基于STC52单片机的超声波传感器汽车防撞报警系统的研究与设计

李繁华 余昌政 张晴

摘要：人们的生活由于汽车工业的高速发展，发生了翻天覆地的变化，特别是缩短了距离，但很多问题也随之产生，例如交通事故、拥堵、环境污染等，其中，交通事故问题尤为严重。本文研究设计了一种新型汽车车辆防撞自动报警控制系统，基于STC52组建成的单片机控制倒车自动防撞报警系统，利用超声波传感器的应用特点和技术优势。此控制系统将数控超声波自动测距控制系统和数控单片完美结合，软、硬件功能互补，具备系统模块化、多用化等基本特征，集社会效益与安全效益于一体，保障驾驶员的安全驾驶。

关键词：超声波;汽车;避障;报警

科技的迅猛发展带来前所未有的变革，国家经济实力不断增强进一步促进了人民生活水平的不断提高。从出行安全角度来看，无论是个人用车还是交通运输车辆，安全都是首要考虑的问题。而很多大中小货车都存在有车辆视野驾驶盲区和车辆倒车行驶盲区，安全隐患很大，为了有效减少发生行车安全事故，避免不必要的意外和人身伤害，弥补车辆行车安全过程驾驶中的一些视野倒车盲区安全缺陷，促使车辆驾驶员在车辆泊车或者倒车行驶过程中能够做出合理化的应急防护操作，让车辆行车安全过程驾驶中的车辆泊车、倒车各个环节更加安全高效，从而大大提高车辆行车过程驾驶的安全系数。本文主要研究并提出设计一种本基于STC52单片机的新型超声波碰撞传感器用于汽车安全防撞事故报警控制系统。该监控系统中，汽车的一个主自动控制器模块是一个C52单片机，超声波自动测距控制模块实时自动测量一辆车尾与周围几个障碍物之间的一定距离以及数值，并实时更新，主要体现为当出现紧急情况时，系统会提醒驾驶者以及汽车周边的行人，帮助驾驶员作出更及时的预判，类似于驾驶员的智慧眼睛，提前观察并及时反馈。

1.汽车防撞报警系统研究意义

随着国内经济的持续向好，我国交通运输行业迅速发展，汽车的保有量迅速扩大，而很多新手很难提前判断路况，导致交通安全问题越来越严重。而汽车都是强制上车险的，也会让驾驶员有种侥幸心理，再加上路况复杂，马路上行人、电动车的轨迹都是不可控因素，更加增大了行车难度。综上所述，公路交通事故不断增多，而其导致的各种损害也在不断地增加。

从社会层面看，交通安全关乎着一个社会的和谐稳定，如果交通事故多，且不能提前预警，那么对社会来说没有办法进一步促进社会的发展，阻碍社会的发展。从个体层面来看，交通事故对一个家庭是难以承受的意外，不管是从身体健康还是财产来说，都是致命的打击，一个普通家庭遭遇车祸，可能会耗尽一个家庭的所有积蓄。行车安全需要人、车、道路、环境各要素的配合，一旦失调便有可能发生车祸。其中，人是作为交通行车途中最重要的因素，也是最不可控的，这里的人既可以包括汽车驾驶员也可以包括其他的交通行人，很多重大交通事故都可能是由汽车驾驶员的其他主观因素直接导致的，例如汽车驾驶员们的精神状态、驾驶员的技术、酒后酒醉驾车、超速行驶和错误判断力的失误等。而行人的意外出现也是对行车的极大考验，这需要驾驶员具备极高的应急素质。数据分析表明，交通事故的主要原因是因为驾驶员的视野盲区和反映不够迅速，即人的因素在交通事故因素中占了绝对比例，怎么解决驾驶员的视野盲区问题从而提醒驾驶员，预留出更长的反应时间是本文系统的重点解决问题。因此汽车驾驶员的自动驾驶技术水平和危险区的感知反应能力的不断提升固然是关键，但是普通人的感知能力毕竟有限，在信息科学技术如此发达的今天，很多信息系统就已经能有效协助汽车驾驶员能够提前准确预知危险区的路况，从而有效提高日常行车的道路安全性。

当汽车处于危险状况下，系统能够向驾驶员发出信号同时自动采取危險规避措施，不光能够代替人提前作出预判，现在很多汽车都可以做到自动驾驶，但是应急处理系统还不是每个汽车都能配备，因此汽车防撞系统的研究才能从根本上降低碰撞事故的发生率。但是稳定、可靠、有效、价格低廉、适应性强的汽车安全防撞报警系统需要通过一系列算法得出，而这些系统的应用也是需要过程，研发出安全可靠的汽车防撞报警系统对于社会和个人都有极大的意义，特别是应用广泛的系统更是利国利民。

2.基本原理

2.1超声波和超声波传感器

超声波作为一种人耳听不到的频率，广泛应用于各种行业，超声波具备波长短、方向性好、能够成射线定向传播、纵向分辨率搞、对色彩和光照度不敏感，对外界光线和电磁场不敏感、碰到界面就会有显著反射的显著优势，而且其应用的环境多样，不会因为灰尘、烟雾和有毒灯就停止工作，成本低、稳定性高，超声波的这些特征都有利于其为汽车的超声波定位提供便利，超声波可以测定物体的位置、距离甚至形状等，非常适合作为汽车安全防撞报警系统的预判功能。

2.2超声波测距原理

超声波自动测距技术是通过不断自动检测一个超声波持续发射后是否遇到任何障碍物所产生反射的超声回波，由一台单片式微机进行实时自动检测计算出一个超声波持续传播所用的持续时间∆t。利用同种超声波在同种超声介质中连续传播时间速度不变的数学性质，在平均声速速度v函数已知的一定条件下，得到通过障碍物的距离超声传感器的平均距离速度。其中，v波分为高频超声和微波波速，常温下波速取为344m/s。

3.系统设计

3.1硬件设计

本系统的设计将分为五个主要组成部分，每个部分都是必不可少的，而五个部分又互相关联，合成整体，五个主要组成部分为控制器控制模块、电源模块、超声波测距模块、语音报警模块、显示模块。

3.1.1微控制器模块

本系统的STC89C52单片机是汽车的主要控制器，STC89C52低功耗、高性能，该单机片使用经典的MCS-51内核，是汽车应用中较为广泛的控制器，所以我们使用单片机达到实现倒车测距预警的功能，利用超声波传感器测距的原理，监测车尾与装置或装置与障碍物之间的距离，团队成员均熟练掌握该单机片的编程，并且能够很好的应用。STC89C52是很多嵌入式控制应用系统的首要选择，具备高灵活、超有效等特点。

3.1.2超声波测距模块

系统使用的测距模块是利用超声波测距系统设计的，超声波测距系统具有简单的特点，其原理是采用声波特性中的反射原理构成的，根据所使用的时间，来测得实际距离，完成相关的测距任务工作等问题，其原理十分简单，但也有一定的缺陷，其精度稍有偏差。

3.2软件设计

本系统所采用的软件设计系统是C语言编程，因为C语言编程有较为良好的编程环境，并且具有在线编程能力，是电子行业普遍使用的编程语言。本系统由主程序和发射、接收、显示、按键子程序等模块组成。

3.2.1主程序

初始和优化主机子程序后，需要先手动调用主机显示器的子程序，判断播放装置周围环境是否是没有任何障碍物的现象存在，如果周围有任何障碍物，包括公共汽车、人、电动车等，主机子程序系统会实时读取并自动处理播放超声波的需要测量的间距以及数值，当预判是危险预警时，便会出现报警声。

3.2.2显示数据子程序

当发现有障碍物存在时，通过超声波传感测距，该程序能够将数据传给C52单片机处理，程序运行结束后，将运算数值反映到显示器上。

3.2.3接收子程序

该个子程序的设计作用主要是为了通过实时显示一个子程序值来获得警报装置与预设车尾实际装置间距值的数值，该间距值应当等于或或者小于装置预设车尾警报装置间距的数值时，喇叭便会发出警报。

3.2.4按键子程序

按键子程序主要是调节有效间距，驾驶训练营员可根据自己的需求调整自己需要的报警距离。比如是对应急情况反映慢的驾驶员可以把有效间距调大，这样可以有更多的空间去应急处理。装置上共有三个按键，左边的按键是加，中间的是减，右边的是设置和确定，装置开机时以及设置成功时会发出语音提示。

4.结语

该系统具备4个特征，即精度较高、避干扰、具有自我保护能力、设计精准，节省能量，每个特征都为该系统所特有。本倒车系统报警设备设计成本低、精度高、可靠性高，将报警装置直接运用于倒车系統整体设计中就达到了系统预期应用目的，设计合理，在电动汽车高速倒车行驶过程中系统能够实时进行自动报警。

但是本报警系统在现阶段技术水平有限，还不能完全预测所有各种情况，毕竟对于行车行驶过程和途中的各种情况非常难以预料，只能就危险处理方面难以实现向汽车驾驶员发出报警的各种情形，还有诸多情形难以实现，接下来我们会优化系统，做好各种情况的应急准备。所以本监控系统技术下一步的发展目标就是能够实现自动测距刹车的安全功能，只有这样汽车驾驶员的安全才更得到有效的保障，本自动测距控制系统也将具有优良的经济社会效益和可靠的安全经济效益。

参考文献：

[1]吕淑芳.基于STC89C52单片机的汽车倒车防撞警报系统[J].电子技术与软件工程，2020（01）：70-71.

[2]蔡月萍.汽车智能防撞报警系统设计研究[J].微型电脑应用，2020，36（07）：110-114.

[3]孙会明.基于毫米波雷达的汽车开门防撞预警关键技术研究[D].扬州大学，2018.

基金项目：本文系安徽财经大学大学生创新创业训练计划资助，项目编号：202010378327。

作者简介：李繁华（1999-），女，汉族，安徽宿州人，安徽财经大学管理科学与工程学院，2018级本科生，电子信息工程专业。