单片机用于汽车防碰撞报警系统设计

1 汽车防碰撞报警器硬件设计

　　根据产品性价比和实际需要，选用中易电测研究所研制的智能化超声波测距集成电路芯片SB5027，它采用CMOS制造工艺，片内具有比较器，标准40 kHz超声波发生器以及回波响应脉冲接收器，集有动态数码显示信息输出、操作键盘、数据存储、参数设定等功能。将SB5027用作距离检测时有以下特点：动态数码跟踪显示；可以对距离上限、中限、下限值等参数设定；可以对距离、时间、定时等报警允许参数设置；最大量程及最小分辨率均由用户设置；支持增值测距功能。系统硬件结构设计如图1所示。系统由超声波发射电路、超声波接收电路、键盘显示电路、核心功能芯片，辅助电路(复位电路和晶振电路)及报警电路等组成。

1．1 超声波测距原理

　　超声波测距的基本原理同声纳回声定位法的原理基本相同。超声波发生器不断的发出40 kHz超声波，遇到障碍物反射回反射波，超声波接收器接收到反射波信号，并将其转变为电讯号。测出发射出去的发射波与收到的反射波的时间差T，即可求出距离：

　　S＝(1／2)CT

　　式中：C为超声波音速，又：

　　式中：y为气体的绝热体积系数(空气为1．4)；p为气体的气压(海平面为1．013×106Pa)；钆为气体的密度(空气为1．29 kg／m3)。

　　对于1 L空气，质量为m，体积为v，密度p=m／v。

　　故：

　　式中：R为摩尔气体常数；T为绝对温度。

　　由于y，R，m均为已知常数，故声速C仅与温度有关，若温度T不变，则声音在空气中的速度与气压无关。在O℃时C0=331．45 m／s。对于任意温度，有：

1．2 声光报警、无线信号发射和接收电路设计

　　汽车防碰撞报警检测，采用超声波传感器。超声波传感器由超声波发射电路和超声波接收电路组成。超声波发射电路由施密特触发器、变压器、发射传感器T探头组成。由于SB5027内部有标准40 kHz的超声波发生器，所以直接引其内部信号(由引脚SONICOUT引出)，但是该信号较弱，在发射电路部分还必须将信号放大。此信号经过两个施密特反向触发器串接，同时通过分压电阻使NPN型晶体管VT导通，并把输出端的电压脉冲信号反馈到变压器上，经过升压变压器将电压信号增大，来驱使发射型T40 传感器向外发射40 kHz的超声波，电路图如图2所示。

超声波信号接收处理是测距系统的关键技术之一。由于超声波接收电路将探头输出的微弱信号放大到足够驱动，控制后级电路，所以接收电路主要解决接收信号的表面会出现漫反射现象，因此接收电路主要解决接收信号的稳定性，即接收信号的自动增益控制问题。由于发射信号接触物体表面的一部分比较弱，同时由于被测距离的远近会引起反射信号幅度上的不均等。为消除上述缺陷的影响，接收电路应具有信号放大和自动增益控制功能。设计中选用芯片LM331来完成电压／频率的装换。超声波接收器R将接收到的反射波通过电容和电阻滤波后经过LM331转换成电压，再经两个反向施密特触发器串接将LM331装换过来的电压放大整形后送至SB5027的ECHO IN端，电路图如图3所示。

报警电路在测距越限时，由SB5027的BELLOUT端输出高电平使晶体管VT1导通，将报警器接通电源并发出报警声。电路图如图4所示。

2 软件系统设计

　　报警器软件设计流程图如图5所示。

系统通电后，主程序完成初始化工作，包括存器置初值等。当汽车处于工作状态时，安置在汽车前后的报警装置会采集现场信号，传送给SB5027单片机。单片机接收的信号进行处理、运算、比较，正常时，报警器不报警；如果与下限比较产生了越限，则产生声光报警信号，提醒驾驶员采取相应措施。

3 结 语

　　本设计的汽车防碰撞报警器，充分利用了SB5027的内部资源，进行数据处理和时控制功能，使系统工作处于最佳状态，提高了系统的综合反映灵敏度。报警及时，实现了防碰撞功能控制。实践证明该系统使用效果优于其他报警器，且具有体积小、使用方便、操作简单等特点。