基于單片機的汽車防碰撞報警系統(tǒng)設計

    隨著社會經(jīng)濟的不斷進步和高科技的飛速發(fā)展，在日常工作和生活中，汽車已成為人們理想的交通工具。汽車在帶給人們方便的同時，也使得交通事故頻繁發(fā)生，并由此造成了人員傷亡及經(jīng)濟財產(chǎn)的損失，因此汽車駕駛的安全性已經(jīng)成為人們關注的焦點。汽車的碰撞安全技術是汽車安全技術中最難也是最核心的部分，對公路交通事故的分析表明，80％以上的車禍是由于駕駛員反應不及引起，超過65％的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側面相撞。為了減少汽車事故的發(fā)生，給擁有汽車的用戶提供安全感，研制一種簡單可靠，使用方使，能自動檢測距離，發(fā)現(xiàn)汽車距離障礙物小于安全距離時給駕駛員發(fā)出報警提醒的安全系統(tǒng)具有實際意義。由于超聲波檢測具有快速準確性等優(yōu)點，因此，本設計采用超聲波檢測芯片來實現(xiàn)碰撞預警功能。

1 汽車防碰撞報警器硬件設計
    根據(jù)產(chǎn)品性價比和實際需要，選用中易電測研究所研制的智能化超聲波測距集成電路芯片SB5027，它采用CMOS制造工藝，片內(nèi)具有比較器，標準40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應脈沖接收器，集有動態(tài)數(shù)碼顯示信息輸出、操作鍵盤、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設定等功能。將SB5027用作距離檢測時有以下特點：動態(tài)數(shù)碼跟蹤顯示；可以對距離上限、中限、下限值等參數(shù)設定；可以對距離、時間、定時等報警允許參數(shù)設置；最大量程及最小分辨率均由用戶設置；支持增值測距功能。系統(tǒng)硬件結構設計如圖1所示。系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤顯示電路、核心功能芯片，輔助電路(復位電路和晶振電路)及報警電路等組成。

1．1 超聲波測距原理
    超聲波測距的基本原理同聲納回聲定位法的原理基本相同。超聲波發(fā)生器不斷的發(fā)出40 kHz超聲波，遇到障礙物反射回反射波，超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娪嵦?。測出發(fā)射出去的發(fā)射波與收到的反射波的時間差T，即可求出距離：
    S＝(1／2)CT
式中：C為超聲波音速，又：

   
式中：y為氣體的絕熱體積系數(shù)(空氣為1．4)；p為氣體的氣壓(海平面為1．013×106Pa)；釓為氣體的密度(空氣為1．29 kg／m3)。
    對于1 L空氣，質量為m，體積為v，密度p=m／v。
    故：

   
式中：R為摩爾氣體常數(shù)；T為絕對溫度。
    
    由于y，R，m均為已知常數(shù)，故聲速C僅與溫度有關，若溫度T不變，則聲音在空氣中的速度與氣壓無關。在O℃時C0=331．45 m／s。對于任意溫度，有：

1．2 聲光報警、無線信號發(fā)射和接收電路設計
    汽車防碰撞報警檢測，采用超聲波傳感器。超聲波傳感器由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。超聲波發(fā)射電路由施密特觸發(fā)器、變壓器、發(fā)射傳感器T探頭組成。由于SB5027內(nèi)部有標準40 kHz的超聲波發(fā)生器，所以直接引其內(nèi)部信號(由引腳SONICOUT引出)，但是該信號較弱，在發(fā)射電路部分還必須將信號放大。此信號經(jīng)過兩個施密特反向觸發(fā)器串接，同時通過分壓電阻使NPN型晶體管VT導通，并把輸出端的電壓脈沖信號反饋到變壓器上，經(jīng)過升壓變壓器將電壓信號增大，來驅使發(fā)射型T40傳感器向外發(fā)射40 kHz的超聲波，電路圖如圖2所示。

    超聲波信號接收處理是測距系統(tǒng)的關鍵技術之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號放大到足夠驅動，控制后級電路，所以接收電路主要解決接收信號的表面會出現(xiàn)漫反射現(xiàn)象，因此接收電路主要解決接收信號的穩(wěn)定性，即接收信號的自動增益控制問題。由于發(fā)射信號接觸物體表面的一部分比較弱，同時由于被測距離的遠近會引起反射信號幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響，接收電路應具有信號放大和自動增益控制功能。設計中選用芯片LM331來完成電壓／頻率的裝換。超聲波接收器R將接收到的反射波通過電容和電阻濾波后經(jīng)過LM331轉換成電壓，再經(jīng)兩個反向施密特觸發(fā)器串接將LM331裝換過來的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN端，電路圖如圖3所示。

    報警電路在測距越限時，由SB5027的BELLOUT端輸出高電平使晶體管VT1導通，將報警器接通電源并發(fā)出報警聲。電路圖如圖4所示。