基于单片机的汽车防碰撞报警系统设计

摘 要:随着人们生活水平的日益提高,汽车数量也与日俱增,因此汽车的行驶安全就显得尤为重要。介绍一种基于单片机SB5027的汽车防碰撞报警系统,它能自动检测行进中汽车前后方障碍物的距离,当达到安全极限距离时,发出声光报警,提示驾驶员进行相应的操作。给出该报警系统的软硬件设计,实践证明该系统有效且准确。

关键词:单片机;碰撞;报警;检测

中图分类号:TP274+.53文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)19-166-02

Design of Automobile Anti-collision Alarming System Based on Single Chip Computer

MA Yongxiang

(Shaanxi University of Technology,Hanzhong,723003,China)

Abstract:With rising of living standard,the number of cars increased every day,so cars driving safety is particularly important.The system of automobile anti-collision alarming system based on single chip SB5027 is introduced,it can auto detect distance frontage and rear fraise,when reach critical security distance,alarming of sound and light are given,the system hardware composition and software project are showed,Experiment results prove validity and veracity.

Keywords:single chip computer;collision;alarming;detection

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[1-3],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[4,5]。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,使用方便,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[6],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[7,8]。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。

图1 系统硬件设计图

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[9,10]。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:

C= yp/p0

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1.013×106 Pa);p0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:

C=yp/p0=ypv/m

对于理想气体,有:

pv=273RT

式中:R为摩尔气体常数;T为绝对温度。

C=yRT/m

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0 ℃时C0=331.45 m/s。

对于任意温度,有:

ci/co=Tl/273

即:

ci=331.45Tl/273

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SONIC OUT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。

图2 超声波发射电路

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。

图3 超声波接收电路

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。

图4 报警电路

2 软件系统设计

报警器软件设计流程图如图5所示。

图5 软件流程图

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。

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