基于單片機(jī)的汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和高科技的飛速發(fā)展，在日常工作和生活中，汽車(chē)已成為人們理想的交通工具。汽車(chē)在帶給人們方便的同時(shí)，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(jì)財(cái)產(chǎn)的損失，因此汽車(chē)駕駛的安全性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車(chē)的碰撞安全技術(shù)是汽車(chē)安全技術(shù)中最難也是最核心的部分，對(duì)公路交通事故的分析表明，80％以上的車(chē)禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反應(yīng)不及引起，超過(guò)65％的車(chē)輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。為了減少汽車(chē)事故的發(fā)生，給擁有汽車(chē)的用戶(hù)提供安全感，研制一種簡(jiǎn)單可靠，使用方使，能自動(dòng)檢測(cè)距離，發(fā)現(xiàn)汽車(chē)距離障礙物小于安全距離時(shí)給駕駛員發(fā)出報(bào)警提醒的安全系統(tǒng)具有實(shí)際意義。由于超聲波檢測(cè)具有快速準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)采用超聲波檢測(cè)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)警功能。

1 汽車(chē)防碰撞報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)
    根據(jù)產(chǎn)品性?xún)r(jià)比和實(shí)際需要，選用中易電測(cè)研究所研制的智能化超聲波測(cè)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(biāo)準(zhǔn)40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應(yīng)脈沖接收器，集有動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示信息輸出、操作鍵盤(pán)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定等功能。將SB5027用作距離檢測(cè)時(shí)有以下特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)數(shù)碼跟蹤顯示；可以對(duì)距離上限、中限、下限值等參數(shù)設(shè)定；可以對(duì)距離、時(shí)間、定時(shí)等報(bào)警允許參數(shù)設(shè)置；最大量程及最小分辨率均由用戶(hù)設(shè)置；支持增值測(cè)距功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(pán)顯示電路、核心功能芯片，輔助電路(復(fù)位電路和晶振電路)及報(bào)警電路等組成。

1．1 超聲波測(cè)距原理
    超聲波測(cè)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(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)。測(cè)出發(fā)射出去的發(fā)射波與收到的反射波的時(shí)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(duì)于1 L空氣，質(zhì)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(duì)溫度。
    
    由于y，R，m均為已知常數(shù)，故聲速C僅與溫度有關(guān)，若溫度T不變，則聲音在空氣中的速度與氣壓無(wú)關(guān)。在O℃時(shí)C0=331．45 m／s。對(duì)于任意溫度，有：

1．2 聲光報(bào)警、無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì)
    汽車(chē)防碰撞報(bào)警檢測(cè)，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(biāo)準(zhǔn)40 kHz的超聲波發(fā)生器，所以直接引其內(nèi)部信號(hào)(由引腳SONICOUT引出)，但是該信號(hào)較弱，在發(fā)射電路部分還必須將信號(hào)放大。此信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)施密特反向觸發(fā)器串接，同時(shí)通過(guò)分壓電阻使NPN型晶體管VT導(dǎo)通，并把輸出端的電壓脈沖信號(hào)反饋到變壓器上，經(jīng)過(guò)升壓變壓器將電壓信號(hào)增大，來(lái)驅(qū)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(hào)接收處理是測(cè)距系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號(hào)放大到足夠驅(qū)動(dòng)，控制后級(jí)電路，所以接收電路主要解決接收信號(hào)的表面會(huì)出現(xiàn)漫反射現(xiàn)象，因此接收電路主要解決接收信號(hào)的穩(wěn)定性，即接收信號(hào)的自動(dòng)增益控制問(wèn)題。由于發(fā)射信號(hào)接觸物體表面的一部分比較弱，同時(shí)由于被測(cè)距離的遠(yuǎn)近會(huì)引起反射信號(hào)幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響，接收電路應(yīng)具有信號(hào)放大和自動(dòng)增益控制功能。設(shè)計(jì)中選用芯片LM331來(lái)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(guò)電容和電阻濾波后經(jīng)過(guò)LM331轉(zhuǎn)換成電壓，再經(jīng)兩個(gè)反向施密特觸發(fā)器串接將LM331裝換過(guò)來(lái)的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN端，電路圖如圖3所示。

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