基于超声波的汽车防撞系统的设计

目录

1 绪论

曾几何时，汽车对很多家庭来说是不敢想象的。但随着社会生产力的发展和经济水

平的大幅度提高，百姓的收入日益增加，解决了温饱问题的家庭开始奔向小康，表现最明显的是交通工具的升级换代：一些家庭开始购买汽车作为代步工具。

近几年我国汽车保有量逐年增加，2009年的保有量为6300万辆，2010年达到7400多万辆。按保守估计，未来国内汽车保有量将达到亿辆左右，即大约350辆/千人。对于汽车数量的大副度攀升，尽管国家在公路设施上不断地改进，但道路上的车辆仍然还是越来越多，尤其在上下班时段完全避免不了汽车拥挤的现状。再加上汽车设计中车速的不断提高，虽然公路上各路段都有限速，但撞车事件仍然在广大人民的生活中屡屡发生，给人们带来巨大的人身伤亡和社会财产损失。

针对汽车拥挤的现状，设计一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞测距仪对当今汽车行驶安全现状势在必行。汽车防撞测距仪是一种向驾驶员报警的装置，此汽车防撞测距仪能在汽车行驶和倒车过程中自动检测障碍物，然后通过超声波测距原理测出汽车与障碍物之间的距离，并将距离显示出来。当汽车与障碍物之间的距离达到极限时，系统发出声光报警，达到提醒司机防止撞车的目的。

该汽车防撞测距仪，要求测量范围在30~50m，测量精度1~2m，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

功能说明：汽车倒车时，检测车辆后方障碍物位置,并利用LED显示屏将车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶员，同时启动扬声器报警起到防撞的作用。系统能够在高速行驶时，较准确测量与前方障碍物的距离，并在车辆行驶到危险距离时，发出急促的报警提醒驾驶员注意刹车。

2 课题简介及其发展现状

2．1 课题研究现状及其发展意义

随着社会经济发展的不断进步，汽车的数量逐年增加，汽车拥挤的现状不可避免，而在汽车拥挤的情况下，恶性事故屡屡发生，时刻威胁着人们的安全。我国交通事故的年死亡人数远高于他国，分别是美国的倍、德国的倍、日本的倍。当现代家庭充分的享受汽车带来方便的同时，也为此付出了沉重的代价。据统计，我国自2010年至2010年，

已有150多万人死于道路交通事故，其中大部分的道路交通事故为汽车追尾碰撞事故。面对当今这种现状，设计出一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞测距仪势在必行。

防撞预警自动测量技术应运而生，尤其非接触式测量技术发展卓越。在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用。

超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比较方便而且速度快、计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的需要。因此超声测距广泛应用于当今生活中，特别是应用于超声波测距方面。超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触。

与其它测距方式相比，超声测距不受颜色、光线和电、磁场的影响，使他受到干扰的可能大幅度减少。它还具有可靠性能高、结构简单、价格便宜、安装方便等优点。也能够测量处于黑暗、烟雾、有灰尘、电磁干扰等恶劣环境中的障碍物。但由于超声波传播时温度对声速影响比较大，使超声测距的精确度到了影响，在这里可以采用温度补偿进行校正，能够消除温度对其的影响。

2．2 超声波简介

众所周知，当物体在振动的时候就能够发出声音。但是人类耳朵只能听到频率为20～20000赫兹的声波。当声波的振动频率不在这个范围时的声音人类是听不见的。根据这种情况，人们规定把声波频率高于20KHZ的声波称为“超声波”。由于超声波具有方向性好，抗干扰能力强，穿透能力强等优点。在现实生活中有着不可替代的作用它常用于清洗，测距，测速等。

超声波是声波大家族中的一员。声波指的是物体在机械振动下，物质的质点在其平衡位置进行的往返运动状态。例如，鼓被敲打之后，鼓面就会上下振动，振动通过空气向四面八方进行传播，这就是声波，超声波就是频率很高的声波。超声波在现实生活中能够广泛应用，是因为超声波有以下几种特性，它能够在气体、固体、液体、等介质中

进行传播，能够传递巨大的能量，能够发生反射、干涉和共振的现象，并且超声波在液体中进行传播时，可以产生剧烈的空化和冲击的现象。

国内的超声波研究比其它国家起步晚，人们在发现正压电效应和逆压电效应之后，超声波才逐渐应用于电子行业、清洗机械器件、军事、塑料焊接、金属焊接、医学等等领域。

3 总体设计方案

汽车防撞测距仪是指在汽车行驶过程中防止汽车发生碰撞障碍物的一种智能报警装置。它能自动发现可能与汽车发生碰撞的障碍物体，并且同时检测汽车与障碍物之间的距离，到达极限距离时发出报警信号以避免碰撞的发生。根据题目要求，汽车防撞报警器的功能主要有两个：判断汽车与障碍物之间的距离和当汽车与障碍物之间的距离到达临界距离时发出报警信号。

3．1 设计总体思路概况

汽车防撞测距仪的原理是利用超声波的发射和接收，用计时器计出超声波从发射到接收到遇到障碍物后反射声波的时间通过公式计算出汽车与障碍物之间的距离[1]。在实际生活中常用的测距方法主要有两种，一种是在被测距离的两端，一端设置发射装置，一端设置接收装置，利用公式vt

S 得出测量的距离。这种测量方式特别适用于测量身高；另一种是本次设计采用的方式，利用超声波遇到障碍物后反射得出距离。

汽车防撞测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统、超声波发射电路和超声波检测接收电路及显示报警电路三部分。单片机采用的是AT89C51系列。为了获得较稳定时钟频率而采用了高精度的晶振，这样极大的减小测量距离的误差。用单片机端口输出超声波发射器所需要的40kHz的方波信号，使用外中断0口检测接收超声波的反射信号。显示电路装置通过结构简单价格便宜的4位LED数码管显示距离错误!未定义书签。。

超声波的发射装置主要是由反相器74LS04和发射传感器构成。AT89C51单片机引脚输出40k赫兹的间断方波信号分成2路，一路信号经过一个反向器后到达TCT40一个引脚，另一路通过两个反向器后到TCT40的另一个引脚，用这种形式将发出的单片机端