设置好的最小报警距离参数存进eeprom中，再利用超声波测距模块发送超声波，计算出最终的距离，并且与预先设置好的最小报警距离作比较。如果小于报警距离，蜂鸣器发出报警声，并且同时向电机驱动电路发送刹停信号，产生自动刹车；如果距离合适就显示在数码管上，如此反复。

五、系统测试

本设计在设计时，其范围为2cm到500cm。根据以上测试，得出该超声波测距的误差范围在±4cm之内，当距离较小时，其测量值较准确；随着测量距离的增大，测量的准确性降低，误差越来越大。

造成这些误差的可能应该为以下几点：实验室内障碍物较多：在焊接时可能出现漏洞：超声波本身衰减：不同温度下超声波传播速度不同。

六、结论

本文主要讲述了超声波测距仪的原理和设计方法，设计的最终结果是使超声波测距仪能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离，并以数字的形式显示测量距离，在距离小于20cm时发出报警。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路三部分。单片机采用LST89C52，采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机控制超声波发射与接收模块进行信号的发射。

参考文献

[1]吴健，侯文，郑宾.基于STC89C52单片机的温度控制系统[J].电脑知识与技术，2011，7（04）：902-903+919.

[2]靳霖霖. 面向泊车的超声检测技术研究[D].国防科学技术大学，2009.