【正文】 ABSTRACTWith the highspeed development of economy and people life level unceasing enhancement, car ownership in China increasing every year, all kinds of frequent traffic accidents, mostly car collision accident. This paper designed a kind of ultrasonic ranging and AT89C51 as the core of automotive anticollision alarm system, so as to enhance the safety of vehicle running, reduce traffic accidents. According to the principle of ultrasonic ranging, this system usesUSES AT89C51 as the core, the design of the automotive anticollision alarm system, the main is the singlechip microputer control module, ultrasonic distance measuring module, a buzzer alarm module, the four digital tube display module that bines several modules, written by Keil C51. C files to achieve the measurement distance, when the distance is less than the threshold, issued a report to the police. This design is the core of the ultrasonic ranging module, on the basis of other related modules are in the range expansion, ranging module is to use ultrasonic sensors. The system can improve the safety of vehicles in the process of marching, build space of automotive safety.Keywords ：ultrasonic sensor。尤其在公路交通領域，隨著大幅增長的汽車數(shù)量，由交通事故的導致的各種損害也在不斷地增加。一般來講，單純由其中單個因素，引起的道路交通事故非常少，通常都是由幾個因素共同作用的結果。表11 各種類型交通事故所占的比例交通事故類型所占百分比（%）交通事故類型所占百分比（%）車輛間事故接觸事故%%單獨車輛事故翻車事故 %%追尾事故%沖撞防護欄%其他%其他%其他事故%合計100% 德國奔馳汽車公司通過對各類交通事故進行統(tǒng)計研究得出的結論為:，30%左右的正面相撞類事故、50%左右路面狀況相關的事故和60%追尾事故的可避免發(fā)生；果駕駛員能夠及時的提前感知到危險并提前1秒采取處理措施，大約90%的交通事故發(fā)生可避免發(fā)生。在現(xiàn)階段，若想從根本上降低碰撞事故發(fā)生率，必須開展汽車防撞系統(tǒng)的研究。汽車安全防撞預警系統(tǒng)是指在汽車行駛過程中，利用車載探測設備對汽車周圍的障礙物進行檢測，如果汽車與障礙物有可能發(fā)生碰撞，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，提醒駕駛員及時感知危險信息以及當前危險的程度，可以使駕駛員提前采取相應的處理措施，避免發(fā)生追尾、側滑等交通事故。2000年，豐田汽車公司研發(fā)了一款主動預防安全系統(tǒng)。但都只是探索性的研究，尚無可以批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。但是，汽車安全防撞系統(tǒng)在硬件和軟件上存在了許多不足，具有很大的改進空間。 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排本次設計主要內(nèi)容是設計一種基于單片機汽車防撞報警系統(tǒng)，主要利用單片機對超聲波傳感器采集的模擬數(shù)據(jù)處理及存儲。首先介紹汽車防撞系統(tǒng)的設計要求，然后分別對測距傳感器的選擇和顯示報警系統(tǒng)的方案設計做了介紹，最后提出本系統(tǒng)的總體的設計方案，為硬件系統(tǒng)的設計打下了基礎。2)行車安全距離的法律基礎《高速公路交通管理辦法》第十五條規(guī):機動車在高速公路上正常行駛時，同一車道的后車與前車必須保持足夠的行車間距。所以在建立汽車縱向安全距離模型之前，必須搞清楚汽車制動距離的概念，通常制動距離是指在某一時刻汽車以某一速度正常行駛(包含空檔)時，從駕駛員踩住制動踏板開始到汽車完全停住這段時間內(nèi)汽車所駛過的所有距離，這個距離就被稱為汽車的制動距離。一個典型的車輛制動過程可以描述為: 駕駛員意識到前方發(fā)生緊急情況，迅速踩踏制動踏板，汽車減速直至停止的過程，這個過程可以描述成三個階段。因此輪胎與地面間的附著系數(shù)可以表示為。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。 超聲波傳感器的基本工作方式（1） 在自身特性諧振點40 kHz 附近可獲得較高的靈敏度；（2） 諧振帶寬、波束角可以通過制作控制得很窄, 有利于抗聲波干擾設計；（3） 不受無線電頻譜的資源限制, 易于進行抗電磁干擾設計；（4） 超聲波系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定，應用前景好。超聲波接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻R 也有很大關系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。式中, r為氣體的絕熱體積系數(shù)；P 為氣體的氣壓(海平面氣壓為1 0 13 x l 0 6 Pa)；為氣體密度( kg/)。 超聲波測距方法主要有三種：1） 相位檢測法：精度高，但檢測范圍有限；2） 聲波幅值檢測法：易受反射波的影響；3） 渡越時間法：工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設計上都容易實現(xiàn)，其 渡越時間法測距原理原理為：檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時間t，這個時間就是渡越時間，然后求出距離s。所以，空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波頻率，一般在 40KHz 左右。雖然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)射和接收帶來困難。但是根據(jù)實際的經(jīng)驗，過寬的脈沖寬度會增加測量盲區(qū)，對接收回波及比較電路都造成一定困難。而本設計的核心是超聲波測距模塊，其他相關模塊都是在測距的基礎上拓展起來的，測距模塊是利用超聲波傳感器，之后選擇合適單片機芯片，以下就是從相關方面來論述的。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠為反射線定向傳播等優(yōu)點，而且超聲波傳感器的能量消耗緩慢有利于測距。25 系統(tǒng)總方案本文論述的汽車防撞報警系統(tǒng)選用AT89C51 單片機作為控制器，其具體工作過程如下：系統(tǒng)采用超聲波測距的方法對障礙物進行測距，首先由超聲波發(fā)射電路發(fā)出信號， 刺激超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，當超聲波遇到障礙物后，立即產(chǎn)生反射波；然后超聲波接收探頭接收到超聲波，激勵超聲波接收電路向單片機傳輸信號。而且，此模塊的工作頻率范圍為39 kHz～41 kHz左右，完全能在40 kHz工作頻率工作。在一般的情況下來講，在選擇單片機時要需要考慮的幾個方面有：（1）單片機最基本性能參數(shù)指標。例如：在進行設計戶外的產(chǎn)品時，就必須要選用工業(yè)級的芯片，以達到溫度范圍的要求。根據(jù)本系統(tǒng)設計的實際要求，選擇AT89C51單片機做為本設計的單片機使用，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的CMOS 8位單片機。時鐘信號電路如圖 。復位后的P0口至P3口均置于高電平，這時程序計數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。對片內(nèi)含有EPROM的機型在編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖/PROG的輸入端。 單片機最小系統(tǒng)原理圖 超聲波發(fā)射和接收電路設計超聲波是一種振動頻率超過20 kHz的機械波，它可以沿直線方向傳播，而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠，在介質(zhì)中傳播時遇到障礙物在入射到它的反射面上就會產(chǎn)生反射波。超聲波探頭將電信號轉換為機械波發(fā)射出去，而單片機所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動實際上就是一個信號的放大電路，本設計選用74LS04芯片進行信號放大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106芯片電路構成的，CX20106芯片電路可以對超聲波信號進行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個低電平到單片機去請求中斷，當即單片機停止計時，并開始去進行數(shù)據(jù)的處理。 超聲波接收電路圖： 超聲波接收流程圖綜合，在由集成電路構成的接收和發(fā)射電路中，發(fā)射電路我們選用由反相器構成的電路，接收電路采用由紅外接收檢波芯片CX20106構成，主要是考慮到系統(tǒng)的調(diào)試簡單，成本低以及可靠性好。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時間應不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應用數(shù)碼管顯示。顯示模塊選用4位共陽極數(shù)碼管進行動態(tài)掃描，此掃描方式能完全達到顯示要求。則信號經(jīng)過三極管放大。本章小結本章對單片機的選擇選擇及功能做了介紹，對超聲波傳感器的工作原理進行了分析，然后具體討論了超聲波測距模塊中的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路的硬件設計，最后介紹了顯示模塊電路和蜂鳴器報警電路的設計。在測距中，各種信號包括溫度對聲速的影響都將干擾到測距的準確性，其中超聲波的余波信號對整個設計中測距的精確度的干擾的影響比較大。進入中斷處理后，定時器T0和外部中斷0就立即被關閉，同時讀取時間值，并給回波接收標志位清零即成功接收到回波信號。報警子程序取測量值LED顯示當距離在1—2m,2—3m,3—4m,4—5m階段 不同頻率報警 N Y返回 報警子程序流程圖 本章小結本章在已經(jīng)完成系統(tǒng)硬件設計的基礎上，根據(jù)軟件的設計要求以及系統(tǒng)的設計要求，基于汽車防撞預警系統(tǒng)的安全模型計算算法、參數(shù)要求，將系統(tǒng)軟件依照功能進行模塊化，劃分成了不同的功能模塊，分別是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計算測量距離、數(shù)據(jù)計算、蜂鳴器報警和數(shù)碼管顯示模塊。Keil Keil C51系統(tǒng)調(diào)試 仿真用protues ，將單片機控制模塊、超聲波測距模塊、蜂鳴器報警模塊、4位數(shù)碼管顯示模塊這幾個模塊結合起來，調(diào)進Keil ，進行仿真。（2）超聲波模塊的感應角的影響 超聲波發(fā)射器發(fā)散角產(chǎn)生的誤差兩個超聲波探頭即發(fā)射探頭和接收探頭和障礙物之間存在一個幾何角度，反射波入射到探頭存在一定的角度，當這個角度過大時，這就會造成測量較大的誤差，或者說根本接收不到回波信號。（2） 接收到超聲波信號轉換成電信號后，通過集成芯片CX20106的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能，減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。汽車防撞系統(tǒng)所涉及的學科的內(nèi)容比較多，諸如傳感器、單片機等，現(xiàn)在各個學科還在不斷的發(fā)展之中，相信也將推動這個系統(tǒng)功能的更加完善，并且應用將更為廣泛。 【J】(06)[33]【J】(02)[34]湯兵勇, 路林吉, 王文杰. 模糊控制理論與應用技術. 北京: 清華大學出版社, 2003.[35]王雪. 智能軟計算及其應用. 北京: 清華大學研究生講義.[36] G E Stutzman． Estimating Directivity and Gain of Antennas［J］．IEEE Antennas and Propagation Magazine 40，August 1998[37]Zhang Dabiao，Kang Yueqian，Liu Hongyun. The design of Automobile Collision Avoidance Warning System Based on ，2007.[38]Brumbaugh . Aircraft Model for the AIAA Controls Design Challenge[J]. Journal ofGuidance Control and Dynamics, 1991[39]Foschini . Layered spacetime architecture for wireless municaion in a fading envionment wheusing multi element antennas[j]. Bell Labs Tech, 1996,附 錄附 錄：/***********************************************************************************************************///hcsr04 超聲波測距模塊 DEMO 程序//晶振：12Mhz//接線：模塊TRIG接 ECH0 //數(shù)碼管：共陽數(shù)碼管P2接數(shù)據(jù)口,