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超聲波倒車雷達開發設計


近年來,隨著駕駛人和機動車數量的急劇增長,行車路況復雜,駕駛員往往不能及時的了解車輛周邊尤其是后方的環境,導致駕駛員操作不及時,造成很多事故。本文設計了以AT89C51單片機為核心,利用超聲波來進行測距,同時具有實現顯示和報警功能的倒車雷達系統,大大提高了倒車泊車的安全性。

一、倒車雷達系統總體設計

本文設計了一種基于單片機的超聲波倒車雷達系統,采用超聲波脈沖回波法對距離進行測量,AT89C51單片機作為整個系統的控制單元,TCF40-16TRC超聲波收發一體式傳感器作為測距裝置。系統主要包括測距部分、控制部分和顯示報警部分。圖1所示為系統的整體框架圖。

圖 1  倒車雷達系統總體框架示意圖

汽車泊車時掛倒檔,整車ECU會產生倒車信號,單片機接收該信號后進入工作狀態,產生脈沖電壓信號,該信號經過四選一分時選通開關被發送到第一路(后左支路)測距電路,經過電路放大后驅動傳感器發射超聲波,同時單片機開始計時。超聲波遇到障礙物后產生的反射回波被超聲波接收傳感器所接收,并將其轉化為電信號,單片機收到信號后,響應該中斷,系統會執行外部中斷程序,停止先前的計時,控制器會得到超聲波發射和回波之間的時間差,定時中斷以后繼續執行下一路。測距順序依次為后左,后左中,后右中和后右。隨后,控制器計算得到最小距離值,并將該值及方位傳送給LCD。當該值小于所設定的安全距離時,單片機驅動蜂鳴器發出報警,同時AEB系統進入工作狀態,以保證泊車安全。

二、倒車雷達系統硬件設計

AT89C51單片機是一種低功耗和高性能的八位芯片。硬件電路主要包括單片機控制電路,超聲波測距收發電路,回波電信號放大電路,LCD顯示電路,報警電路,方位燈顯示電路等。

1)超聲波測距收發電路:超聲波收發電路的功能主要有:增大驅動發射聲波脈沖電壓幅值,實現聲波信號與電信號之間的轉化;提高超聲波有效發射距離。本系統選擇CD4052型芯片用來分時選通四個支路的傳感器。

2)回波電信號放大電路設計:放大電路選擇CX201 06A型芯片作為控制核心。圖2中引腳1接CD4052芯片的Y端。該放大電路對回波電信號進行處理,最終產生并向單片機輸出一個低電平信號。該信號會向控制芯片申請中斷,隨即單片機發送計時停止指令,同時系統便開始對數據進行處理。

圖 2 超聲波回波信號放大電路圖

3)液晶顯示系統的電路設計:本設計選擇YBLCD1602LCD液晶顯示器作為顯示裝置。芯片P0的八個引腳端口分別與LCD的八個引腳相連接,傳輸指令和數據。P1.0、P1.1和P1.2引腳分別與LCD的三個端口相連接,對LCD的讀寫功能進行控制。

4)系統方位燈電路設計:當其中一個二極管點亮,表明該路傳感器對應方位的障礙物距離車體的位置最近。這四個發光二極管分別與芯片的引腳相連,當芯片所對應引腳輸出為低電平時,該引腳所對應的二極管被點亮。

5)系統報警電路設計:系統采用PB2130UP002A蜂鳴器作為聲音報警裝置,當障礙物與車體距離過近時,蜂鳴器發出聲音以起到報警的作用。

三、倒車雷達系統軟件設計

系統軟件部分由運行主程序,超聲波收發子程序,發射通道選通子程序,LCD顯示子程序,報警子程序等組成。

3.1軟件主程序設計

汽車掛入倒檔時,系統進入工作狀態。首先對每個緩沖單元清零,對液晶顯示器進行初始化。隨后,系統開始檢測是否有倒車信號傳來,若有超聲波測距支路便開始進入工作狀態,反之繼續等待。設置定時器并賦初值,同時T1定時器開中斷。單片機通過檢測四路探測完畢的標志位來判斷四路探測是否完畢,標志位為1則表示都已經完成,對數據進行處理,完成后通過LCD顯示最小距離,同時報警模塊判斷是否需要報警,延遲大約0.5s后,系統又回到檢測倒車信號處開始下一輪的循環。

3.2超聲波收發子程序設計

單片機接收超聲回波的信號,系統進入外部中斷0程序。此時,定時器T0首先停止計時,禁止外部中斷0的中斷,然后計數值保存在以40H為起始的單元中。隨后,系統等待定時器T1所設定的40ms中斷產生,一旦產生,便會繼續進行下一支路的測距。

3.3定時器T1中斷程序設計

系統進入定時器T1中斷程序,T1關閉,外部0中斷被禁止,同時T1被重新賦初值。如果全部選通完畢且有四個計數值,系統會置標志位然后比較這四個值返回主程序。如果四通路還沒有全部選通,系統會繼續選通還沒有被選通的通道,同時調用發射超聲波的子程序,啟動定時器T0和定時器T1,并允許定時器T1中斷。

倒車雷達開發

四、倒車雷達系統調試與仿真

本文使用Keil軟件對程序進行調試,使用Proteus軟件對電路進行仿真。利用Keil軟件對系統的程序進行了調試并采用Proteus專業仿真軟件對整個系統進行了仿真以驗證系統的正確性和穩定性。

總結

本文通過采用單片機控制和超聲波測距,設計出一種結構簡單、可靠性高的泊車雷達系統。利用超聲波來進行測距,測量精度比較高,同時實現顯示和報警的功能,完全滿足駕駛員泊車的需求。

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