汽车防撞报警系统设计
【摘要】本设计是用单片机控制的汽车防撞报警系统。该系统将单片机的实时控制及数据处理功能与超声波的测距计数相结合，检测汽车运行中与前方障碍物的距离，通过LED显示距离，并由蜂鸣器根据距离远近发出报警声。
【关键词】单片机;汽车防撞;超声波;报警
微电子技术的迅速发展给汽车电子控制技术提供了发展的必要基础。为了防止汽车与前方物体发生碰撞，汽车在行驶时就需与前方物体之间要保持一定的距离。因此，发展汽车防撞技术，可以大大提高汽车行驶的安全性，减少车祸的发生，对汽车智能化的提高也有重要的意义。
1.系统总体方案
整个系统由单片机控制，将超声波发射电路和接收电路分离，用两只超声波管完成声波的发射和接收。
图1 系统设计框图
超声波信号通过超声波发射管发射到空气中，遇到障碍物反射后被超声波接收管接收，进行相关处理后，输入单片机的INTO脚产生中断，计算出声波往返的时间，同时根据实时的温度计算相应的声速，根据式（1-1）就可得出相应的距离。当障碍物与车身距离进入报警范围时，报警电路发出报警提示。
d=s/2=（vt）/2 （1-1）
式中：
d表示被测物与测距器的距离;
s表示超声波来回的距离;
v表示超声波在当前温度下的速度;
t表示发送和接受超声波所需的时间。
2.硬件电路设计
2.1 超声波发射电路
超声波发射电路的作用是将40kHz的超声波信号发射到空气中并传输一定的距离。超声波频率信号由软件编程实现，然后从单片机P1.0端输出信号。由于单片机的输出功率不足，造成传输距离有限，所以应对该信号进行功率放大，以提高声波信号的传送距离，超声波发射电路如图2所示。
图2 超声波发射电路
图中74HLS04组成的是推挽式功率放大电路，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反向器74HLS04输出高电平的驱动能力，另一方面可增加超声波发生管的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。
2.2 超声波接收电路
超声波信号在空气中传播遇到障碍物后就会折回，超声波接收电路的作用就是将接收到的声波信号转换成电信号，并对其进行放大、滤波、整形等处理。超声波接收电路主要采用了索尼公司生产的集成电路CX20106A汽车报警系统，其5脚的外接电阻决定中心频率。超声波接收电路如图3所示。
图3 声波接收电路
图4 主程序流程图
2.3 其他主要模块
2.3.1 测温电路
声音在不同温度下传播的速度有所不同，为了提高系统的精确度，本设计采用了温度补偿功能。这里采用的主要元器件是单总线数据温度传感器DS18B20，具有精度高、智能化、体积小、线路简单等特点，只需将单片机的P1.1口与DS18B20数据线相连就可实现温度测量。
2.3.2 LED显示电路
虽然LCD具有体积小、功耗低、使用方便等诸多优点，但从价格上考虑，本设计采用LED显示。LED有共阴和共阳之分，本系统采用共阴数码管。
将共阴数码管的公共端接地，然后给abcdefgh各段赋予高电位，即可显示不同的数值。单片机通过P0口输出数字80的二进制代码，给数码管赋予了段值，再通过P2端口将数码管选通，
数码管就可以显示出设定的安全距离80cm。
2.3.3 声音报警电路
为了提高系统的适应性，增加了声音报警功能。本设计采用一个蜂鸣器，由P1.2输出一定频率的信号，经放大后连接到蜂鸣器。
3.软件设计
系统初始化后就启动定时器T1从0开始计数。此时主程序进入等待，当到达65ms时T1溢出进入T1中断服务子程序;在T1中断程序子程序中将启动一次新的超声波发射，此时将在P1.0引脚上开始产生40kHz的方波，同时开启定时器T0计时，为了避免折射波的绕射需要延时1ms后再开INT0中断允许;INT0中断允许打开后若此时P3.2引脚出现低电平则代表收到回波信号。将提出中断请求进入INT0中断服务子程序，在INT0中断服务子程序中将停止定时器T0
计时，读取定时器T0时间值到相应的存储区，同时设置接收成功标志;主程序一旦检测到接收成功标志，将调用温度测量子程序，采集超声波测距时的环境温度，并换算出正确的声速，储存到RAM储存单元中;单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离;此后主程序调用显示子程序进行显示;若超过设定的最小报警距离将启动扬声器报警。
当一次发射、接收、显示的过程完成后、系统将延迟100ms重新让T1置初值，再次启动T1以溢出，进入下一次测距。如果由于障碍物过远超出量程以致T0溢出时尚未接收到回波则显示“ERROR”重新回到主程序流程进入新一轮测试。
参考文献
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