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ELECTRONICS WORLD ・探索与观察
超声波传感器可用于距离的检测与计算，在机器人的避障、汽车倒车、测量等许多方面都有着非常广泛的应用。设计了一个基于超声波传感器的测距系统，包括超声波测距模块、单片机控制模块、驱动显示模块和报警模块。当汽车与障碍物的距离低于预设报警距离，该系统会发出报警。经测试，该系统精度能达到3mm ，报警距离可调，蜂鸣器报警以提示驾驶人员，可以有效预防碰撞。
概述：近年来随着社会的不断发展，传统的测距方法在很多场合如汽车防撞电子系统无法满足需求。而超声波测距仪可以应用到汽车的防撞系统中，汽车发生碰撞的主要原因是由于汽车距其前方物体的距离与汽车本身的车速不相称造成的，即距离近而相对速度又太高。这就可以运用到超声波测距原理，实时
的检测车头或车尾与障碍物间的距离，当汽车与障碍物间的距离过近，会报警甚至紧急刹车。这样就会大大提高汽车行驶的安全性，减少甚至避免车祸的发生（韩利凯，韩旭，基于A T89C51单片机的汽车智能防撞系统设计：电子设计工程,2017）。
19世纪末20世纪初，随着压电效应的发现，超声波可以用电子技术产生因而得到了广泛应用（杨秀增，杨仁桓，基于FPGA 的高精度超声波测距仪设计：现代电子技术,2017）。中国测试技术研究所的李茂山对超声波测距原理、误差产生等进行了研究测试。西安交通大学的雷鸣雳、周功道、冯祖仁分析了超声波回波反射法定位的缺点，提出了一种基于伪码技术的超声波无线电定位法。实验表明，此方法提高了定位的准确性，扩大了有效应用范围（雷鸣雳，周功道，冯祖仁，基于伪码相关技术的超声波—无线电定位系统：微电子学与计算机，2004）。日本的Takanori EMARU 提出了一种基于双频超声波的相位检测法，该方法的测量精度高。
本文首先研究了超声波测距的原理，介绍了超声波测距防撞系统的方案。然后，详细阐述了超声波测距系统硬件电路和软件程序的设计。最后，对系统进行测试分析。
1  超声波测距原理和方案
目前常用的超声波定位方法有包络检测法、回波检测法和到达时间测量法。到达时间测量法将超声波的发射和接收传感器置于同一端，超声波发射出去后，遇到障碍物就会被反弹回来，计算出超声波的
发射头与障碍物之间的距离。本文采用到达时间法，选用的传感器为HC-SR04，外形如图1所示。有效测量范围为2cm-4m 范围内物体的存在。该模块的接收角约15
°。
图1 HC-SR04超声波传感器
系统设计框图如图2所示。报警距离设置的键盘采用独立式键盘。主控芯片采用STC89C52的单片机。
报警电路选用蜂鸣器以及
汽车防撞系统
发光二极管对距离进行报警。距离采用数码管显示。
图2 系统方案框图
2  系统软件的设计
系统主程序针对硬件部分进行设计，主程序流程图如图3
所示。
图3 主流程图
3  测距系统实验与误差分析
3.1  测距系统性能实验
成功调试系统的硬件和软件后，开始测试系统的盲区、量程、精度和稳定性（王敏，周树道，彭文星，基于超声波传感器的汽车盲区检测系统研究：自动化技术与应用,2017）。分别在本测距系统2cm 、3cm 、10cm 、20cm 、50cm 、80cm 、100cm 、150cm 、200cm 、300cm 、400cm 、450cm 处放置超声波反射挡板。测得的数据如表1所示，表中实际距离由米尺测量得到，可以看出3cm 以下
的测量值与实际值相差甚远，而3cm-400cm 之间测量值与实际值有着明显的线性关系，而在400cm 以上的距离，系统已经检测不到回波信号，无法显示距离值，故可认为本系统的最大量程为400cm 。
表1 超声波测距数据及误差
实际距离/cm 测量距离/cm 绝对误差/cm 实际距离/cm 测量距离/cm 绝对误差/cm
20.5盲区100100.30.33  3.20.2150150.60.6109.50.5200199.20.82020.20.2300300.90.95050.40.4400399.30.780
79.4
0.6
450
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3.2  误差分析
误差来源主要有：主控芯片发射和计时的开始时间不一致；由于系统检测电路的灵敏度影响了收到回
波与回波被检测到的偏差；由于晶振导致的计时器本身误差；温度、压力、湿度对声速的影响，但通过系统的温度补偿电路可降低这一误差。
4  结论
系统的测距精度达到3mm ，测量范围为2cm 至400cm ，在100cm 至300cm 之间测试准确度以及稳定性较高。测距盲区只有2cm ，能够准确的测量距离，而且控制方便，调试也很简单，可以较好地应用于汽车倒车雷达系统。
基金项目：宿州学院重点课程项目（基金编号：szxy2018zdkc48）宿州学院平台项目（2016ykf05）。
作者简介：郑大波（1983—），男，汉族，河南焦作人，大学本科，研究方向为电气自动化。
基于超声波传感器的汽车防撞系统研究
上汽通用（沈阳）北盛汽车有限公司  郑大波
宿州学院  温  艳