超声波倒车雷达方案开发

近年来，随着驾驶人和机动车数量的急剧增长，行车路况复杂，驾驶员往往不能及时的了解车辆周边尤其是后方的环境，导致驾驶员操作不及时，造成很多事故。本文设计了以AT89C51单片机为核心，利用超声波来进行测距，同时具有实现显示和报警功能的倒车雷达系统，大大提高了倒车泊车的安全性。

一、倒车雷达系统总体设计

本文设计了一种基于单片机的超声波倒车雷达系统，采用超声波脉冲回波法对距离进行测量，AT89C51单片机作为整个系统的控制单元，TCF40-16TRC超声波收发一体式传感器作为测距装置。系统主要包括测距部分、控制部分和显示报警部分。图1所示为系统的整体框架图。

汽车泊车时挂倒档，整车ECU会产生倒车信号，单片机接收该信号后进入工作状态，产生脉冲电压信号，该信号经过四选一分时选通开关被发送到第一路（后左支路）测距电路，经过电路放大后驱动传感器发射超声波，同时单片机开始计时。超声波遇到障碍物后产生的反射回波被超声波接收传感器所接收，并将其转化为电信号，单片机收到信号后，响应该中断，系统会执行外部中断程序，停止先前的计时，控制器会得到超声波发射和回波之间的时间差，定时中断以后继续执行下一路。测距顺序依次为后左，后左中，后右中和后右。随后，控制器计算得到最小距离值，并将该值及方位传送给LCD。当该值小于所设定的安全距离时，单片机驱动蜂鸣器发出报警，同时AEB系统进入工作状态，以保证泊车安全。

二、倒车雷达系统硬件设计

AT89C51单片机是一种低功耗和高性能的八位芯片。硬件电路主要包括单片机控制电路，超声波测距收发电路，回波电信号放大电路，LCD显示电路，报警电路，方位灯显示电路等。

1）超声波测距收发电路：超声波收发电路的功能主要有：增大驱动发射声波脉冲电压幅值，实现声波信号与电信号之间的转化；提高超声波有效发射距离。本系统选择CD4052型芯片用来分时选通四个支路的传感器。

2）回波电信号放大电路设计：放大电路选择CX201 06A型芯片作为控制核心。图2中引脚1接CD4052芯片的Y端。该放大电路对回波电信号进行处理，最终产生并向单片机输出一个低电平信号。该信号会向控制芯片申请中断，随即单片机发送计时停止指令，同时系统便开始对数据进行处理。

3）液晶显示系统的电路设计：本设计选择YBLCD1602LCD液晶显示器作为显示装置。芯片P0的八个引脚端口分别与LCD的八个引脚相连接，传输指令和数据。P1.0、P1.1和P1.2引脚分别与LCD的三个端口相连接，对LCD的读写功能进行控制。

4）系统方位灯电路设计：当其中一个二极管点亮，表明该路传感器对应方位的障碍物距离车体的位置最近。这四个发光二极管分别与芯片的引脚相连，当芯片所对应引脚输出为低电平时，该引脚所对应的二极管被点亮。

5）系统报警电路设计：系统采用PB2130UP002A蜂鸣器作为声音报警装置，当障碍物与车体距离过近时，蜂鸣器发出声音以起到报警的作用。

三、倒车雷达系统软件设计

系统软件部分由运行主程序，超声波收发子程序，发射通道选通子程序，LCD显示子程序，报警子程序等组成。

3.1软件主程序设计

汽车挂入倒档时，系统进入工作状态。首先对每个缓冲单元清零，对液晶显示器进行初始化。随后，系统开始检测是否有倒车信号传来，若有超声波测距支路便开始进入工作状态，反之继续等待。设置定时器并赋初值，同时T1定时器开中断。单片机通过检测四路探测完毕的标志位来判断四路探测是否完毕，标志位为1则表示都已经完成，对数据进行处理，完成后通过LCD显示最小距离，同时报警模块判断是否需要报警，延迟大约0.5s后，系统又回到检测倒车信号处开始下一轮的循环。

3.2超声波收发子程序设计

单片机接收超声回波的信号，系统进入外部中断0程序。此时，定时器T0首先停止计时，禁止外部中断0的中断，然后计数值保存在以40H为起始的单元中。随后，系统等待定时器T1所设定的40ms中断产生，一旦产生，便会继续进行下一支路的测距。

3.3定时器T1中断程序设计

系统进入定时器T1中断程序，T1关闭，外部0中断被禁止，同时T1被重新赋初值。如果全部选通完毕且有四个计数值，系统会置标志位然后比较这四个值返回主程序。如果四通路还没有全部选通，系统会继续选通还没有被选通的通道，同时调用发射超声波的子程序，启动定时器T0和定时器T1，并允许定时器T1中断。

四、倒车雷达系统调试与仿真

本文使用Keil软件对程序进行调试，使用Proteus软件对电路进行仿真。利用Keil软件对系统的程序进行了调试并采用Proteus专业仿真软件对整个系统进行了仿真以验证系统的正确性和稳定性。

总结

本文通过采用单片机控制和超声波测距，设计出一种结构简单、可靠性高的泊车雷达系统。利用超声波来进行测距，测量精度比较高，同时实现显示和报警的功能，完全满足驾驶员泊车的需求。

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