一种基于AT89C51的汽车倒车防撞报警系统的设计

仇成群，孙东升，周殿凤，沈宏兰

（盐城师范学院物电学院，江苏 盐城 224051）

据中国汽车工业协会发布的数据：2011年1至6月中国国内汽车销量932.52万辆，同比增长3.35%，继续位居世界第一。截至2010年底，全国高速公路总里程达到7.4万km，位居世界第二。汽车倒车的总次数也在不断增长，汽车倒车雷达可以通过音频，提示驾驶员汽车尾部障碍物的状况，但倒车雷达成本相对较高。随着小型价廉微处理器技术的迅速发展，能够使得超声波测距传感器性能得到显著提升。可以通过单片机和超声波特点，来设计一种汽车倒车防撞的报警系统，能够有效降低或防止汽车倒车状态引起的划伤、撞伤。文中设计的一种基于AT89C51的汽车倒车防撞报警系统，主要由控制系统模块、测距系统模块和显示报警系统模块组成，系统整体电路简单可靠，价格低廉，能耗较低，体积小。

1 超声波测距基本原理简介

人耳的听音范围在20～2万Hz，人耳听不到的声音频率高于2万Hz的声波称为超声波。经综合比较，系统设计中采用的，是超声波频率为40 kHz的超声波传感器。系统设计采用的是超声波测距基本原理，即当超声波发射探头源连续地发射40 kHz的超声波，当超声波遇到障碍物时，能够反射回反射波，而当超声波接收探头部接收到反射波信号后，能够将其转化为电讯号。通过测量计算发射波和接收波之间的时间差Δt，再求出发射点到障碍物之间的距离S。在速度C已知的状况下，容易求得S=CΔt/2。式中，C为超声波的音速，因为超声波本质上也是声波，所以C也为音速。

系统在测距过程中，可以通过查表法，测量温度值进行声音速度的温度补偿误差。时间差的获取，可以通过计时器技术获得，当发射声速后，立即启动定时计数器，在得到第一回波信号即刻停止计数器。通过测量计算得到超声波发射波和接收波之间的时间差Δt和现场环境温度T，就可以精确计算出超声波发射点到障碍物之间的距离[1~4]。

2 系统硬件设计

文中设计的一种基于AT89C51的汽车倒车防撞报警系统硬件，主要是由控制模块（以AT89C51为倒车防撞报警系统控制芯片）、发射模块、接收模块、显示模块和报警模块组成[5~8]。AT89C51由美国ATMEL公司生产，具有低电压、高性能的8位单片机，可以兼容MCS51指令系统。

2.1 控制模块设计

倒车防撞报警系统的控制系统方框图如图1所示。

图1 倒车防撞报警系统的控制系统方框图

控制系统由AT89C51单片机控制，其超声波发射电路可以在AT89C51单片机控制下发射超声波。当控制系统接收电路接收到反馈信号后，将信号直接输入到AT89C51单片机进行计算处理，控制系统计算出汽车尾部与障碍物之间的距离，然后将计算处理后的结果输入到系统显示电路进行距离数值显示，比对系统技术指标初始设定要求，通过声光报警电路防撞报警。

2.2 发射模块和接收模块设计

倒车防撞报警系统超声波发射模块电路图如图2所示。发射模块电路主要是由超声波换能器和反向器74ALS04等组成。

图2 超声波发射模块电路图

倒车防撞报警系统超声波接收模块电路图如图3所示。系统超声波接收模块由超声波接收探头部分、信号放大电路部分和波形变换电路部分组成。

图3 超声波接收模块电路图

2.3 显示模块和报警模块设计

显示模块是典型的输出设备，其应用极为广泛。最简单显示模块即为LED发光二极管。文中综合AT89C51单片机接口等资源，显示模块电路采用4位共阳LED数码管来显示倒车防撞距离m，段码使用74ALS245芯片驱动，位码使用PNP9012三极管来驱动。单片机AT89C51通过输出超声波换能器所需的40 kHz方波信号。报警模块由扬声器报警模块电路组成。当汽车与障碍物之间距离小于0.50 m时，AT89C51即刻发出信号，使系统报警模块电路工作，进而实现汽车倒车防撞报警。

3 系统软件设计

基于AT89C51的汽车倒车防撞报警系统软件程序，使用汇编语言编写。主程序以单片机程序为主体，系统软件主体功能在单片机主体程序中实现。主程序调用子程序及中断服务程序即可完成。首先进行程序初始化，然后进行控制发射信号过程调用发射子程序，当一个发射周期结束后，系统能够判断当前发射信号后延时等待中有没有发生中断过程，有没有回波产生，从而判断程序整个流程。

ISIS是由Labcenter公司出品。其实物级仿真系统功能很出色，可以仿真各种模拟电路，支持单片机系统。通过ISIS软件设计的倒车防撞报警仿真系统，可以有效模拟倒车防撞报警整个过程，当汽车与障碍物距离小于0.50 m，仿真系统报警电路模块能够有效显示报警信号，系统达到了设计预期目标要求。

4 结束语

通过实车试验结果，也表明了基于AT89C51的汽车倒车防撞报警系统设计，能够达到防撞报警预期设计目标，系统设计较为合理，可以对汽车倒车过程中发生的警示车距小于0.50 m时实现系统报警。文中设计的汽车倒车防撞报警系统，具有较好的市场应用价值。

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