基于超声波测距的汽车泊车辅助安全系统设计

基于超声波测距的汽车泊车辅助安全系统设计

邹雄飞，鱼展，何彦龙，王树峰,周俊文，金鑫

（哈尔滨工程大学，哈尔滨，150001）

摘要：安全性是汽车最基本也是最重要的性能，对乘员的安全保护是汽车发展所追求的永恒主题。据统计，由于

车后盲区所造成的交通事故在中国约占30%，汽车尾部盲区所潜在的危险，往往会给人们带来生命财产的重大损失以及

精神上的严重伤害。此装置除了方便停车外更可以保护车身不受刮蹭。利用超声波测距防撞控制系统属于汽车主动安

全装置，提出了一种低成本、高精度、LED 显示、语音报读、超声波测距的基于51单片机倒车雷达解决方案，给出了

系统硬件和软件的实现。是当前国际汽车国际安全领域研究的热点。

关键词：单片机；倒车雷达；超声波测距；语音报读

Based on Ultrasonic assisted security system car parking ZOU Xiong-fei，YU Zhan，HE Yan-long,WANG Shu-feng，ZHOU Jun-wen,JIN Xin

(Harbin Engineering University，Harbin，150001)

Abstract：Safety is the most fundamental and most important car the performance, the occupant safety protection is the eternal pursuit of car development theme.According to statistics, because after the car accident caused by blind area in China accounted for about 30%, the rear of the car that blind potential dangers, and often can bring us the significant loss of life and property and spiritual serious damage.This device besides convenient parking more can protect the body from shave ceng. Using ultrasonic ranging impact-proof control system active safety device belonging to cars,a kind of reversing radar System Based on 51 MCU is put forward, which had low-cost, high-precision,LED display ,voice alarm and ultrasonic distance .A detailed hardware and software design reference is presented in the paper.

Key words：Single Chip Microcontroller ; reversing radar ; ultrasonic distance measuring;speech to enrolling

随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车普及率逐年增加，随之而来的是停车和倒车问题成为困扰广大驾驶员的一大难题，由倒车引发的交通事故不在少数，给交通安全埋下了重大隐患。因此开发一款基于超声波测距的汽车泊车辅助安全系统具有重要的现实意义。

1 工作原理

倒车雷达测距的方法有多种，如相位检测法、超声波测速等。本系统使用应用最广泛的超声波测速，超声波是一种振动频率高于声波的机械波，换能晶片在电压的激励下，发生振动而产生的。超声波测速的原理为：微处理器z给超声波发射电路输入频率为40kHz PWM 波，同时启动定时器计T1 时，40kHPWM 波经过超声波内部振荡电路，振荡出机械波，机械波再通过空气传播到被测面上，机械波

作品来源：2011-04-03

作者简介：邹雄飞（1990-），男，2008级，机械设计制造及其自动化专业

指导教师：杨恩霞(1968-)，女，教授，机电学院。

被测面反射后，再被超声波接收电路接收，接收到波即停止计时，然后利用公式（式中：S 为被测物的距离；C 为传播速度；T 为传播时间），即可以计算出超声波传感器到被测物体之间的距离。

2 系统硬件设计

系统的硬件平台主要是由单片机控制器模块、存储器模块、LCD 显示模块、超声波发射模块、超声波接收模块、声音提示、测温电路等组成。系统硬件结构框图如图1

所示。

图1 系统硬件结构框图

2.1 微处理器

微处理器选用STC89C52 芯片，其是一个高性能、低功耗CMOS 8 位单片机，片内含4k Bytes ISP 的可反复擦写1000 次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51 指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8 位中央处理器和ISP Flash

存储单元，STC89C52 还具有如下特点：40 个引脚， 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），4k BytesFlash 片内程序存储器，32 个外部双向输入/输出（I/O ） 口，2 层中断嵌套中断5个中断优先级， 2 个16 位可编程定时计数器， 看门狗（WDT ） 电路，2 个全双工串行通信口，片内置时钟振荡器，

满足本系统要求。

2.2 超声波发射电路 超声波发射电路主要是驱动超声波发射探头内的压电晶片振动，使之发出超声波，分为3 部分：产生调制信号，放大调制信号，发送超声波信号。（1） 产生调制信号：脉冲调制信号由单片机产生，经I/O 口输出，STC89C51 通过控制Pl.0 端口发送一组频率约40kHz 的PWM 波，脉冲宽度为12μs 左右，脉冲发射同时把计数器T1 打开进行计时，等待回波反射到接收探头。（2） 放大调制信号：由于单片机IO 口输出高电平仅为5v ，而为使发射传感器能够工作，发射端工作电压应不低于15V ，且工作电压越大，超声波的发射距离也越远，因此，在此电路上加功率放大电路，把调制信号放大。（3） 发送超声波信号：将放大后的调制信号加载于超声波传感器上，由于发射的超声波有一定的波束角，为了全向覆盖，需要至少8 个发射器按一定角度排列，同时发射。

2.3 超声波接收电路

超声波接收电路负责对接收到的超声波信号进行接收和处理。主要包括、接收、放大、滤波、整形及锁存等处理。由于超声波回波的电压很微弱，一般为毫伏级，同时又存在着较强的噪声，这就需要将回波放大到伏级，以便于STC89C52单片机接收处理，电路采用了高速精密运算放大器TL082，带通滤波的中心频率为40kHz 经过带通滤波电路后，40kHz 左右的有用回波信号被保留，其它无用信号被削弱。由于放大电路输出的信号是连续的正弦波叠加信号，在经过放大电路后再通LM393 构成的比较电路，将正弦信号转换成方波信号，然后以

方波作为D 触发的时钟脉冲输入，其上升沿触发D

触发器，从而将多个方波脉冲变为一个方波脉冲锁存在D 触发器中，再引起单片机的外部中断而停止

计时，从而确定行波时间间隔，计算距离。

2.4 LCD 显示电路 显示电路采用简单实用的液晶1602，系统显示的距离范围在3 米之内，显示数据格式为：“dang qian juli ：”，表示距离的“****cm ” 数值。

2.5 声音提示