隨著中國經濟的持續增長和汽車價格的持續下降，越來越多的家庭擁有了私家車。在享受汽車給人們帶來便利的同時，由于倒車而產生的問題也日益突出。據初步調查統計，15％的汽車事故是由汽車倒車“后視”不良造成的。早期的倒車防撞儀可以測試車后一定距離范圍的障礙物從而發出警報，后來發展到根據距離分段報警。隨著人們對汽車駕駛輔助系統易用性要求的提高，對汽車倒車雷達的要求也越來越高。本文設計的基于單片機AT89C51的倒車雷達，采用美國DAL-LAS半導體公司生產的DS18B20單總線型數字溫度傳感器進行溫度補償提高了測距精度，采用OC-MJ12232C_3液晶顯示模塊對車距進行實時顯示和ISD4004語音芯片實現了倒車雷達語音報警的功能，并可以根據距離的不同做出不同的語音提示。由于采用了超聲波專用集成電路芯片LM1812，有效地提高了系統的可靠性和穩定性。
1 超聲波測距原理
超聲傳感器是一種將其他形式的能轉變為所需頻率的超聲能或是把超聲能轉變為同頻率的其他形式的能的器件。超聲波測距原理是利用單片機在超聲波傳感器發射超聲波的同時單片機的T0計數器開始計數，當檢測到回波信號后單片機的T0計數器停止計數。測得的時間和聲速相乘就可以得到超聲波往返過程中走過的路程，所以所測距離S為聲波傳輸距離的一半：
S=Ct／2
式中：S為超聲波發射點與被測障礙物之間的距離；C為聲波在介質中的傳輸速率；t為超聲波發射到超聲波返回的時間間隔。聲波在空氣中傳輸速率為：
式中：T為絕對溫度；C0=331．45 m／s。
采用單片機脈沖計數的方法，可精確測出t的值。假設單片機的機器周期為T機，則有t=NT機，則測得的距離為：
2 系統硬件電路設計
2．1 系統結構
系統框圖如圖1所示。該系統由單片機控制電路、超聲波發射與接收電路、溫度補償電路、LCD顯示電路以及語音報警電路等幾部分組成。單片機AT89C51是整個系統的核心部件，協調各部分電路的工作。單片機在超聲波信號發射的同時開始計時，超聲波信號在空氣中傳播遇到障礙物后發生反射，反射的回波信號經過處理后輸入到單片機的INTO端產生中斷，計數器停止計數。通過計數器測得的脈沖數可得到超聲波信號往返所需要的時間，從而達到測距的目的。超聲波探頭選用TCF40-25TR1型收發一體式超聲波傳感器，諧振頻率為40 kHz；超聲發射與接收電路采用LM1812專業集成電路，不僅外圍元件較少，電路簡單，而且有更好的穩定性及可靠性；溫度補償電路采用一線制數字溫度傳感器DS18B20，利用聲速和溫度之間的關系對聲速進行校正，從而消除溫度對聲速的影響；語音報警電路采用ISD4004，可實現汽車倒車過程中的語音報警。
2．2 單片機控制電路
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2．2 單片機控制電路
系統控制部分的核心是ATMEL公司生產的AT89C51。AT89C51采用40引腳的雙列直插式封裝(DIP)形式，內部由CPU，4 KB的ROM，256 B的RAM，2個16位的定時／計數器T0和T1，4個8位的I／O端口和一個全雙工串行通信口等部分組成。AT89C51單片機具有系統結構簡單，成本低，可靠性高，低功耗等特點。特別是內部集成了4 KB的FLASH程序存儲器，使單片機系統的結構更加簡單，也使其得到了廣泛的應用。同時，它還具有高級語言編程的特點，指令豐富，軟件開發簡單。AT89C51單片機是整個系統的核心部件，其作用是控制超聲波專用集成芯片LM1812的發射和接收，對計時器的計數結果進行數據處理后送入LCD顯示以及控制語音報警電路工作。
2．3 超聲波發射和接收電路
本系統采用超聲波專用集成電路LM1812作為超聲波發射和接收電路的主控芯片。LM1812是一種通用型超聲波收發器，主要用在各種各樣的測距、定向和通信中。芯片包括一個脈沖調制C類發射器，一個高增益接收器，一個脈沖調制檢測器及噪音抑制電路。LM1812第1腳外接L1，C1決定了電路發送或接收的工作頻率，其工作頻率為：
改變電感L1，電容C1的值可以改變振蕩頻率(本系統中f0為40 kHz)，最高可達325 kHz。
超聲波發射和接收電路如圖2所示。當LM1812的8腳為高電平時，LM1812處于發射模式；當8腳為低電平時，LM1812處于接收模式。值得注意的是，單片機到LM1812的連接要進行5～12 V的電平轉換。當LM1812處于發射模式時，L1，C1振蕩槽路被切換為振蕩模式，振蕩信號經驅動放大后，由13腳及6腳輸出。6，13腳之間所接變壓器線圈的匝數比是根據TCF40-25TR1型收發一體式超聲波傳感器的阻抗來確定的。實驗證明，變壓器線圈的匝數比大約為4：1時可實現與超聲波發送器阻抗相匹配。超聲波接收器接收到的超聲波信號經電容耦合由4腳輸入，再經內部兩級放大后同由1腳的諧振回路取出的信號一起送到檢測器。當檢測到超聲波回波信號時，LM1812的14腳(與單片機的INT0端相連)變為低電平，使單片機的T0計數器停止計數。
2．4 溫度補償電路
溫度補償電路采用了美國DALLAS半導體公司的DS18B20單總線型數字溫度傳感器。單總線即只用一根信號線來傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，單總線具有“線與”功能，連接方便，便于擴展。DS18B20集溫度測量、A／D轉換于一體，具有體積小、動態范圍寬、測量精度高等優點。DS18B20和單片機接口電路如圖3所示。
