第３８卷第３期
２０１２年６月
信息化研究
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．３８Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１２
基于ＡＴ８９Ｃ５２单片机的汽车倒车雷达系统设计
芮长颖
（无锡职业技术学院控制学院，无锡，２１４１２１
）  摘　要：
介绍了基于ＡＴ８９Ｃ５２单片机倒车雷达系统的设计方案，方案包括超声波测距电路、温度补偿电路、显示报警电路等硬件，还包含系统的软件设计，包括温度补偿程序、超声波发送和接收程序、语音报警程序等。测试结果表明，该系统是一款低成本、高精度、微型化ＬＥＤ显示的超声波测距倒车雷达。
关键词：ＡＴ８９Ｃ５２单片机；超声波测距；语音报警；温度补偿中图分类号：ＴＰ２７７
收稿日期：２０１２－０４－０６０　引　言
随着生活质量的提高，工作的需要，汽车的普及率逐年增加。消费者将汽车作为交通运输工具的同时，
对于汽车的安全性有了更高的要求。驾驶员最为常见的驾驶行为中，倒车引发的交通事故不在少数，由此引发的重大事故也时有发生，给交通安全埋下了重大隐患。为解决这一安全问题，倒车雷达应运而生。
倒车雷达的全称是“倒车防撞雷达”，也称为“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者
更为直观的视频显示告知驾驶员周围障碍物的情况，
解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，帮助驾驶员扫除了视野死角和视
线模糊的缺陷，提高了安全性［
１］
。目前，在国内只有部分高档车配有倒车雷达，且价格不菲。本论文利用ＡＴ８９Ｃ５２单片机，针对市场上中低档车型设计了一款低成本、高灵活性、高可靠性、易于控制、性能优良的倒车雷达。
１　系统总体方案设计
倒车雷达系统的设计由５部分组成：超声波发送模块、超声波接收模块、ＬＥＤ显示模块、语音报警模块、温度测控模块。其总体体系结构如图１所示。
各模块完成的具体任务如下：
（１
）测距系统：由超声波发生模块、超声波接收模块、单片机控制系统组成，用来完成汽车与障碍物
图１　系统总体框图
之间的距离测量；
（２
）显示报警系统：主要由单片机控制系统、显示模块和语音报警模块组成，用来显示汽车与障碍物的距离，同时通过语音提示报警；
（３
）温度测控模块：通过温度补偿来修正由于温度波动带来的距离测量误差；
（４
）单片机控制系统：是本系统的核心，采用ＡＴ８９Ｃ５２芯片，
控制整个系统的运行，同时对各种接口电路进行控制。
当汽车处于倒车状态时，单片机记录从超声波发射时刻起到接收超声波返回信号之间的时间间隔，再根据温度测控模块检测到的当前温度，确定出此时声波的传播速度，即可计算出产生回波的物体与超
声探测源之间的距离。
因此，单片机某一端口输出频率为４０ｋＨｚ的方波时，经超声波发射探头产生的机械谐振发射超声波，与此同时启动定时器工作。当超声回波接收探头接收到回波信号后，经放大整形送至比较器，比较器的输出将变为高电平，此信号就作为单片机中断请求信号，单片机一旦接收到中断请求信号立即读取定时器记录的时间，再将计算得到的距离数据送数码管显示，同时触发语音模块电路，不断重复发射、接收、显示与语音提示这一循环过程，直至汽车
退出倒车运行控制状态［
２］
。
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２　硬件系统设计
倒车雷达硬件系统以ＡＴ８９Ｃ５２单片机作为核心控制器，辅以外围电路如超声波发射电路和超声波接收电路、倒车控制信号电路、显示电路、报警电路，温度补偿电路等组成。
２．１　超声波测距模块
２．１．１　超声波发送电路
超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分组成。超声波信号可以采用２种方法产生：软件发生法和硬件发生法。
软件发生法是利用软件产生４０ｋＨｚ的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在１００ｍＡ以上的驱动电路。
硬件产生法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生
超声波。这种方法的优点是无驱动电路，但缺乏灵活性。
综上所述，设计采用软件法产生超声波，单片机只需通过Ｃ／Ｔ引脚发出４０ｋＨｚ脉冲信号，经驱动电路传送至发送模块的输入端即可产生超声波，系统的超声波探头选用ＣＳＢ４０Ｔ。
２．１．２　超声波接收电路
超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大模块及波形变化电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，频率要保持一致，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。因此，设计采用与ＣＳＢ４０Ｔ相对应的ＣＳＢ４０Ｒ。
由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经过放大电路进行放大。正弦波信号不能直接被单片机接收，必须进行波形变换。综合上述要求，设计采用４片ＬＭ３２４通用运算放大器组成信号放大与转换电路，如图２所示。图中前三级为放大器设计，后一级为比较器设计［３］。
图２　超声波接收电路
２．２　显示与报警模块
ＬＥＤ显示电路采用２位ＬＥＤ数码管动态扫描方式来完成距离的显示，可以精确到０．１ｍ。
报警功能采用语音播放模块实现人声播报报警，分成以下４种情况：
１）当超声波探头探测到距离小于５ｍ时，启动语音播报系统，告知司机与后方障碍物的距离；
２）当探测到距离小于３ｍ时，系统就会通过语音提示司机“注意，据后方障碍物还有３ｍ”；
３）当探测到距离小于１．５ｍ时，系统在播报探测距离的同时还会播放“危险”等提示音，以提醒驾驶者注意；
４）当探测到距离小于０．３ｍ时，系统将不再播报距离，而是播放“停车、停车……”的录音，来提示泊车者应立即刹车。
语音芯片采用华邦公司的ＩＳＤ２５６０，它可以提
供６０ｓ的录放音时间，根据说明书对芯片进行录放音的设置，根据情况的需要对不同的报警情形录入相应的提示语音，并由单片机芯片对录音芯片进行驱动，选择合适的放音地址，提醒司机。
２．３　温度测控模块
为了简化电路结构，提高精度，系统采用集成温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，该传感器提供９位温度读数寄存器，指示器件的温度，通信方式简单，仅通过一根接口线写入指令与读出温度，而且温度变换速度快，用户可定义非易失性的温度警告设置。其供电方式简单，可用数据线供电，所需的外围器件极少，甚至不需要外围元件。温度测量范围从－５５～１２５℃，测温分辨率可达［４］０．０６２　５℃。
３　软件系统设计
系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，
　·研究与设计·
信息化研究
２０１２年６月　
系统主要由主程序、发送子程序、接收子程序、报警程序、ＬＥＤ显示程序组成。系统的软件设计采用Ｃ语言编写。主程序设计流程图见图３所示。
图３　主程序流程图
程序设计的总体思路为：在检测到倒车信号后，完成定时器、中断系统及各种初始化参数的设定，发出４０ｋＨｚ的方波信号，等待接收中断，调用距离计算子程序、显示测试距离、发出语音同步提示控制信号。
３．１　声速的温度补偿算法
声波速度受温度影响较大，其传播速度Ｃ与环境温度Ｔ的关系如下
Ｃ＝
３３１．４
１＋
Ｔ槡
２７３
（１
）在检测到有倒车信号时，调用声速修正子函数，将ＤＳ１８Ｂ２０检测到的环境温度Ｔ代入上述声速修正公式，
计算出当前温度下的超声波速度Ｃ。３．２　超声波发送和接收部分的软件
超声波发送子程序要完成的任务是：
控制定时器计数器Ｔ０电路输出若干个超声波，并同时启动Ｔ１开始计时。超声波接收的有效指示信号由外部
中断ＩＮＴ０引入，当外部中断０中断触发时，可以根据时间差以及超声波在空气中传播的速度，利用式（２
）计算出超声波的传输距离。Ｓ＝Ｃｔ／２
（２
）式中：Ｓ为超声波的传输距离；Ｃ为超声波在空气中
的传播速度；ｔ为超声波发射到接收的时间。
值得注意的是：在发送子程序的过程中，要及时采用屏蔽中断，开中断等操作，避免外部中断影响发送子程序的有效执行。３．３　语音报警程序
ＩＳＤ２５６０语音芯片，能够接收单片机发出的命令。接收录音指令时，将从麦克风传出的语音段直接保存在内部存储器中；接收到放音指令时，按照单片机给定的地址，从存储器中取出语音段并驱动扬声器，以声音的形式播出语音段。
语音录放系统的软件设计包括：单片机写入ＩＳＤ２５６０器件的控制字及定时中断控制。单片机语音录放系统的程序采用模块设计，实现语音的录取和播放功能，
需要２个子程序来实现此功能。另外要有与主函数通信的中断服务子程序及延时程序［
５
］。４　系统调试
倒车雷达系统硬件和软件设计完成后，需要对系统进行测试，以验证本设计方案的有效性。首先借助ＫＥＩＬ软件和Ｐｒｏｔｅｕｓ联调仿真，汽车倒车雷达
仿真成功后再进行实物制作［６］
。实物制作完成后，选择在空旷的
场地上，按下倒车按键，将倒车雷达测距模块逐渐接近障碍物，
测试结果如表１所示。表１　倒车雷达测距模块实验结果
障碍物与模块距离／ｍ　
ＬＥＤ显示器
语音报警模块
＞５无
无５～３显示当前距离（精确到０．１ｍ）无
３～１．５显示当前距离（精确到０．１ｍ）注意，注意（连续播放）１．５～０．３显示当前距离（精确到０．１ｍ）危险，危险（连续播放）＜０．
３显示当前距离（精确到０．１ｍ）
停车，停车（连续播放）
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  测试结果表明：该系统显示当前距离准确，达到了预期效果。
５　结束语
本系统所论述的倒车雷达测距系统利用超声波测距原理检测车辆与障碍物之间的距离，并通过ＬＥＤ数码管进行实时显示，使驾驶者轻松地掌握与后方障碍物的距离，同时通过语音模块进行人声报警，使系统的报警提示更逼真，能够满足一般性近距离测距的要求。
该系统结构简单，成本低，性价比高，具有较高的实用价值。随着技术不断更新，也可以在语音报警模块中进行实时距离的播报，若再加入ＵＳＢ视频数据采集，那样会使系统显示更加直观。
参考文献
［１］王红云．基于超声波测距的倒车雷达系统设计［Ｊ］．自动
控制以仪器仪表，２００８（８）：６９－７３．
［２］李录锋．基于ＡＴ８９Ｃ５１超声波测距控制系统设计［Ｊ］．制造业自动化，２０１２（４）：４５－４７．
［３］李彬，李庆坤．基于温度补偿的超声波测距设计［Ｊ］．测量与设备，２００７（７）：１２－１４．
［４］丁恩杰，踪晓志．基于ｎＲＦ２４Ｅ１和ＤＳ１８Ｂ２０的无线测温系统［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１０（１１）：６０－６２．
［５］林如丹，林知秋．基于ＤＳ１８Ｂ２０和ＩＳＤ１４２０的温度监控报警系统［Ｊ］．制造业自动化，２０１１（０５）：７４－７９．
［６］戴卫平．单片机系统开发实例经典［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６．
  芮长颖（１９７９－），女，讲师，主要研究方向为电气自动化。
Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐａｒｋｉｎｇ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ８９Ｃ５２ＭＣＵ
Ｒｕｉ　Ｃｈａｎｇｙｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ，Ｗｕｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ　２１４１２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗ
ａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ａｎ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｒａｎｇｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａ－
ｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｄｉｓｐｌａｙ　ａｎｄ　ａｌａｒｍ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ８９Ｃ５２
ｗｅｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃ　ｌａｎｇｕａｇｅ，ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｅｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｃｅｉｖｅ，ｖｏｉｃｅ　ａｌａｒｍ　ｗｅｒｅ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｕｇｇｅｓｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｉｓ　ａ　ｌｏｗ－
ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ　ＬＥＤ　ｄｉｓｐｌａｙ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｒａｎｇｉｎｇ　ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ　ｒａｄａｒ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＴ８９Ｃ５２ｍｉｃｒｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｎｉｔ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｒａｎｇｉｎｇ；ｖｏｉｃｅ　ａｌａｒｍ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｍｐ
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
ｅｎｓａｔｉｏｎ
（上接第３３页）
Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃａｓｃａｄｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ－ｆｅｄ　Ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
Ｈｕａ　Ｔａｏ，Ｌｉ　Ｄａｎｑｉｎｇ
（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃａｓｃａｄｅｄ　ｖｏｌｔａｇｅ－ｆｅｄ　ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｃａｓｃａｄｅｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ－ｆｅｄ
ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｇｏｔ　ｒｉｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅ－ｓｔａｇｅ　ｂｕｃｋ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｐｏｓｔ－ｓｔａｇｅ　ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ　ｏｕｔｐｕｔ　ｉｎｄｕｃｔｏｒ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｔｈｅｒｅ　ｗｅｒｅ　ｏｂｖｉ
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