基于单片机的倒车监控硬件设计

于云霞 邹雪 窦悉丝 江钰婷

摘 要：目前在很多地方停车场供不应求，汽车导致道路拥挤随处可见，汽车事故也逐渐增多，最常见的就是倒车碰撞事故。如何通过简单及有效的方式，比如说对于汽车运行轨道提前测距等，避免类似事故的发生，需要我们去思考及验证。文章采用单片机进行控制，使用超声波传感器进行距离检测，通过主控制器件处理收集到数据，使用数码管显示，利用报警装置进行报警，实现了倒车监控的功能。

关键词：单片机；传感器；数码管；报警；倒车监控

1 研究背景

在现代生活中，车祸事故通常是发生在一些十字路口或者道路狭窄的地方。因此在出行过程中，我们要随时注意周围的道路情况以及人流变化，比如弯道的多少以及附近是否有居住地等等。但是在一些高峰拥堵时期，例如上下班时间、周末以及节假日，车与车之间的距离过短，特别容易造成追尾事故。如果能够提前对障碍物进行预警，或许可以在一定程度上避免事故的发生。尤其是在倒车过程中出现碰撞事故也很频繁，如何控制碰撞事故的减少是极其重要的。由于倒车时我们只能通过后视镜大概了解周围的场地，因此不能很准确地避免一些障碍物。如果我们有一种感应装置，可以在遇到障碍物时进行提醒，那么在发生一些让人措手不及的事情时，也可以起到预示报警的作用。尤其在一些不熟悉的地方以及场地，这样就让我们可以更加放心地出行。

2 研究主要内容及难点

在本次的设计中，使用的是超声波反射原理，能够不受恶劣环境的影响，并且能够实时实地测量。系统能够测量距离0.05～4 m，由于本次设计中测试角度只有15°，再加上超声波的反射原理，因此会存在位置和角度的问题，从而出现误差，所以在应用中应注意此问题。由于超声波模块本身的影響，无法进行高精度测量，其测量距离单位一般为cm到m。同时声音传播到一定距离会出现衰减，因此本系统也无法进行长距离的测量。

在进行测量时，如果检测障碍物比较多，可能会出现误收信号的情况，可以对发送的超声波信号进行编码，防止误收。

3 系统组成简介

该系统主要运用单片机进行控制，用外部电路进行检测，实现多功能，多任务的检测和输出。硬件设计体系主要由控制模块、测距模块、显示模块、发声报警、按键设置测试距离值组成（见图1）。首先电源供电驱动单片机进行作用，传感器则检测障碍物距离[1-3]，将采集到的数据送到单片机进行处理，然后用显示部分进行显示，按键控制则对距离进行设置和调控，报警设置对采集到的数据同设置值进行对比，从而起到预警作用。

图1 系统设计框图

4 方案论证与选择

4.1 主要控制芯片

单片机控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化[4]。由于单片机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，在各种领域都获得了极为广泛的应用，包括智能仪器仪表、机电一体化产品、实时工业控制、分布系统的前端模块、家用电器、汽车自动驾驶系统等。主要单片机系列如下。

（1）Intel公司推出的MCS-96系列16位单片机[5]；（2）Microchip公司推出的PIC系列RISC结构单片机[6]；（3）TI公司推出的MSP430F系列的16位低电压、低功耗单片机[7]；（4）STC系列单片机。

本次设计使用的是STC系列52单片机，其完全兼容51单片机，并且有其独特的地方，抗外界干扰能力强，加密性好，耗能低[8]，可以实现远程升级，内部有专业复位电路，价格实惠，使用日益广泛。

4.2 测试距离的采集部分

（1）超声波测距传感器。可以在低温环境下进行运作，工作效率时间比较久。本身的灵敏度由机电耦合的系数决定，超声波的穿透能力很强。

（2）激光测距传感器。其测量宽度范围很广，响应速度快，进行长距离测量时不需要反光板，占用空间小[9-10]。

方案（1）测量距离可达到8 m，方案（2）测量量程大，0.02～300 m。倒车监控根据实际情况不用太高的精度和较大的量程，而且基于成本考虑，因此选择方案（1）。在这里使用我们比较熟悉的HC-SR04。本模块使用方法简单便捷，在控制口发送至少10 μs的高电平，接收口就可等待其输出。有输出时定时器开始计时，跃变为低电平时，定时器上的值就为发送接收时间，就可以根据公式算出距离。进行多次的周期测试，即可以达到移动测量的值。而且在方案中，我们可以采用多个传感器同时对多个方向进行测距。

4.3 显示模块

（1）数码管显示。优势是编程相对简单，显示亮度高，坏处是占用端口多。有共阴和共阳两只接线方式。（2）LCD1602显示。它是一种专门用来显现字母、数字、标记等的点阵型液晶模块，1602是指显示的内容为两行，每行16个字符。

在本次设计方案中，采用方案（1）。

4.4 按键设置

按键设置模块分为3个部分，分别是测试距离设置模式、测试距离值增加模式和测试距离值减少模式，可以手动设置测试距离。

4.5 报警模块

发声报警采用蜂鸣器器件，当所采集到的数据低于设定值时，蜂鸣器发声报警。单片机的驱动电流较小，驱动发声器件达不到要求，因此需要三极管增加电流。当测试值低于安全距离，蜂鸣器以一定的频率发声报警。

5 实物测试

在此设计中，距离测试的下限值是17 mm，上限值是3.8 m。在一些特殊的地方，需要根据个人需要来设置相应的测试距离值。由于环境不同，测试距离设置也不一样，我们选择了方便调试的测试值来观察。首先设置距离上限值为3.5 m，当在比较空旷的地方，距离大于3.5 m，蜂鸣器不报警；但在障碍物比较多的地方，蜂鸣器报警并且灯亮，说明超声波模块方向有障碍物导致了测试距离小于4 m。测试距离值增加模式和测试距离值减少模式只有在测试距离设置模式下才有效，分别为报警值增加1和报警值减小1。当距离设定值超过3.8 m时，则数码管显示888。

[参考文献]

[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].电子制作，2006（12）：26-28.

[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2004.

[3]余锡存.单片机原理及接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.

[4]唐桃波，陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用，2003（6）：49-52.

[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[6]薛均义，张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安：西安交通大学出版社，2005.

[7]徐爱钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[8]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[9]张健，李钢.超声波测距系统的研究与设计[J].合肥工业大学学报，2004（6）：640-643.

[10]阮成功，蓝兆辉，陈硕.基于单片机的超声波测距系统[J].应用科技，2004（7）：22-24.