1.引言

隨著汽車工業的飛速發展， 擁有私家轎車的人越來越多， 將會出現的交通問題也會隨之越來越多。其中安全倒車是剛拿駕照或車齡不久的開車人士最為擔心的問題之一， 只要稍不留神不僅會給自己或別人帶來損失， 還有可能造成不必要的爭吵。針對上述問題， 我們設計了一個倒車防撞報警器， 能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況， 解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾， 并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷， 提高了安全性。

2.總體結構設計

該系統主要由SPCE061A 單片機、超聲波傳感器和距離預警模塊三部分組成。系統總體結構如圖1 所示。 

2.1 控制核心單元

SPCE061A 是臺灣凌陽科技公司所研發生產的一款高性能、低功耗的16 位微控制器， 有多達十四個的中斷源， 是性價比很高的一款十六位單片機。SPCE061A 的指令系統采用精簡指令集， 執行時間短， 能夠快速地處理復雜的數字信號。同時SPCE061A 擁有8 路10 位精度的ADC, 其中一路為音頻轉換通道， 并且內置有自動增益電路； 兩路10 精度的DAC, 只需要外接放大電路即可完成語音的播放， 這為實現語音提醒提供了方便的硬件條件。

2.2 傳感器模塊

該模塊由超聲波發射器和超聲波接收器兩大部件組成。主要是完成超聲波的發送和接收， 其中對所收集的電信號進行放大比較， 使得SPCE061A 單片機能夠獲得更為精確的數據。

2.2.1 超聲波發生器

超聲波發生器采用的是壓電式超聲波發生器。壓電式超聲波發生器利用壓電晶體的諧振來工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板， 當它的兩極外加脈沖信號， 其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時， 壓電晶片將會發生共振， 并帶動共振板振動， 便產生超聲波。發生器內部結構如圖2 所示。超聲波發生器與SPCE061A 的引腳IOA1 連接， 通過軟件來控制發生與否。 

2.2.2 超聲波接收器

超聲波接收器包括超聲波接收探頭和信號放大兩部分。超聲波接收探頭必須與發射探頭的型號相對應， 主要是頻率要一致， 否則會因無法產生共振而影響接收效果， 甚至無法接收。

由于經探頭變換后的電信號非常弱， 因此必須經放大電路放大。超聲波接收器所接收的信號通過SPCE061A 單片機的IOA2 引腳可以直接輸入單片機內部進行處理， 從而簡化了系統的硬件電路。

2.3 距離預警模塊

該模塊主要包括： 語音、LED 點陣及提醒指示燈， 駕駛員轉倒車檔時觸發啟動條件系統跟隨啟動， LED 點陣顯示車尾與障礙物之間的距離。當與障礙物距離小于預設范圍（1m、0.5m、0.25m）時， 分別發出不同的"BI、BI"報警聲（正常、較快、急促）， 同時以之相對應的提醒指示燈開始閃爍， 閃爍程度與報警聲相應， 以達到增強提醒的效果。

3.軟件設計

3.1 主程序

主程序主要完成系統的初始化， 控制觸發脈沖信號的發射與接收， 計算車尾與障礙物的距離， 判斷所測距離是否在所對應的范圍內， 以驅動顯示電路和發聲電路。主程序流程如圖3 所示。 

3.2 超聲波測距

算法由于倒車時汽車的行駛速度較慢， 和聲速相比可以認為汽車是靜止的， 因此在系統中可以忽略多普勒效應的影響。超聲波測距就是利用其反射特性。超聲波發射器不斷發射出某一頻率的超聲波， 遇到障礙物后反射， 當超聲波接收器接受到反射信號，將其轉變為電信號， 測出發射波和反射波的時間（T）， 根據S=C×T/2即可求得距離（S）。其中C 為超聲波波速， 常溫下取為344m/s。

4.結束語

該系統利用了SPCE061A 強大的實時控制和數據處理能力， 顯著的提高了可靠性， 精確度， 此外， 以單片機來實現有著結構簡單、工作可靠、測量誤差小等特點。系統通過LED 點陣可以直觀的顯示出車尾與障礙物的距離， 為駕駛員提供了方便。當障礙物距離小于系統設定的報警距離時， 系統點亮提醒指示燈， 并發出同步語音提示， 及時提醒司機剎車， 防止汽車的碰撞或擦傷， 使該系統具有很強的實用性。