超声波汽车防撞预警系统的探索研究

摘 要：本文通过对超声波回声测距原理分析，研究汽车防撞预警系统中超声波测距模块化在汽车主动安全装置中的应用，通过实验研究，利用超声波不容易受到外界环境影响、精度高、范围大的特点，提出了一种超声波测距模块分析系统。该系统探究超声波测距的硬件、软件系统，确定了实现系统功能所需的关键技术。

关键词：汽车防撞；超声波；测距

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.226

0 引言

随着我国汽车保有量的增加，交通事故频发、交通事故严重，所以汽车安全问题显得尤为重要。以预防撞击为核心的现代汽车主动安全技术成为现代智能交通发展的迫切需求。

1 超声波在防撞预警系统中的应用

各汽车厂商所研究的测距技术有超声波测距研究、雷达红外测距研究，还有激光测距研究。而通过性能测试后量产的以超声波测距应用为主。

超声波防撞预警研究主要是利用超声波回声测距原理，通过测量距离和时间并及时显示障碍物的位置，实现汽车前行和倒车时与障碍物之间距离的检测并分段距离显示蜂鸣与语音提醒。

超声波测距装置一般由发射器、接收器和信号处理电路三部分组成。通常发射器、接收器可用一体化收发器完成，信号处理电路通过89C51或89C52系列单片机实现。超声波测距简单其频率为20kHz～20MHz，成本低、制作方便，随着频率的增加，检测距离减小，超声波测距频率在15～40kHz时检测距离减少，检测距离为0.5～3.0m。超声波的方向经反射面反射给接收器发散角大。但总体比较超声波测距基于单片机AT89C52和专用芯片测量反射时间t，S=vt得到声波发射到反射面的距离（v=314m/s，计算时加入温度补偿）。

2 系统硬件模块

2.1 微控制器模块

AT89C2051、AT89S51是CMOS8位4K字节Flash 闪速微处理器，GFFFFF128字节内部RAM与MCS-51系列指令集16位定时/计数器和引脚兼容，一个5向量两级中断结构。128bytes片内振荡器，RAM，2Kbytes 时钟电路，15根I/O线，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，AT89S510Hz的静态逻辑操作5个两级中断源，1个全双工串行口。工作电压范围4.25V～5.5V，使用频率12MHz。需要外部扩展的I/O系统电路同步复位信号。

2.2 超声波测距模块

超声波测距模块需要传感器作用距离和分辨力、驱动电路保证发射功率和波形以及回波探测电路接收灵敏性。对发射来说此模块使用HC SR04超声波要使电能到机械能转换效益最大，模块的非接触式距离可以提供2-400 cm，精度可达3MM。最佳的工作点运用IO的触发范围必须在反共振频率处，模块重复性自动发送40 khz的方波信号。只有这样才能自动检测是否返回，发射共振频率返回信号与接收部分的反共振频率一致同步输出，输出一个高水平的IO端口，高水平的传感返回的超声波发射。测试距离（=高水平时间*声音（340 m/ S））/ 2。

2.3 发射电路模块

超声波发射电路由CC7555时基电路间断单脉冲发射。单片机AT89C2051测距P1.7引脚控制CC7555时基电路每测距一次产生40KHz的频率信号接收一次。给超声波发生器间断地激发换能器晶片振动，由超声波探头发射的超声波射向障碍物。此方法测试距离太近利用超声波测量灵敏度高，该系统采用间断多脉冲发射穿透力强，测量速度快自动识别被测距离远近，测量角度大，设置发射脉冲个数可对较大范围内的物体进行检测。

2.4 报警电路模块

用声光报警电路Speaker发光二极管和三极管、电阻YSG接到P13引脚上，构成声音报警电路。AT89C2051的P1.6与AT89S5l单片机的P2.2管脚控制CC7555电路输出高电平，经反相器到达NE555的4管脚时为低电平，产生一定频率的信号驱动扬声器发出报警声。NE555不工作，时基电路CC7555处于暂稳态，发光二极管不亮，输出低电平扬声器YSG不发声，此时电源向电容充电直到下一次测距結束。汽车与障碍物距离小于设定的安全距离时，由芯片MCS14495驱动CC7555电路、AT89S51单片机的P2.2P1.4、P1.5管脚AT89C2051的P1.6输出低电平，采用静态显示经反相器到达NE555的4管脚时为高电平。控制产生的BCD驱动芯片MCS14495的锁存信号NE555开始振荡，发光二极管经三极管驱动点亮，BinaryCode Dencimal，二进制编码电容耦合滤除直流分量使YSG发出报警声音。

3 系统软件模块

软件设计的主要思路是由预设、发射、接收、显示、声音报警等五个模块为前提下组成的五个独立模块。在主程序中有一个键控循环模式，在我们按下控制的按钮时，在一定的时间内，这五个独立模块中的每个模块会反过来实现调用预置子程序、子程序、子例程接收子程序，这五个独立模块可以根据结果分析测量结果。当测量距离小于我们设定的安全距离时，会又蜂鸣器来发出声音来报警。

4 结果分析

调试采用硬件调试和软件调试结合起来进行，该系统主要通过超声波传播对测量精度进行有效的探索研究，能在一定程度上进行准确以及及时的声光报警。通过探索研究分析，该系统硬件和软件协调性较好，在满足设计要求的条件下对驾驶员进行预警保证交通安全。

参考文献：

[1]缪晓中.电子CAD—Protel99SE[M].北京：化学工业出版社，2009（01）.

[2]张乐，任国华，王省书.现代汽车的测距技术与应用[J].交通运输，2012， 26（06）：1-2.

作者简介：赵开国（1985-），男，甘肃人，车辆工程硕士，研究方向：汽车电子方向。