汽车倒车防撞装置的设计
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摘要：后视能力差一直是困扰驾驶员的问题，倒车防撞雷达能够发出报警声或者其他方法告知驾驶员车辆附近阻碍正常驾驶物体的位置，帮助驾驶员观察到人眼或者后视镜看不到的地方，使驾驶员的驾驶更加安全可靠。本文以超声波在空气中的传播速度为决定条件，根据超声波的反射来测量距离。根据超声波测距基本思路，提出了系统的总体构成，以蜂鸣器报警作为警告提醒，有良好的实际使用价值。
关键词：防撞；距离；超声波传感器；方位控制系统
现在越来越多的汽车带来了越来越多的安全问题，由此引发的刮蹭事件也越来越多，因刮蹭引起的纠纷也在不断地增加。倒车也慢慢的变成了一个十分重要的问题。根据我们的调查结果来看，15%的汽车交通事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。所以，增强汽车的后视能力，尤其是大型、重型车辆的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的负担和心理压力，是很重要的。不同的车辆都有后视镜，但又都有后视镜看不到的地方，倒车雷达在很大程度上帮助驾驶员观察到人眼或者后视镜看不到的地方，使驾驶员的驾驶更加安全可靠。
本设计就是利用超声波传感器探测车辆与周围阻碍物体之间的距离，如果不在安全的距离范围内，系统将会自动报警，从而提醒驾员要注意安全，最近几年，由于快速发展的微电子技术，出现了一种即实惠又方便的新型单片机，大大的提高了超声波测距传感器的功能。有了微处理器不仅使测距的精度大为提高，使人们更加广泛的使用超声波测距技术。根据超声波制作汽车防撞雷达，可以帮助驶员车观察到辆附近阻碍正常驾驶物体的位置，避免汽车在掉头、转弯、倒车时碰撞、刮伤。
汽车倒车防撞报警器测量汽车倒车距离的方法有：1闪光和发出音乐的声音，2闪光和发出滴滴的声音，3倒车到危险距离时发出警报声的报警器，4闪光和发出语音警告，本设计将以上功能结合起来加以改进发展，使其在整个倒车过程中自动测量车后端与最近的阻碍物体之间距离，通过数字告诉驾驶员。倒车到极限距离时，会发出尖锐的警报声，告知驾驶员不能再倒车了。如果与制动系统连接在一起，也可以形成自动制动。
倒车防撞报警系统是根据距离测量的，超声测量法具有十分明显的优越性。超声波速度和距离的测量的是利用它的反射特性基本基本思路，当超声波发生器发出40kHz的超声波并遇到阻碍物体的时候，会产生反射波，超声波接收器接收到反射波信号同时将其转换成电信号。测量发射波和回波相差的时间间隔，记为ΔT，根R=（ΔT·v）/2计算距离（v是超声波传播速度）。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透能力强，可以在恶劣气候条件下工作。该系统制造方便简洁，所用材料价格较低。
倒车防撞报警器只在车辆倒车时发挥作用，为驾驶员提供车辆周围死角的情况。由于汽车在倒车时速度很慢，与声速相比较可以忽略，所以可以把汽车看作是静止的，因此在系统中多普勒效应的影响可以忽略不计。在许多测距方法中，脉冲测距法只需测量测点与目标之间的时间，比较容易实现。所以本系统采用了这种方法。驾驶员挂倒挡后，系统会自动启动，超声波传输模块将40 kHz的超声波信号向后发送，由阻碍物体反射，由超声波接收模块采集，进行放大比较，然后由单片机AT89C51将信号传送到显示模块，触发语音电路，同时发出语音提示来告诉驾驶员。当与阻碍物体的距离小于2米、1.5米、1米和0.5米时，将发布不同的警报声。
超声波产生电路和超声波发射控制电路是组成超声波发射机的不同部分。分离接收信号和接收信号有两个优点：一是收发信号不会混叠，接收探头接收纯反射信号，二是将接收探头放置在合适的位置，避免了因为超声波在物体表面反射造成的各式各样的干扰和不必要的损失，使系统更加稳定可靠。根据系统设计的要求和其他要求来看，选用超声波测距传感器TCT40-16T/R，其中T是发射传感器，R是接收传感器。最大探测距离为6米，发射扩散角为60度。超声探头产生超声的方法有两种：软件生成法和硬件生成法。其中软件生成法是利用软件产生40kHz的超声信号，由输出端输入驱动器，然后驱动探头来产生超声。该方法的特点是充分利用软件，具有良好的灵活性，但需要设计一个驱动电流大于100毫安的驱动电路。
超声波接收探头、信号放大电路和波形转换电路是组成超声波接收机的三个部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的类型，关键是要保持相同的频率，否则就不会产生共振，使接收效果受到影响，甚至会出现无法接收的情况。正弦波电信号在探头转换后会变得很弱，必须通过放大电路进行放大处理。又因为单片机不能直接接收到正弦波的信号，所以必须对正弦波进行波形的转换。根据上述基本思路，只有第一个回波时刻是单片机所需要的。接收电路的设计可以通过专用的接收电路或者通用电路来实现。
当倒车雷达检测到的距离小于我们所设定的安全值时，通过声音的方式提醒驾驶员的警报就是语音报警。M3720是单声道和闪光报警声音集成电路，它在芯片中存储一个报警音效，可以直接驱使蜂鸣器发出声音或通过外接功放三极管使扬声器发出声音，也可以使LED闪烁。VDD和VSS为芯片的管脚功能，其中VSS为电源输入端和负极，VDD电压为3-3.5V，x和y为芯片外接振荡器电阻；TG是触发控制，BZ为报警器，BB为输出端，可直接与压电陶瓷蜂鸣器相连接，如果驱动扬声器则由BZ端引出，L为闪灯输出端，可直接驱动LED发光。
用AT89C51单片机开发设计的倒车防撞系统，使用了超声波测距这一基本思路。AT89C51单片机及其开发设计的系统具有可移植性好、语言简单易懂、结构设计和表达能力强、生成代码质量高、计算机硬件直接控制、使用方便等优点。
整个软件采用了模块化设计，由主程序、预置子程序、发送子程序、显示子程序和接收子程序组成。它的软件应该具有以下功能：（1）控制超声波的发射和接收传感器的工作状态。传感器探测距离时发射传感器还要依次轮流工作，这些功能需靠软件程序来实现。（2）计算出超声波在当前温度下的传播速度，从而计算出倒车的时候避免碰撞的安全距离和报警的距离。设定安全的距离为2米，将超声波测距仪测量的距离与我们的设定值进行比较，当测量距离小于2米或大于1.5米时，发出bi、bi、bi的声音；当距离小于1.5米或大于1.0米时，发出bibibi、bibibi、bibibi的声音；当距离小于1.0米或大于0.5米时，发出bi的连续声音；当距离小于0.5米，发出“危险”声。（3）测量超声波信号来回的时间，计算距离最近的阻碍物体与车辆之间相隔的距离。当超声波在发射过程中遇到阻碍物体的时候，其返回接收传感器的时间需要由软件计时器记录，阻碍物体的距离可按此时间计算。
超声波测距仪制作和调试的过程都是比较简单的，但探头安装时要保证两个传感器的中心轴应保持平行，并相距4-8厘米，其他部件没有特殊要求。金属外壳如果能把超声接收的电路所屏蔽，那么就可以仪器的提高抗干扰能力。不同的测量范围，需要的与接收传感器连接的滤波电容器C也会不同，不同的范围选择不同的电容器可以使接收的灵敏度和抗干扰的能力发挥的最好。系统调试结束后，进行实验分析了测量出现的误差，一次又一次的优化系统使其达到实际使用时需要的测量要求。
防碰撞报警系统是用来提高汽车倒车时安全的一种系统，它利用超声波探头发出超声波，用高速单片机计算距离，增加温度补偿电路，提高了阻碍物体距离计算的精度。系统安装的液晶显示器可以直观的显示温度和距离，给驾驶员提供了方便。当车辆与阻碍物体之间的距离小于我们所设定的安全距离时，系统通过语音集成电路对驾驶员进行报警，从而避免车辆发生碰撞或着被刮伤，有比较高的实际使用价值。由于探头位置的原因，车后上方的阻碍物体一般无法探测到；除此之外，当车后阻碍物体太低时（比如坑、小水沟等）或角度超过探头能够测到的范围时，譬如台阶、石头等，对一些较细的东西，如铁丝等，倒车防撞报警器同样无能为力。倒车防撞报警器只能作为驾驶员的一种辅助设备，不能过分依赖于倒车防撞报警器，为了驾驶安全，必要的时候，下车观察车辆周围和道路上的情况。
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