超聲波倒車雷達方案開發(fā)

近年來，隨著駕駛?cè)撕蜋C動車數(shù)量的急劇增長，行車路況復雜，駕駛員往往不能及時的了解車輛周邊尤其是后方的環(huán)境，導致駕駛員操作不及時，造成很多事故。本文設計了以AT89C51單片機為核心，利用超聲波來進行測距，同時具有實現(xiàn)顯示和報警功能的倒車雷達系統(tǒng)，大大提高了倒車泊車的安全性。

一、倒車雷達系統(tǒng)總體設計

本文設計了一種基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)，采用超聲波脈沖回波法對距離進行測量，AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制單元，TCF40-16TRC超聲波收發(fā)一體式傳感器作為測距裝置。系統(tǒng)主要包括測距部分、控制部分和顯示報警部分。圖1所示為系統(tǒng)的整體框架圖。

汽車泊車時掛倒檔，整車ECU會產(chǎn)生倒車信號，單片機接收該信號后進入工作狀態(tài)，產(chǎn)生脈沖電壓信號，該信號經(jīng)過四選一分時選通開關被發(fā)送到第一路（后左支路）測距電路，經(jīng)過電路放大后驅(qū)動傳感器發(fā)射超聲波，同時單片機開始計時。超聲波遇到障礙物后產(chǎn)生的反射回波被超聲波接收傳感器所接收，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，單片機收到信號后，響應該中斷，系統(tǒng)會執(zhí)行外部中斷程序，停止先前的計時，控制器會得到超聲波發(fā)射和回波之間的時間差，定時中斷以后繼續(xù)執(zhí)行下一路。測距順序依次為后左，后左中，后右中和后右。隨后，控制器計算得到最小距離值，并將該值及方位傳送給LCD。當該值小于所設定的安全距離時，單片機驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警，同時AEB系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，以保證泊車安全。

二、倒車雷達系統(tǒng)硬件設計

AT89C51單片機是一種低功耗和高性能的八位芯片。硬件電路主要包括單片機控制電路，超聲波測距收發(fā)電路，回波電信號放大電路，LCD顯示電路，報警電路，方位燈顯示電路等。

1）超聲波測距收發(fā)電路：超聲波收發(fā)電路的功能主要有：增大驅(qū)動發(fā)射聲波脈沖電壓幅值，實現(xiàn)聲波信號與電信號之間的轉(zhuǎn)化；提高超聲波有效發(fā)射距離。本系統(tǒng)選擇CD4052型芯片用來分時選通四個支路的傳感器。

2）回波電信號放大電路設計：放大電路選擇CX201 06A型芯片作為控制核心。圖2中引腳1接CD4052芯片的Y端。該放大電路對回波電信號進行處理，最終產(chǎn)生并向單片機輸出一個低電平信號。該信號會向控制芯片申請中斷，隨即單片機發(fā)送計時停止指令，同時系統(tǒng)便開始對數(shù)據(jù)進行處理。

3）液晶顯示系統(tǒng)的電路設計：本設計選擇YBLCD1602LCD液晶顯示器作為顯示裝置。芯片P0的八個引腳端口分別與LCD的八個引腳相連接，傳輸指令和數(shù)據(jù)。P1.0、P1.1和P1.2引腳分別與LCD的三個端口相連接，對LCD的讀寫功能進行控制。

4）系統(tǒng)方位燈電路設計：當其中一個二極管點亮，表明該路傳感器對應方位的障礙物距離車體的位置最近。這四個發(fā)光二極管分別與芯片的引腳相連，當芯片所對應引腳輸出為低電平時，該引腳所對應的二極管被點亮。

5）系統(tǒng)報警電路設計：系統(tǒng)采用PB2130UP002A蜂鳴器作為聲音報警裝置，當障礙物與車體距離過近時，蜂鳴器發(fā)出聲音以起到報警的作用。

三、倒車雷達系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件部分由運行主程序，超聲波收發(fā)子程序，發(fā)射通道選通子程序，LCD顯示子程序，報警子程序等組成。

3.1軟件主程序設計

汽車掛入倒檔時，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。首先對每個緩沖單元清零，對液晶顯示器進行初始化。隨后，系統(tǒng)開始檢測是否有倒車信號傳來，若有超聲波測距支路便開始進入工作狀態(tài)，反之繼續(xù)等待。設置定時器并賦初值，同時T1定時器開中斷。單片機通過檢測四路探測完畢的標志位來判斷四路探測是否完畢，標志位為1則表示都已經(jīng)完成，對數(shù)據(jù)進行處理，完成后通過LCD顯示最小距離，同時報警模塊判斷是否需要報警，延遲大約0.5s后，系統(tǒng)又回到檢測倒車信號處開始下一輪的循環(huán)。

3.2超聲波收發(fā)子程序設計

單片機接收超聲回波的信號，系統(tǒng)進入外部中斷0程序。此時，定時器T0首先停止計時，禁止外部中斷0的中斷，然后計數(shù)值保存在以40H為起始的單元中。隨后，系統(tǒng)等待定時器T1所設定的40ms中斷產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生，便會繼續(xù)進行下一支路的測距。

3.3定時器T1中斷程序設計

系統(tǒng)進入定時器T1中斷程序，T1關閉，外部0中斷被禁止，同時T1被重新賦初值。如果全部選通完畢且有四個計數(shù)值，系統(tǒng)會置標志位然后比較這四個值返回主程序。如果四通路還沒有全部選通，系統(tǒng)會繼續(xù)選通還沒有被選通的通道，同時調(diào)用發(fā)射超聲波的子程序，啟動定時器T0和定時器T1，并允許定時器T1中斷。

四、倒車雷達系統(tǒng)調(diào)試與仿真

本文使用Keil軟件對程序進行調(diào)試，使用Proteus軟件對電路進行仿真。利用Keil軟件對系統(tǒng)的程序進行了調(diào)試并采用Proteus專業(yè)仿真軟件對整個系統(tǒng)進行了仿真以驗證系統(tǒng)的正確性和穩(wěn)定性。

總結

本文通過采用單片機控制和超聲波測距，設計出一種結構簡單、可靠性高的泊車雷達系統(tǒng)。利用超聲波來進行測距，測量精度比較高，同時實現(xiàn)顯示和報警的功能，完全滿足駕駛員泊車的需求。

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