基于单片机的超声波倒车雷达设计
摘 要：文 章设计了一种基于单片机的超声波倒车雷达系统，以 AT89C51 型单片机作为控制核心，集距离测量、显示，方位显示和危险报警于一体，以提高驾驶者在倒车泊车时的安全性和舒适性。本设计采用 Keil 软件对系统程序进行调试，并采用 Proteus 对整个系统进行了仿真，仿真结果达到了预期的效果。
关键词：超声波；测距；单片机；倒车雷达
前言
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。
1 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。
2 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。
2.1 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。
2.2 回波电信号放大电路设计
放大电路选择 CX20106A 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。
2.3 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。图 3 中芯片 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。
2.4 系统方位灯电路设计
图 4 所示为系统方位灯的电路图，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。
2.5 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 。由图 5 可知该电路是利用一个三级管来驱动，蜂鸣器电路与单片机的 P3.7 引脚相连接。
3 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
图 6 所示为主程序流程框图，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。
4 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。图 7 中，示波器窗口可以看见有一串矩形波发出，脉冲个数为 16 个，与预期的数目相同。
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。
5 结语
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。