基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现

　　当R6=200 kΩ时，f0=40 kHz。6脚与地之间接一个积分电容，标准值为330 pF。如果该电容值取得太大，会使探测距离变短。7脚是电路集电极开路输出端，R7是该引脚的上拉电阻。集成电路CX20106A无信号输入时，7脚输出高电平，当输入的超声波电信号经放大、整形后，7脚输出一个负脉冲电压。

　　2．3 单片机控制电路和显示、报警电路

　　电路如图4所示。由于系统用到单片机的输入／输出端口不多，在不考虑功能扩展时，从功能够用和低成本的角度考虑，采用AT89C2051单片机作为控制电路的核心器件。AT89C2051单片机共有20个引脚，其中有15个I／O端口(P3．6无引出脚)。两个16位定时器／计数器，其体积小、价格低。采用12 MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机的P3．3端口周期性的输出一串40 kHz的矩形脉冲，通过双路四选一模拟开关CD4052周期性地加到四路超声波发射与回波接收电路。单片机的P3．4和P3．5端口输出双路四选一模拟开关CD4052的选通信号。单片机的P3．2端口为外部中断0中断申请信号输入端。三位LED数码管采用动态扫描显示。U4的小数点常亮，U4的单位为 m，U5的单位为dm，U6的单位为cm。采用有源蜂鸣器作为报警发音器件，一是器件成本低，二是便于动态扫描显示的软件编程。

　　3 系统软件的设计

　　系统软件采用模块化设计，方便扩展移植。采用汇编语言编程。主要有主程序、T0中断服务程序、外部中断0服务程序、超声波发生子程序。

　　3．1 主程序

　　本系统有四路测距通道，采用分时工作，按后左一后左中一后右中一后右顺序循环测距。每一路发射超声波后的等待外部中断时间应大于超声波在最大有效探测距离内往返时间。所以按最大有效探测距离可以估算出最短的循环间隔时间。因为超声波在空气中传播能量会不断衰减，所以超声波测距存在最大有效探测距离。这最大有效探测距离与多种因数有关：
与超声波传感器性能的好坏、与驱动超声波传感器的脉冲电压幅值(功率)的大小、障碍物大小和形状、障碍物吸波特性以及反射波与入射波之间的夹角、与超声波放大和整形电路的灵敏度等有关。设定最大有效探测距离为8 m(收发一体封闭型超声波传感器比较难达到，实际上也没有必要探测很远的障碍物，只是设计留有裕量。由于显示位数有限，也必须对最大探测距离做限制)，则循环工作的间隔时间Tm=2S／C=2×8／346A46 ms，加上避免接收超声波传感器余振的延时和程序执行时间，留足裕量，设定Tm△56 ms。

　　主程序流程图如图5所示。首先是对系统初始化。端口p1．0、P3．3置0；设置堆栈，中断允许总控制位EA允许中断(EA=1)；允许外部中断0中断 (EX0=1)，采用边沿触发方式(IT0=1)；设置定时器T0允许中断(ET0=1)，以16位工作方式定时约56 ms；设置定时器T1以16位工作方式定时／计数，计数初值0000H，然后启动T0定时。设置显示数据初值为三位BCD码999(cm)，对应字形段码显示"---"。四路探测处理完毕后，将四组数据中的最小值送入显示缓冲区，通过LED数码管显示。同时该值与设定的100 cm值比较，若四组数据中的最小值小于100 cm，P3．7端口置0，Q2三极管导通，有源蜂鸣器得电发出报警声。

　　由于单片机采用12 MHz的晶振，1个机器周期为1μs，所以计数器每计一个数就是1μs，定时器T1工作模式设置为16位定时／计数器模式，则其最大定时65．536 ms。由于定时器T0每56 ms产生中断，执行T0中断服务程序时停止T1计时，所以T1计时不会产生溢出中断。一轮四路探测处理完毕所用时间大约是56 ms×4=224 ms，用时很短，而倒车速度又比较慢，所以可以做到实时动态显示。

　　3．2 T0中断服务程序

　　T0中断服务程序流程图如图6所示。每隔56 ms分别按后左→后左中→后右中→后右顺序选通下一路超声波发射与回波接收电路，调用超声波发生子程序，送出16个40 kHz的超声波脉冲电压，定时器T1开始计时，定时器T0开始定时56 ms，使每路工作56 ms。

　　为了避免接收到超声波传感器余振的直射波产生的中断申请，延时2．8 ms后，才允许外部中断0中断，等待接收返回的超声波信号。所以，最小探测距离(盲区)Smin=Ct／2=346×0．002 8／2△0．48 m。四路探测处理完毕，将四路中最小值送入显示缓冲区。若在四路探测中有些路在有效探测范围内发射的超声波未遇障碍物，无返回波，外部中断0不产生中断申请信号，或者是进入探测盲区，外部中断0产生的中断申请不被受理，则定时器T1计时到定时器T0产生中断，在T0中断服务程序中，用三位BCD码 999(三位十进制数最大值999 cm)置够四组数据。若显示缓冲区的四组数据都是999时，则对应字形段码显示"---"。倒车伊始，LED数码显示器就显示"-．--"，表明在安全距离内没有障碍物；若发出报警声后，又显示"-．--"，表明进入了探测盲区。