基于AT89C51的超声波汽车停车泊位检测系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第４期　农业装备与车辆工程　Ｎｏ．４　２ｏｏ６　（总第１７７期）　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　（Ｔｏｔａｌｌｙ＂１７７）　基于ＡＴ８９Ｃ５１的超声波汽车停车泊位　检测系统设计　齐延兴　杨雪银　（１．临沂师范学院物理系，山东Ｉ临沂２７６００５；２．Ｉ临沂师范学院工程学院，山东Ｉ临沂２７６００５）　摘要：介绍了以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为控制核心的超声波汽车停车泊位检测报警系统，重点分析了超声波测距的原　理、超声波收发嚣与单片机的连接与实现以厦系统的软件流程设计。最后指出了系统测距误差的来源及补偿措施。　该系统已得到了实际应用，并得到了良好的效果。　关键词：超声波传感器；测距；停车泊住：ＡＴ８９Ｃ５１　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—３１４２（２００６）０４—００３３—０３　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　Ｐａｒｋｉｎｇ　Ｂｅｒｔｈ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ８９Ｃ５１　１　２　Ｑｉ　Ｙａｎｘｉｎｇ　Ｙａｎｇ　Ｘｕｅｙｉｎ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｌｉｎｙｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｌｉｎｙｉ　２７６００５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｎｙｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｌｉｎｙｉ　２７６００５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｂｅａｈ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ８９Ｃ５　１　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｉ１ｌｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ　ｒａｎｇｅ　ｆｉｎｄｉｎｇ．ｔｈｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ－ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ａｎｄ　ＡＴ８９Ｃ５　１　ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｅｍｐｈａｓｉｓ．　Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎ　ｏｆ　ｒａｎｇｅ　ｅｒｒｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．　ｎ１ｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ａｋｅａｄｙ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　，　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ；ｒａｎｇｅ　ｆｉｎｄｉｎｇ；ｐａｒｋｉｎｇ　ｂｅｒｔｈ；ＡＴ８９Ｃ５　１　由于超声波测距具有设备简单、体积小、计算简　播速度，在标准状态下为３３１．４　ｍ／Ｓ。　单，易于做到实时控制，其测量距离、测量精度能达　到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。　２汽车停车泊位检测系统的组成　为了使停车泊位更加安全，在汽车停车泊位时，　超声波汽车停车泊位检测系统的组成框图如图　利用超声波的反射可以检测汽车尾部与障碍物间的　１所示。　距离，并提供多级声光报警。本文介绍了以　ＡＴ８９Ｃ５１单片机为核心的超声波汽车停车泊位检　—————■　ＬＣＤ显示器　测报警系统，系统的感应时间小于０．５ｓ，测距误差在　微处理器　１０ｃｍ左右，完全满足汽车在停车泊位时的需要。　——————●’　报警器　▲　▲　１超声波测距的原理　超声波测距的原理是根据超声波遇到障碍物可　』　以反射回来的特性，通过测量从超声波发射到收到　Ｉ收发器ｌ　Ｉ收发器Ｉ　第一个回波的时间ｔ，利用公式ｓ＝｝ｖｔ，即可求出　障碍物到传感器的距离Ｓ。　为超声波在空气中的传　Ｉ　Ｉ　超声换能器　超声换能器　收稿日期：２００５—１２一ｌｌ　作者简介；齐ｇ　３￣（１９７８一），男，山东安丘人，临沂师范学院。助教。硕　图１超声波汽车停车泊位检测系统组成框图　士。主要研究方向为智能机器人和计算机控制。　・３３・　维普资讯 http://www.cqvip.com 农业装备与车辆工程　２００６年第４期　由于倒车时障碍物可能在车的后面也可能在车　超声波换能器选用压电式换能器。ＬＣＤ液晶显　的侧面，为了保证各种情况下探测障碍物的准确性　，　示电路采用ＥＤＭ２，４０１２８Ａ图形点阵式液晶显示器，　采用双超声波探测结构，取两路中距离较短的一路　它的显示形式为ｚ４Ｏ（ｗ）ｘ１２８（ｈ）全点阵，通过８位并行　作为有效探测距离，以提高安全性。所选用超声波　数据线与单片机数据线相连。超声波收发器采用超声　换能器具有电声转换和声电转换两种功能，分别用　波专用芯片ＴＬ８５１和ＴＬ８５２。微处理器是以　于发送信号和接收信号。ＬＣＤ液晶显示电路和报警　ＡＴ８９Ｃ５１单片机为核心的最小应用系统，主要完成　电路由单片机直接控制，ＬＣＤ液晶显示屏安装在驾　两个超声波换能器的轮流工作、超声波换能器的启　驶室内，可动态显示车尾与障碍物的距离；报警电路　动、距离计算、ＬＣＤ液晶显示控制及控制报警器的工　利用不同的蜂呜器发出不同的声音实现多段报警。　作。其硬件原理图如图２所示。本文重点介绍ＴＬ８５１、　３测距系统的具体电路设计　ＴＬ８５２和ＡＴ８９Ｃ５　１单片机的设计、连接与实现。　ＴＬ８５　ｌ数字集成电路，是专用的声纳测距控制　ＧＮＤ　ＧＮＤ　图２硬件电路圈　器。，Ｉ＇Ｌ８５２模拟集成电路　是专用的声纳测距接收　收回波。　器。这两个芯片已广泛应用于超声波测距系统中，　ＴＬ８５ｌ的测量距离为６英寸到３５英尺。它有一　是静电和压电换能器接口。超声波信号由ＴＬ８５ｌ和　个可使用低成本外部陶瓷晶振起振的内部振荡器，　ＴＬ８５２及外围元件产生，然后通过三极管和变压器　使用简单的外部接口和４２０ＫＨｚ的陶瓷晶振，可以　输送至超声波换能器，该超声波换能器集收发于一　驱动一个５ＯｋＨｚ静电转换器。ｒＩＬ８５ｌ的ＩＮＩＴ引脚必　体，返回信号也是通过ＴＬ８５１和ＴＬ８５２等处理后　须在Ｖｅｅ上电５ｍｓ之后才可以置高电平，在这５ｍｓ　传送给ＡＴ８９Ｃ５１。由ＴＬ８５ｌ和ＴＬ８５２组成的超声　的时间里，系统内部被重新设定，并且产生稳定的振　波收发器有两种工作方式：单回波（ｓｉｎｇｌｅ—ｅｃｈ０）工作　荡。ＩＮＩＴ置高电平之后，ＴＬ８５１就发送频率为　方式和多回波（ｍｕｌｔｉ—ｅｅｈｏ）Ｉ作方式。所谓单回波工　４９．４ｋＨｚ，振幅为４００Ｖ的ｌ６个脉冲的脉冲串，驱动　作模式是指发出ＩＮＩＴ信号后等待回波信号，然后　转换器ＸＤＣＨ工作。这１６个脉冲在转换器中被转　将回波信号放大并在ＥＣＨＯ引脚生成一个逻辑高　化为超声波并发射出去，在ｌ６个脉冲结束后，仍有　电平输出，这样从ＩＮＩＴ置高电平到ＥＣＨＯ输出高　一个２００　Ｖ的直流电以保证转换器继续工作。　电平的时间就是超声波发出到遇到障碍物返回的时　当使用外部４２０ｋＨｚ陶瓷晶振时，ＴＬ８５１的消　间。多回波工作模式的多个回波必须在一次发射中　隐（ＢＬＮＫ）信号禁止接收２．３８　ｍｓ内的回波，该回　得到，那么就必须在ＥＣＨＯ输出高电平以后，在　波可能是由转换器阻尼振荡所产生的噪声造成的，　ＢＩＮＫ上输入高电平且延时不小于Ｏ．４４　ｍｓ的脉冲，　因此消隐特性禁止接收与传感器相距１．３３英尺的　在脉冲的下降沿ＥＣＨＯ又回到低电平，可以重新接　目标物的回波。如果想要检测１．３３英尺内的目标　・３４－　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年４月　齐延必等：基于ＡＴ８ｏＣ５１的超声波汽车停车泊位检测系统设计　物，可以使禁止消隐（ＢＩＮＨ）变为高电平以缩短消　４测距系统的软件设计　隐，使传感器可以接收输入信号。消隐　（ＢＬＮＫ）也可　在单回波工作方式或多回波工作方式中用于关闭接　超声波汽车停车泊位检测系统的软件采用Ｃ　语言编写，由主程序、定时器Ｔ０中断服务程序、定　收输入和重置ＥＣＨＯ为逻辑低电平。　ＡＴ８９Ｃ５１单片机的Ｐ１口控制两个超声波收发　时器Ｔ１中断服务程序，、ＬＣＤ液晶显示子程序等组　器，其中，Ｐ１．０一Ｐ１－３分别接超声波收发器１的ＩＮＩＴ、　成。主程序用于循环检测并将测量值及计算结果存　入相应寄存器中。定时器Ｔ０用于设定超声波换能　ＥＣＨＯ、ＢＬＮＫ、ＢＩＮＨ引脚；Ｐ１．４一Ｐ１．７的分别接超声　器的启动周期，由于ＴＬ８５１的测量距离达３５英尺，　波收发器２的ＩＮＩＴ、ＥＣＨＯ、ＢＬＮＫ、ＢＩＮＨ引脚。通过　需用时５３　ｍｓ，因此定时６０ｍｓ，即每６０　ｍｓ发出一次　清零Ｐ１．０、Ｐ１．４（经反相器加到ＩＮＩＴ引脚）启动超声　ＩＮＩＴ信号。定时器Ｔ１用于测定超声波换能器从发　波换能器发射超声波，同时Ｔ１开始计数，并不断查　询Ｐ１．１和Ｐ１．５的状态，当Ｐ１．１或Ｐ１．５变为高电平　出超声波到收到回波的时间。当检测环境较复杂时，　测量值会相差很大，因此为了增加测量的准确性，通　时，即收到回波，读取Ｔ１的计数值。通过Ｔ１的计数　过求取两个超声波换能器四次测量值的平均值，并　值可以计算出从发射超声波到收到回波的时间，从　而计算出汽车尾部与障碍物的距离。　取其中较小者作为当前实际值。主程序流程图如图　　●３所示。　５结语　初始化各种参数，　该系统经过多次实验测试及实际应用，得出系　开启定时器１１０、Ｔ１　统最大测距误差在１０ｃｍ左右，测距的盲区为　～Ｉ　一＋　２０ｃｍ，其各项性能指标均满足设计要求。通过修改　清零Ｐ１．０、Ｐ１．４，　部分子程序可根据需要改成单通道模式及根据不同　启动超声波传感器　ｌ一　的要求作不同的报警处理。　一　本系统的测距误差主要来源于以下几方面：　（１）超声波束对探测目标的入射角的影响。　（２）超声波回波的声强与待测距离的远近有直　接关系，因此，测距误差也与待测距离有关。　读定时器１，　（３）超声波传播速度对测距的影响。稳定准确　并计算时间　的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件ｂ对　于测距而言，引起声速变化的主要原因是媒质温度　一的变化。本系统硬件上没有温度检测功能，不能进行　温度补偿。若采用温度检测和声速预置的方法对声　速进行修正。可以有效地消除温度变化对测距精度　的影响。　由时间计算距　　离，存人寄存器　可见本系统具有成本低、硬件结构简单、工作可　Ｉ　靠等特点。它不仅可用于汽车停车泊位，还可以用于　求两个超声波换能器最近四次测量值的　移动机器人等其它检测系统中。　平均值，取其中最小者作为当前实际值　参考文献　Ｊ　［１】徐国华．超声波测距系统的设计与实现卟电子技术应用，１９９５　根据要求是否报警并　（１２）：６—７．　由ＬＣＤ显示距离值　【２】沙占友．集成化智能传感器原理与应用［ＭＩ．西安：电子工业出版　Ｉ　社．２００４　等待ＴＯ定时时间　【３】陈汝生．实用微机与单片机控制技术【Ｍ】．北京：电子科技大学出　到重装ＴＯ、Ｔ１　版社．１９９４．　ｌ　［４】金发庆．传感器技术与应用［ＭＩ．北京：机械工业出版社，２００２．　［５１赵亮．单片机Ｃ语言编程与实例［ＭＩ．北京：人民邮电出版社。　图３主程序流程图　２００３．　．３５・