汽車倒車防撞裝置的設計
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摘要：后視能力差一直是困擾駕駛員的問題，倒車防撞雷達能夠發出報警聲或者其他方法告知駕駛員車輛附近阻礙正常駕駛物體的位置，幫助駕駛員觀察到人眼或者后視鏡看不到的地方，使駕駛員的駕駛更加安全可靠。本文以超聲波在空氣中的傳播速度為決定條件，根據超聲波的反射來測量距離。根據超聲波測距基本思路，提出了系統的總體構成，以蜂鳴器報警作為警告提醒，有良好的實際使用價值。
關鍵詞：防撞；距離；超聲波傳感器；方位控制系統
現在越來越多的汽車帶來了越來越多的安全問題，由此引發的刮蹭事件也越來越多，因刮蹭引起的糾紛也在不斷地增加。倒車也慢慢的變成了一個十分重要的問題。根據我們的調查結果來看，15%的汽車交通事故是由汽車倒車“后視”不良造成的。所以，增強汽車的后視能力，尤其是大型、重型車輛的后視能力，對于提高行車安全，減輕司機的負擔和心理壓力，是很重要的。不同的車輛都有后視鏡，但又都有后視鏡看不到的地方，倒車雷達在很大程度上幫助駕駛員觀察到人眼或者后視鏡看不到的地方，使駕駛員的駕駛更加安全可靠。
本設計就是利用超聲波傳感器探測車輛與周圍阻礙物體之間的距離，如果不在安全的距離范圍內，系統將會自動報警，從而提醒駕員要注意安全，最近幾年，由于快速發展的微電子技術，出現了一種即實惠又方便的新型單片機，大大的提高了超聲波測距傳感器的功能。有了微處理器不僅使測距的精度大為提高，使人們更加廣泛的使用超聲波測距技術。根據超聲波制作汽車防撞雷達，可以幫助駛員車觀察到輛附近阻礙正常駕駛物體的位置，避免汽車在掉頭、轉彎、倒車時碰撞、刮傷。
汽車倒車防撞報警器測量汽車倒車距離的方法有：1閃光和發出音樂的聲音，2閃光和發出滴滴的聲音，3倒車到危險距離時發出警報聲的報警器，4閃光和發出語音警告，本設計將以上功能結合起來加以改進發展，使其在整個倒車過程中自動測量車后端與最近的阻礙物體之間距離，通過數字告訴駕駛員。倒車到極限距離時，會發出尖銳的警報聲，告知駕駛員不能再倒車了。如果與制動系統連接在一起，也可以形成自動制動。
倒車防撞報警系統是根據距離測量的，超聲測量法具有十分明顯的優越性。超聲波速度和距離的測量的是利用它的反射特性基本基本思路，當超聲波發生器發出40kHz的超聲波并遇到阻礙物體的時候，會產生反射波，超聲波接收器接收到反射波信號同時將其轉換成電信號。測量發射波和回波相差的時間間隔，記為ΔT，根R=（ΔT·v）/2計算距離（v是超聲波傳播速度）。超聲波的特點是對雨、霧、雪的穿透能力強，可以在惡劣氣候條件下工作。該系統制造方便簡潔，所用材料價格較低。
倒車防撞報警器只在車輛倒車時發揮作用，為駕駛員提供車輛周圍死角的情況。由于汽車在倒車時速度很慢，與聲速相比較可以忽略，所以可以把汽車看作是靜止的，因此在系統中多普勒效應的影響可以忽略不計。在許多測距方法中，脈沖測距法只需測量測點與目標之間的時間，比較容易實現。所以本系統采用了這種方法。駕駛員掛倒擋后，系統會自動啟動，超聲波傳輸模塊將40 kHz的超聲波信號向后發送，由阻礙物體反射，由超聲波接收模塊采集，進行放大比較，然后由單片機AT89C51將信號傳送到顯示模塊，觸發語音電路，同時發出語音提示來告訴駕駛員。當與阻礙物體的距離小于2米、1.5米、1米和0.5米時，將發布不同的警報聲。
超聲波產生電路和超聲波發射控制電路是組成超聲波發射機的不同部分。分離接收信號和接收信號有兩個優點：一是收發信號不會混疊，接收探頭接收純反射信號，二是將接收探頭放置在合適的位置，避免了因為超聲波在物體表面反射造成的各式各樣的干擾和不必要的損失，使系統更加穩定可靠。根據系統設計的要求和其他要求來看，選用超聲波測距傳感器TCT40-16T/R，其中T是發射傳感器，R是接收傳感器。最大探測距離為6米，發射擴散角為60度。超聲探頭產生超聲的方法有兩種：軟件生成法和硬件生成法。其中軟件生成法是利用軟件產生40kHz的超聲信號，由輸出端輸入驅動器，然后驅動探頭來產生超聲。該方法的特點是充分利用軟件，具有良好的靈活性，但需要設計一個驅動電流大于100毫安的驅動電路。
超聲波接收探頭、信號放大電路和波形轉換電路是組成超聲波接收機的三個部分。超聲波探頭必須采用與發射探頭對應的類型，關鍵是要保持相同的頻率，否則就不會產生共振，使接收效果受到影響，甚至會出現無法接收的情況。正弦波電信號在探頭轉換后會變得很弱，必須通過放大電路進行放大處理。又因為單片機不能直接接收到正弦波的信號，所以必須對正弦波進行波形的轉換。根據上述基本思路，只有第一個回波時刻是單片機所需要的。接收電路的設計可以通過專用的接收電路或者通用電路來實現。
當倒車雷達檢測到的距離小于我們所設定的安全值時，通過聲音的方式提醒駕駛員的警報就是語音報警。M3720是單聲道和閃光報警聲音集成電路，它在芯片中存儲一個報警音效，可以直接驅使蜂鳴器發出聲音或通過外接功放三極管使揚聲器發出聲音，也可以使LED閃爍。VDD和VSS為芯片的管腳功能，其中VSS為電源輸入端和負極，VDD電壓為3-3.5V，x和y為芯片外接振蕩器電阻；TG是觸發控制，BZ為報警器，BB為輸出端，可直接與壓電陶瓷蜂鳴器相連接，如果驅動揚聲器則由BZ端引出，L為閃燈輸出端，可直接驅動LED發光。
用AT89C51單片機開發設計的倒車防撞系統，使用了超聲波測距這一基本思路。AT89C51單片機及其開發設計的系統具有可移植性好、語言簡單易懂、結構設計和表達能力強、生成代碼質量高、計算機硬件直接控制、使用方便等優點。
整個軟件采用了模塊化設計，由主程序、預置子程序、發送子程序、顯示子程序和接收子程序組成。它的軟件應該具有以下功能：（1）控制超聲波的發射和接收傳感器的工作狀態。傳感器探測距離時發射傳感器還要依次輪流工作，這些功能需靠軟件程序來實現。（2）計算出超聲波在當前溫度下的傳播速度，從而計算出倒車的時候避免碰撞的安全距離和報警的距離。設定安全的距離為2米，將超聲波測距儀測量的距離與我們的設定值進行比較，當測量距離小于2米或大于1.5米時，發出bi、bi、bi的聲音；當距離小于1.5米或大于1.0米時，發出bibibi、bibibi、bibibi的聲音；當距離小于1.0米或大于0.5米時，發出bi的連續聲音；當距離小于0.5米，發出“危險”聲。（3）測量超聲波信號來回的時間，計算距離最近的阻礙物體與車輛之間相隔的距離。當超聲波在發射過程中遇到阻礙物體的時候，其返回接收傳感器的時間需要由軟件計時器記錄，阻礙物體的距離可按此時間計算。
超聲波測距儀制作和調試的過程都是比較簡單的，但探頭安裝時要保證兩個傳感器的中心軸應保持平行，并相距4-8厘米，其他部件沒有特殊要求。金屬外殼如果能把超聲接收的電路所屏蔽，那么就可以儀器的提高抗干擾能力。不同的測量范圍，需要的與接收傳感器連接的濾波電容器C也會不同，不同的范圍選擇不同的電容器可以使接收的靈敏度和抗干擾的能力發揮的最好。系統調試結束后，進行實驗分析了測量出現的誤差，一次又一次的優化系統使其達到實際使用時需要的測量要求。
防碰撞報警系統是用來提高汽車倒車時安全的一種系統，它利用超聲波探頭發出超聲波，用高速單片機計算距離，增加溫度補償電路，提高了阻礙物體距離計算的精度。系統安裝的液晶顯示器可以直觀的顯示溫度和距離，給駕駛員提供了方便。當車輛與阻礙物體之間的距離小于我們所設定的安全距離時，系統通過語音集成電路對駕駛員進行報警，從而避免車輛發生碰撞或著被刮傷，有比較高的實際使用價值。由于探頭位置的原因，車后上方的阻礙物體一般無法探測到；除此之外，當車后阻礙物體太低時（比如坑、小水溝等）或角度超過探頭能夠測到的范圍時，譬如臺階、石頭等，對一些較細的東西，如鐵絲等，倒車防撞報警器同樣無能為力。倒車防撞報警器只能作為駕駛員的一種輔助設備，不能過分依賴于倒車防撞報警器，為了駕駛安全，必要的時候，下車觀察車輛周圍和道路上的情況。
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