基于單片機的汽車防碰撞報警系統設計

隨著社會經濟的不斷進步和高科技的飛速發展，在日常工作和生活中，汽車已成為人們理想的交通工具。汽車在帶給人們方便的同時，也使得交通事故頻繁發生，并由此造成了人員傷亡及經濟財產的損失，因此汽車駕駛的安全性已經成為人們關注的焦點。汽車的碰撞安全技術是汽車安全技術中最難也是最核心的部分，對公路交通事故的分析表明，80％以上的車禍是由于駕駛員反應不及引起，超過65％的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側面相撞。為了減少汽車事故的發生，給擁有汽車的用戶提供安全感，研制一種簡單可靠，使用方使，能自動檢測距離，發現汽車距離障礙物小于安全距離時給駕駛員發出報警提醒的安全系統具有實際意義。由于超聲波檢測具有快速準確性等優點，因此，本設計采用超聲波檢測芯片來實現碰撞預警功能。

　　1 汽車防碰撞報警器硬件設計

　　根據產品性價比和實際需要，選用中易電測研究所研制的智能化超聲波測距集成電路芯片SB5027，它采用CMOS制造工藝，片內具有比較器，標準40 kHz超聲波發生器以及回波響應脈沖接收器，集有動態數碼顯示信息輸出、操作鍵盤、數據存儲、參數設定等功能。將SB5027用作距離檢測時有以下特點：動態數碼跟蹤顯示；可以對距離上限、中限、下限值等參數設定；可以對距離、時間、定時等報警允許參數設置；最大量程及最小分辨率均由用戶設置；支持增值測距功能。系統硬件結構設計如圖1所示。系統由超聲波發射電路、超聲波接收電路、鍵盤顯示電路、核心功能芯片，輔助電路(復位電路和晶振電路)及報警電路等組成。

　　1．1 超聲波測距原理

　　超聲波測距的基本原理同聲納回聲定位法的原理基本相同。超聲波發生器不斷的發出40 kHz超聲波，遇到障礙物反射回反射波，超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉變為電訊號。測出發射出去的發射波與收到的反射波的時間差T，即可求出距離：

　　S＝(1／2)CT

　　式中：C為超聲波音速，又：

  
式中：y為氣體的絕熱體積系數(空氣為1．4)；p為氣體的氣壓(海平面為1．013×106Pa)；釓為氣體的密度(空氣為1．29 kg／m3)。

對于1 L空氣，質量為m，體積為v，密度p=m／v。

　　故：

  
式中：R為摩爾氣體常數；T為絕對溫度。

　　由于y，R，m均為已知常數，故聲速C僅與溫度有關，若溫度T不變，則聲音在空氣中的速度與氣壓無關。在O℃時C0=331．45 m／s。對于任意溫度，有：

　　1．2 聲光報警、無線信號發射和接收電路設計

　　汽車防碰撞報警檢測，采用超聲波傳感器。超聲波傳感器由超聲波發射電路和超聲波接收電路組成。超聲波發射電路由施密特觸發器、變壓器、發射傳感器T探頭組成。由于SB5027內部有標準40 kHz的超聲波發生器，所以直接引其內部信號(由引腳SONICOUT引出)，但是該信號較弱，在發射電路部分還必須將信號放大。此信號經過兩個施密特反向觸發器串接，同時通過分壓電阻使NPN型晶體管VT導通，并把輸出端的電壓脈沖信號反饋到變壓器上，經過升壓變壓器將電壓信號增大，來驅使發射型T40 傳感器向外發射40 kHz的超聲波，電路圖如圖2所示。

　　超聲波信號接收處理是測距系統的關鍵技術之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號放大到足夠驅動，控制后級電路，所以接收電路主要解決接收信號的表面會出現漫反射現象，因此接收電路主要解決接收信號的穩定性，即接收信號的自動增益控制問題。由于發射信號接觸物體表面的一部分比較弱，同時由于被測距離的遠近會引起反射信號幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響，接收電路應具有信號放大和自動增益控制功能。設計中選用芯片LM331來完成電壓／頻率的裝換。超聲波接收器R將接收到的反射波通過電容和電阻濾波后經過LM331轉換成電壓，再經兩個反向施密特觸發器串接將LM331裝換過來的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN端，電路圖如圖3所示。

　　報警電路在測距越限時，由SB5027的BELLOUT端輸出高電平使晶體管VT1導通，將報警器接通電源并發出報警聲。電路圖如圖4所示。

 軟件系統設計

　　報警器軟件設計流程圖如圖5所示。

　　系統通電后，主程序完成初始化工作，包括存器置初值等。當汽車處于工作狀態時，安置在汽車前后的報警裝置會采集現場信號，傳送給SB5027單片機。單片機接收的信號進行處理、運算、比較，正常時，報警器不報警；如果與下限比較產生了越限，則產生聲光報警信號，提醒駕駛員采取相應措施。

　　3 結 語

　　本設計的汽車防碰撞報警器，充分利用了SB5027的內部資源，進行數據處理和時控制功能，使系統工作處于最佳狀態，提高了系統的綜合反映靈敏度。報警及時，實現了防碰撞功能控制。實踐證明該系統使用效果優于其他報警器，且具有體積小、使用方便、操作簡單等特點。