基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现

基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现

 

　　汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。现在生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。倒车雷达电路种类较多，本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产。

 

　　超声波发射与回波接收电路的主要作用是提高驱动超声波传感器的脉冲电压幅值，有效地进行电／声转换，增大超声波的发射距离，并通过收发一体的超声波传感器将返回的超声波转变成微弱的电信号。超声波发射与回波接收电路如图2所示。

　　EFR40RS是收发一体封闭(防水)型超声波传感器，其中心频率f0=(40．0±1．0)kHz，-3dB带宽1kHz。驱动电压峰一峰值要求60～150V。CD4052是双路四选一模拟开关，单片机的P3．4和P3．5端口输出选通信号，单片机的P3．3端口输出一串40kHz的脉冲电压，通过CD4052的X路加到选通的开关三极管Q1基极，经脉冲变压器T1升压至100VP-P左右，驱动超声波传感器EFR40RS发射超声波。发射时的脉冲电压幅值大小直接影响测距的远近，应采用超声波专用的脉冲变压器。反射回的超声波经原收发一体封闭型超声波传感器变成毫伏级的一串脉冲电信号。由于回波电信号的幅值小，VD3和VD4二极管截止，该信号不会通过T1变压器副边线圈形成短路。VD1和VD2二极管也截止，所以回波电信号经R1和C1，通过CD4052的Y路送到超声波电信号放大与整形电路。R1和VD1，VD2组成双向限幅电路，避免发射时的大信号造成超声波放大与整形电路阻塞，甚至损坏电路。

 

　　本系统在实验室条件下进行了可行性的研究设计，要实际应用中就必须考虑测量精度和工作稳定性的问题。因此，本系统可采取几项措施来提高测量精度和工作稳定性。

　　(1)超声波的传播速度与温度有关。为了适应不同环境温度下的测距需要，提高测量精度，硬件电路上可增加检测车外环境温度的环节。单片机根据实测的温度值，再计算确定超声波的传播速度，即C=331．4+0．6lt。t是环境温度。或者在不增加硬件成本情况下，可考虑通过实验数据分析，找到测量值与实际值偏差特点和规律，通过软件编程对测量数据进行校正处理。

　　(2)软件设计中采用数字滤波中的算术平均滤波程序对每个测距点进行连续多次测量，取平均值作为该测距点的测量数据，以提高数据采样的可靠性。要尽量减小探测盲区，所设定的延时时间可根据实际所用超声波传感器余振时间而定，可在实际调试中确定最小延时时间。

　　(3)倒车雷达安装在车上，倒车雷达的工作环境非常恶劣，汽车倒车工作时，高压点火产生很强的电磁辐射，会影响电路正常工作。所以在硬件及软件方面要考虑采取抗干扰措施，提高系统工作的可靠性。如用金属壳屏蔽电路，采用屏蔽线连接超声波传感器；在满足测量距离的情况下，可适当调大超声波电信号放大和整形电路中检波电容C3的容量。硬件上可增加“看门狗”电路，软件设计添加指令冗余、软件陷阱、或设置软件“看门狗”，防止程序“跑飞”或者进入死循环。对于驾驶员来说，倒车时主要关心的是车后方有无障碍物、以及障碍物离车大约有多远等问题。由于车子制动时存在惯性，倒车遇到障碍物时，驾驶员总要提前制动。考虑性价比，倒车雷达测量精度不必很高。但从倒车安全考虑，此时的测量显示值宁大勿小。