基于AT89C2051倒車防撞超聲波報警系統(tǒng)的設計方案

1.引言

眾所周知，要檢測兩頭之間是否有障礙物，一般的做法是一頭發(fā)射一個信號，在接收處判斷是否有信號接收到，若有信號接收到，說明中間沒有障礙物;若接收不到，則說明有障礙物。然而在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)的設計中，由于汽車是一個移動的物體，不可能在某一具體的位置上安裝接收或發(fā)射裝置，這就決定了系統(tǒng)的發(fā)射與接收裝置必須安裝于一起，因此如何設計一款將發(fā)射與接收裝置安裝在一起的物體檢測裝置是我們的研究方向。

2.超聲波測距系統(tǒng)介紹

超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于應用要求限定，在這里使用脈沖反射式，即利用超聲波的反射特性。

超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就停止計時。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為C=340m/s,根據計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(S)，即：

S=C*t/2 (1-1)

可以看出其主要部分有：(1)供應電能的脈沖發(fā)生器(發(fā)射電路);(2)使接收和發(fā)射隔離的開關部分;(3)轉換電能為聲能，且將聲能透射到介質中的發(fā)射傳感器;(4)接收反射聲能(回波)和轉換聲能為電信號的接收傳感器;(5)接收放大器，可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設備;(6)記錄/控制設備，通常控制發(fā)射到傳感器中的電能，并控制記錄回波的時間、存儲所要求的數據，并將時間間隔轉換成距離。

3.系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)主要用電磁式輸出與輸入振蕩電路，所輸入的信號經過放大，直接發(fā)送到單片機AT89C2051進行處理，通過編程可以進行自動控制。系統(tǒng)具體原理框圖如圖3.1所示：

該系統(tǒng)主要由以下三個功能塊構成：超聲波傳感器T/R40-16、超聲波發(fā)射與接收構成的收發(fā)系統(tǒng);中央控制處理器AT89C2051組成的主機系統(tǒng);控制報警輸出系統(tǒng)。

主要的系統(tǒng)電路有：電源電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、信號放大電路、直流控制電路、顯示電路、探測距離選擇電路、報警電路、單片機控制電路等。

4.主要器件的選取

4.1 超聲波傳感器的選取

本系統(tǒng)選用超聲波傳感器T/R40-16,它是一種性能優(yōu)良的發(fā)射與接收配對的傳感器。

超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性。

(1)頻率特性

圖4.1是超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線。其中，f=40kHz為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在此處，超聲發(fā)射傳感器所產生的超聲機械波最強，也就是說在所產生的超聲聲壓能級最高。而在兩側，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率的交流電壓來激勵。

(2)指向特性

實際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點看成一個振蕩源，輻射出一個半球面波(子波)，這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點的聲壓是這些子波迭加的結果(衍射)，卻有指向性。

4.2 中央控制器的選取

本系統(tǒng)選用AT89C2051單片機作為中央控制器。

AT89C2051是由美國Atmel公司生產的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機。

該芯片采用FLASH存儲技術，內部具有2kB字節(jié)快閃存存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統(tǒng)中應用最為普及的單片機。

5.軟件語言的選取

本系統(tǒng)以單片機為核心。采用匯編語言編程。匯編語言是指用指令的助記符、符號地址、標號等符號書寫程序的一種軟件語言，它是計算機軟件設計的重要工具。在系統(tǒng)軟件開發(fā)、實時控制的和實時處理領域中有著不可替代的地位。用匯編語言編程可以充分發(fā)揮計算機硬件的功能，進行高質量的設計，開發(fā)出的軟件具有內存開銷小、運算速度快的特點，而且它不獨立于具體機器，是一種非常通用的低級程序設計語言，采用匯編語言編程，用戶可以直接操作到單片機內部的工作寄存器和片內RAM單元，處理數據的過程非常具體。

6.系統(tǒng)的硬件設計

該系統(tǒng)的硬件設計采用模塊化設計方法。按實現的功能來分，可分為以下幾個部分。

6.1 時鐘電路的設計

所有MCS-51微控制器均有片內振蕩器作為CPU的時鐘源。但通常所說的這種片內振蕩器，實際其本身并非振蕩器，只不過是一個適于構成反饋振蕩器的高增益反相放大器罷了。為構成反饋振蕩器，必須在其XTAL1和X T A L 2兩個引腳上提供一個參考頻率。

XTAL1是該反相放大器的輸入端;XTAL2則是其輸出，并同時作為內部時鐘發(fā)生器的輸入。參考頻率可由晶體、電感或外部時鐘源提供。通常的做法是：

在XTAL1與XTAL2兩端跨接一只石英晶體或陶瓷諧振器以及一端接地的兩只電容器。

這里的石英晶體為一電感性元件，與外接其上的電容構成并聯(lián)諧振回路，為片內振蕩器提供正反饋和振蕩所必需的相移條件，從面構成一個自激振蕩器。[!--empirenews.page--]

6.2 復位電路的設計

AT89C2051的RST腳為外部復位信號的輸入引腳，在MCS-51器件內部，RST接到一個施密特觸發(fā)器的輸入端。大家知道，施密特觸發(fā)器要有一定的輸入電平才能觸發(fā)，所以可濾掉某些噪聲干擾信號。

圖6.2復位電路的設計，把RST引腳通過10uF電容接到Vcc并同時經10KΩ電阻接地，就可獲得上電自動復位的結果。應當指出，對于CHMOS器件來說，10KΩ電阻是不需要的，但上電后保持復位腳高電平的時間超過11ms都可以完成復位，因此電阻適當取大點也無妨。

6.3 整體電路設計

7.pcb設計

8.超聲波發(fā)射程序流程

void send()

{

csb_in=1;

for(i=0;i<1;i++)

{

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

csb_in=0;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

}

9.結論

本方案所設計的倒車防撞報警系統(tǒng)是對汽車防撞報警系統(tǒng)由被動防撞向主動防撞做的一項新的探索，它針對部分司機對方位的不敏感和倒車操作的不熟練進行設計， 對于系統(tǒng)設計的一些主要參數進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎上，提出了系統(tǒng)設計的總體構成，本方案的提出將對汽車主動防撞乃至自動駕駛產生，給駕駛者提供一個倒車的操作指令。