本方案所設計的倒車防撞報警系統采用軟、硬件結合的方法，具有模塊化和多用化的特點。設計中介紹了超聲波檢測的發展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統的一些主要參數進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統功能的基礎上，提出了系統設計的總體構成，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。

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射裝置，這就決定了系統的發射與接收裝置必須安裝于一起，因此如何設計一款將發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射傳感器向某一方向發射超聲波，在發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）供應電能的脈沖發生器（發射電路）；（2）使接收和發射隔離的開關部分；（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，并使回聲激發記錄設備；（6）記錄/控制設備，通常控制發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.系統總體設計

該系統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，直接發送到單片機AT89C2051進行處理，通過編程可以進行自動控制。系統具體原理框圖如圖3.1所示：

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

主要的系統電路有：電源電路、超聲波發射電路、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

本系統選用超聲波傳感器T/R40-16,它是一種性能優良的發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是超聲波發射傳感器的頻率特性曲線。其中，f=40kHz為超聲發射傳感器的中心頻率，在此處，超聲發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字節快閃存存儲器，采用DIP封裝，是目前在中小系統中應用最為普及的單片機。

5.軟件語言的選取

本系統以單片機為核心。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。在系統軟件開發、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揮計算機硬件的功能，進行高質量的設計，開發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.系統的硬件設計

該系統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。

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器的輸入端。大家知道，施密特觸發器要有一定的輸入電平才能觸發，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是對汽車防撞報警系統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功能的基礎上，提出了系統設計的總體構成，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。