基于单片机的汽车防碰撞报警系统设计

    随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展，在日常工作和生活中，汽车已成为人们理想的交通工具。汽车在带给人们方便的同时，也使得交通事故频繁发生，并由此造成了人员伤亡及经济财产的损失，因此汽车驾驶的安全性已经成为人们关注的焦点。汽车的碰撞安全技术是汽车安全技术中最难也是最核心的部分，对公路交通事故的分析表明，80％以上的车祸是由于驾驶员反应不及引起，超过65％的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。为了减少汽车事故的发生，给拥有汽车的用户提供安全感，研制一种简单可靠，使用方使，能自动检测距离，发现汽车距离障碍物小于安全距离时给驾驶员发出报警提醒的安全系统具有实际意义。由于超声波检测具有快速准确性等优点，因此，本设计采用超声波检测芯片来实现碰撞预警功能。

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。