单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统研究

孙世菊

摘 要：倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的重要装置。在汽车上，用单片机控制的超声波测距仪可以有效的向驾驶员反应汽车周围的障碍物分布状况，从而帮助驾驶员安全地进行倒车操作。文章研究了单片机控制的超声波

测距仪汽车倒车系统的相关方面。关键词：单片机；超声波；测距仪；倒车系统

随着科技的进步和经济的发展，汽车的研发技术越来越成熟，汽车的购买数量也越来越多，对于汽车驾驶安全的保障愈加重要。在汽车安全设计中，对于汽车倒车安全的保障一直是重要的研究专题。基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统，能够帮助驾驶员全面的掌握倒车时汽车周围的环境状况，对汽车倒车安全的保障有重要意义。

1 超声波测距的工作原理和方式

1.1 超声波测距的工作原理

人耳可识别的声音频率是由范围的，当声波频率在 20Hz-20000Hz之间时，人耳能够识别该声波；而如果声波频率低于 20Hz，被称为低频声波，人耳无法识别；如果声波频率超过 20000Hz，被称为超声波，人耳同样无法识别，只有少数生物可以识别。超声波的波长较短，绕射很小，而且能够定向传播。超声波的传播方式与其他声波不同，呈直线传播，而且其绕射能力随声波频率的增高而降低，反射能力虽声波频率的增高而增强，科研人员根据这一特性，研究出了超声波传感器用于距离的测量。在利用超声波进行测距时，通过超声波发射器向某一特定方向发射超声波，由于超声波沿直线传播，具有很强的反射能力，在传播过程中，如果超声波遇到障碍物，就会发生反射，然后通过超声波接收器接受反射回来的超声波，根据超声波发射时间和接收时间，就能够计算出超声波到达障碍物处又反射回来的时间 t。最后测量出此时周遭环境的温度，修正超声波的传播速度 v，根据 s=vt/2，就可以测量出超声波发射位置与障碍物两者之间的距离。

1.2 超声波测距的工作方式

利用超声波进行测距，需要通过传感器接收超声波，然后根据接收时间和发射时间，计算出超声波的传播时间，进而得到超声波发射处与障碍物之间的距离。目前，超声波测距的工作方式主要有三种。其一，相位检测法，这种检测方法具有很高的精度，但精度提高的代价是大大缩短检测的范围。其二，声波幅值检测法，声波幅值检测法方位大，精度也不低，但受反射波的影响很大。其三，渡越时间检测法，这种检测方法的工作方式相对而言比较简单，无论是硬件设备的操作还是软件程序的应用设计，难度都不大，对于工作条件的要求低。渡越时间检测法的工作原理是，检测超声波经由发射传感器发射，而后通过空气媒介传播到接受传感器的时间，然后再进行距离的计算。在渡越时间检测法中，所测量的时间即为渡越时间。基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统应用渡越时间检测法最为合适。汽车在倒车过程中需要不断移动，但移动速度一般并不快，相对于超声波的传播速度可以忽略不计。在汽车上安装超声波的发射和接收传感器，然后利用超声波定向传播以及反射性强的特点，根据超声波的渡越时间和此时的超声波传播速度计算出障碍物到汽车的距离。

2 系统硬件设计

基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统由单片机负责控制超声波的发送和接收。第一，倒车系统必须具备一定距离内无接触的测距能力，为了提高测距的精准度，还要考虑温度对超声波传播速度的影响，所以需要系统能够将汽车所处环境的温度测量出来，然后再根据温度确定此时超声波的传播速度。第二，倒车系统通过单片机获取超声波的速度信息以及传播时间，然后计算出障碍物到汽车的距离。最后，单片机根据得到的信息，通过数据的处理，使之转化为其他类型的信息，在显示器上显示，或者通过一定元器件进行报警，从而达到帮助驾驶员掌握周遭状况的作用，提醒驾驶员及时作出应对。由于传感器的性能因素，基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统可以测量出汽车周围大约 3米内的障碍物距离，其数值会在 LCD中反应给驾驶员。系统中设计有温度检测装置，能够实时检测汽车周遭的环境温度，从而修正超声波的传播速度，更加精准的测量出障碍物的距离，大大提高了倒车系统的稳定性和实用性。此外，在汽车与障碍物的距离过近时，系统会发出警报，具体表现为蜂鸣器发声、数据显示屏亮度闪动，从而引起驾驶员的警惕。蜂鸣器的发声频率会随着距离的减小逐渐增加，实时提醒驾驶员注意行车安全。

3 系统软件设计

基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统，其系统软件需要根据单片机特性进行针对性设计，一般软件系统应用模块化设计，将系统分为主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等多个模块。基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统软件，应当具备以下几个功能。第一，控制超声波的发射和接受。汽车在倒车过程中有时需要不断转向，因此，汽车上超声波的发射和接受也会随着改变，此时需要系统软件对汽车上不同位置超声波的发射和接收传感器进行调控，根据不同的情况，控制不同的传感器进行超声波的发射和接收。第二，计算倒车碰撞的安全距离。汽车在倒车过程中虽然速度一般比较慢，但汽车的停车不可能在瞬间完成，在停车的过程中汽车会继续沿原来方向行驶一段距离。因此，基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统软件应当能够根据汽车的行驶速度，计算出汽车倒车的安全距离，然后在此基础上延长 1米设置报警距离，从而保证汽车倒车的安全。第三，测出超声波的传播时间，并计算障碍物到汽车的距离。这是基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车系统软件最基础的功能，不仅要能够计算出障碍物到汽车的距离，还要能够选择其中最近的障碍物，将其距离信息反馈给驾驶员。

基于单片机控制的超声波测距仪汽车倒车

系统软件的设计，从功能方面来看，可以划分为预置、发射、接收、显示、声音报警等多个模块的软件。在系统软件运行过程中，通过主程序进行键控循环，在固定的运行时间内根据各模块的功能，有序执行模块指令，调用预置子程序、发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，最后根据测量的信息，对数据进行处理，在显示装置上反应给驾驶员，并根据具体的情况，判断是否发出报警以及报警的类型。系统软件主程序在运行过程中，需要首先对系统环境进行初始化，调整定时器的工作模式，而后再调用传感器，进行超声波的发射和接收，最终测量出距离信息。计数器可以采用 12MHz的晶振，这样计数器每计一个数的时间为 1s，在主程序判断超声波信号接收成功时，就可以通过计算得到超声波传播时间，然后通过温度传感器得到的温度数值，对此时超声波的传播速度进行修正，最终计算出障碍物到汽车的距离。

基于单片机控制的超声波测距汽车倒车系

统，通过程序与硬件的模块化设计，将软件系统与硬件系统有机结合，能够在保证测量精度的基础上，进行无接触测距，并根据实际情况对驾驶员发出提醒，帮助驾驶员全面了解汽车倒车时周遭的情况，从而保障汽车倒车的安全。

参考文献：

[1]王红云 .基于超声波测距的倒车雷达系统设计 [J].国外电子元器件，2015，（8）：34-35.

[2]韦穗林 .基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现 [J].现代电子技术，2014， （21）：25-26.

[3]张珩 刘亚杰 .AT89C52超声波测距倒车防撞报警系统 [J].现代电子技术，2015， 33（3）：17-18.