多功能倒车安全提示装置的设计与实现

马明欣 大连育明高中

多功能倒车安全提示装置的设计与实现

马明欣 大连育明高中

本文研制的倒车安全提示装置以单片机（STC89C52）为核心，采用四组超声波测距模块获得障碍物与汽车尾部的距离信息，单片机经过信息处理后将数据实时显示在液晶屏上，并采用蜂鸣器、LED实现声光报警——不同的安全距离鸣叫、闪烁的频率不同，以提示司机注意安全。此外，考虑季节更替等因素导致工作环境温度变化较为明显，采用温度传感器实时测量环境温度，据此计算当前的声速，修正超声波测距结果，并将当前的温度实时显示在液晶屏上。该装置功能齐全，实用性强，制作成本低廉，测量精度高。

单片机（STC89C52）；超声波测距模块；温度传感器

引言

目前的中低档家用汽车上，虽然大部分都装有倒车雷达，但一般都只有“嘀嘀”鸣叫声提示功能。在夏季车窗打开且外面噪音较大，司机往往听不清楚鸣叫声，常常导致倒车安全事故的产生。如果倒车雷达能够具有实时显示功能，在类似上述车内有噪声的情况下，司机可以通过看显示屏就可以判断与障碍物的距离，大大降低倒车事故的概率。

1.系统基本结构与功能

倒车安全提示装置中首先要有超声波测距模块，以获得障碍物与汽车尾部的距离信息，但这些信息需要经过计时得到超声波的回波时间，再通过相应的公式计算才能获得真正的距离信息，为实现上述的信息处理与计算功能，采用体积小、价格低廉的单片机作为系统的核心，在完成信息处理与计算的同时，还要将相关距离信息在液晶显示屏上显示，并适时控制蜂鸣器蜂鸣器、LED实现声光报警——不同的安全距离鸣叫、闪烁的频率不同，以提示司机注意安全。此外，考虑实际应用环境中，因季节更替等因素环境温度变化较为明显，温度变化会导致声速发生变化。为此，本系统采用一个温度传感器实时测量环境温度，计算当前的声速，以获得准确的超声波测距结果，同时将当前的温度实时显示在液晶屏上，使倒车安全提示装置的功能更加全面。系统组成框图如图1所示。

图1 倒车提示装置原理图

图2 STC89C52单片机最小系统

图3 测距模块及安装布置

2.倒车安全提示装置的硬件设计

2.1 单片机系统

基于性价比的考虑，决定选用STC89C52型单片机。图2为所用单片机最小系统，主要包括复位电路和晶振电路。/EA引脚接+5V，选择使用内部8K字节的ROM。

2.2 超声波测距电路

采用5V电源供电的HC-SR04型超声波测距模块，其探测精度为3mm，探测角度为15°，探测距离为2cm-400cm，实物图如图3（a）所示。它包括超声波发射器、接收器及控制电路，共有4根引线：电源线2根、触发信号输入线、回响信号输出线，每组与单片机的接口只需两根口线。单片机通过P0口控制测距模块，并通过定时器计算回波时间。本系统中共采用四组测距模块，在车体上布置位置如图3（b）所示。

2.3温度测量电路

超声波在空气的传播速度受温度影响，故在测量过程中需要实时测量环境温度来对波速进行修正。我国部分地区季节温差、昼夜温差较大，故需选择一款测温范围宽、抗干扰能力强的温度传感器，同时，该温度传感器的检测结果也可以在显示器上显示，使倒车安全提示装置系统功能更全。

本系统中采用体积小、性价比高的DS18B20数字式温度传感器，其实物图如图4（a）所示。DS18B20可测量-55℃～+125℃范围内的温度，测量精度达到0.5℃，完全满足本装置的要求。DS18B20测温系统接线非常简单，如图4（b）所示，单片机P2.3口线与DS18B20的数据输入输出端相连。

图4 DS18B20实物图与电路连线图

图5 LCD12864液晶模块及端口连接图

图6 主程序流程图

图7 调试通过后的实物照片

设测得温度值为T（单位为℃），则可依据声速与温度关系式得出当前超声波波速v（单位为m/s）。

v = 331.5+0.607T

2.4 液晶显示与声光报警电路

综合考虑屏幕大小、字库形式等因素，选用带汉字字库的液晶显示模块LCD12864实时显示车体（四组测距模块）与障碍物之间的距离。其电源电压为5V，外观形状如图5（a）、（b）所示。

LCD12864共有20个接口引线，采用串行工作模式：单片机通过口线E（6脚）激活LCD12864，通过R/W（5脚）控制数据输入/输出，使用CS端（4脚）进行指令和数据的传输，PSB（15脚）为低电平。连线图如图5（c）所示，图中10kΩ可调电阻可以对液晶亮度进行调节，车主可根据舒适感觉自行调节。

声光报警电路通过LED和蜂鸣器实现：本系统将报警距离范围分为三段，分别为1.00m～1.50m、0.60m～1.00m和小于0.60m，同时根据距离远近辅以不同频率的声光（蜂鸣器和红色LED）报警提示。本系统中，单片机通过P2.0口线控制LED报警电路，通过P2.2口线控制蜂鸣器报警电路。

3.系统软件设计

采用模块化编程思路完成系统软件的设计。主要程序模块包括主程序、超声波发射接收、温度测量、声速修正、距离计算、LCD显示、声光报警等等。限于篇幅，在此只介绍主程序模块。

主程序流程图如图6所示。司机开始倒车（即单片机复位上电）后，LCD12864、DS18B20等模块以及计时器进行初始化。初始化后，DS18B20开始检测环境温度来对超声波速度进行修正。声速修正后，依次启动4组超声波测距模块，对车后四个位置进行障碍物距离检测，并将四组距离信息传回单片机进行处理。若当前距离处于安全范围内，则LCD显示距离并返回循环检测；若测试距离达到某一设定距离，则开启声光报警、实时显示障碍物距离。

4.研制结果

调试通过后的实物照片如图7（a）所示，加装有机玻璃外壳后的实物照片如图7（b）所示。经过测试，该系统具有实时显示车体与障碍物之间的距离、实时显示环境温度以及分段式声光报警功能，造价低廉，工作可靠，非常实用。

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术(第3版)[M].北京：清华大学出版社.2010

[2]徐爱钧.Keil C51单片机高级语言应用编程与实践[M].北京：电子工业出版社.2013

马明欣,(1999.04-),籍贯：辽宁大连,民族:满族,学历：高中