超声波汽车倒泊防撞报警器的设计

　　超声波汽车倒泊防撞报警器是超声波测距的一个重要应用。在汽车倒泊时，利用超声波的反射可以探测汽车尾部与障碍物之间的距离，提供多级声光报警。本文介绍一种以MC68HC705J1A单片机为核心的低成本超声波汽车倒泊防撞报警器的设计方法，该报警器的感应时间小于0.5s，测距精度可达0.1m。

　　1 超声波测距原理

　　超声波测距原理是根据超声波遇到障碍物后可反射回来的特性，记录发射信号到收到第一个反射信号的时间t，利用公式s=c·t/2，计算出距离s。其中c是声速，标准状态下声速c=331.4m/s。超声波测距原理如图1所示。

　　

 

　　2 超声波汽车倒泊防撞报警器的组成

　　超声波汽车倒泊防撞报警器的组成如图2所示。

　　

 

　　报警器只在汽车倒泊时才使用，采用倒车灯的电源+12V供电。倒车时障碍物可能在车的后面，也可能在车的侧面。为了保证各种情况下探测障碍物的准确性，采用双路探测结构，取两路中距离较短的一路作为有效探测距离。超声波探测头具有电声转换和声电转换两种功能，分时用于发送信号和接收信号。声光报警电路由单片机直接控制，利用不同的蜂鸣器鸣叫声音和不同颜色的LED闪动实现多段报警。

　　3 超声波汽车倒泊防撞报警器的硬件电路设计

　　超声波汽车倒泊防撞报警器的硬件电路原理如图3所示(图中只给出了一路检测电路，另一路与此相同)。

　　

 

　　MC68HC705J1A单片机是Motorola公司J系列单片机中性能价格比最高的单片机之一，广泛应用于各种中小型检测控制系统中。MC68HC705J1A是一个具有1240字节EPROM/OTPROM的8位微控制器，主要硬件资源有:1240字节EPROM、64字节RAM、14个双向输入/输出端口、多功能计数器、外部中断等，同时具有看门狗和非法地址检测、无最小时钟频率选择等特点。在超声波汽车倒泊防撞报警器中，充分利用其双向并行口的输入和输出功能，进行信号的发送、接收及声光报警等控制。

　　超声波探测头选频频率为40kHz方波，由软件在单片机的发送管脚PA6和PA7上直接产生20个方波脉冲，再通过变压器升压变换，经超声波探测头发射出去。由于传感器本身的恢复过程，发射结束后仍有不大于500μs的阻尼震荡。发射信号同时回送到接收电路。

　　发射信号遇到障碍物后反射回来，由同一超声波探测头接收并送到接收电路。接收电路对反射信号进行多级放大和检波，最后通过开关电路到达单片机的接收管脚PA0或PA1。当接收电路有信号时，开关三极管Q1导通，PA0或PA1为低电平;否则，三极管截止，PA0或PA1为高电平。检测PA0或PA1的管脚状态，就可以得到超声波探测头接收到第一个反射信号的时刻，从而计算出从发送信号到接收到第一个反射信号的时间，再进一步计算出障碍物与汽车的距离。发射信号波形、接收电路信号波形和单片机接收管脚信号波形如图4所示。