基于51单片机的汽车智能语音避障系统

张 旦 田茂刚 张椿玲

（西北民族大学 榆中校区 甘肃 兰州 730124）

摘 要： 以高速行驶的汽车与路面突然出现障碍物为基点进行研究与开发，主要采用以AT89C52单片机为核心、以小车为载体，利用超声波技术来探测路面上的障碍，加入显示器件来实时监控距障碍物距离，采用语音模块来提示前方有危险物存在并进行报警告知驾驶员谨慎操作，并利用PWM对来对电机进行减速，实现汽车智能语音避障系统，使系统达到一个理想的运行状态。

关键词： 80C51单片机；超声波；语音模块；避障

中图分类号：TP242.3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0420010－02

0 引言

随着科学技术的提高，汽车工业越来越趋向于智能化，现代道路比较拥挤，交通事故频繁出现，而且有些交通事故是在司机没有意识情况下产生。当两辆车之间的距离小于安全距离时就有可能发生交通事故，本文就是在这样的背景下提出来的。我们采用目前比较流行的超声波技术来探测前方的危险物，汽车智能语音避障系统具有两车之间距离显示、碰到障碍物时自动减速并且避开障碍物、同时进行危险距离温馨的语音提示、小车速度可控等功能，这样就会减少一些交通事故的发生。

1 基本原理

1.1 超声波测距原理

单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S＝CT／2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度，接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。

1.2 汽车避障原理

本文主要设计分为两部分：超声波发射部和超声波接收。单片机通过P1.0引脚发送一个波长为20us超声波同时打开计数器，然后单片机不停的检测P3.2（INT0）引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。

2 整体设计思路

根据背景的设想，系统可划分为单片机模块、电源模块、显示模块、电机驱动、语音模块、监控模块、稳压电路。模块框图如下所示：

电路采用1602，电机驱动采用298，语音模块采用ISD4004，稳压电路采用7805。

3.2 软件结构

软件分为四部分，主程序、中断服务程序、液晶程序、语音程序。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制以及液晶的显示。定时中断服务子程序完成每隔一段时间超声波的轮流发射，当超声波模块的探头收到超声波时，单片机进入外部中断服务子程序，完成时间值的读取、距离计算、小车转向控制、语音提示报警等工作。

软件流程图如下：

1）主程序模块与定时子程序模块，见图2。

主程序流程图 定时中断子程序流程图

图2

2）外部中断子程序，见图3。4 总结

图1 模块基本框图

3 体系结构

3.1 硬件结构

系统硬件电路的设计包括最小系统的设计、显示电路的设计、电机驱动电路设计、语音电路设计、稳压电路设计。单片机采用STC89C51，显示

本次设计的主要目的在于适用于生活，因此在设计过程中充分考虑了其适用性与创新，由于目前的超声波技术在汽车市场多用于倒车系统，在实现汽车智能化避障方面很少有应用。从而我们设计的系统是一个遇障自动减速、同时进行语音提示驾驶员存在危险、而且还能看到距障碍物的距离、还能自动避开危险的障碍物，因此本系统可广泛应用于高速公路、和

102拥挤的城市交通中，能减少一些不必要的交通事故。在设计中充分考虑了系统的性价比，从而使设计的成本大大减小，同时提高了驾驶员在驾驶过程中的安全性。给人们的生活带来很多的方便。

参考文献：

[1]于海生著，《微型计算机控制技术》，北京：清华出版社.[2]胡萍，超声波测距仪的研制，计算机与现代化，2003.10.

[3]张谦琳，超声波检测原理和方法，北京：中国科技大学出版社，1993.10.

[4]付梦印、邓志红、刘彤著，《智能车辆导航技术》，北京：科学出版社，2009.

[5]A·布洛基、M·步图滋、A·法斯莉、G·康特著，《智能车辆》，人民交通出版社，2002.

[6]李华著，《MCU-51系列单片机实用接口技术》，北京：北京航空航天大学出版社，1993.6.

图3

作者简介：

张旦，女，在校大学生，研究方向：通信与设计。

（上接第17页）

2 本文方案

本文提出一种快捕环和精同步环相结合的全数字锁相环码同步方案，既有较高的同步精度，同时又兼顾同步速度。方案如图5。

1）开机或信号中断等情况下进入快捕方式；

2）快捕结束后立即接入序列滤波器，进入精同步环工作方式；

3）精同步环工作时平均相差提取电路处于监控状态，若平均相差超过预定门限则重新转入快捕环。

快捕环的调整是一次性添、扣脉冲方式，在初始捕获时，可以快速减小相差，缩短捕获时间，加快同步速度；精同步环采用添、扣时钟脉冲的步进方式工作，在相差较小时，可以保持较高的同步精度。

3 方案实现及测试

PLD（可编程逻辑器件）具有集成度高、可靠性好、开发周期短、改动灵活等优点。本文采用可编程逻辑器件对该方案进行了设计实现。并在此基础上对其进行了测试。当码速率小于2Mbit/S时：

同步门限：5dB

同步时间：≤100个码元（S/N≥9dB，转换密度50%）

4 结论

该测试结果表明：该码同步器在保持一定的同步精度的条件下具有较快的同步速度，及较强的抗噪声能力。满足了常规箭弹遥测对于码同步器在低信噪比下的具有快速捕获性能的要求。

图5 方案框图

由触发器型多元鉴相器和平均相差提取电路及后边部分组成快捕环；由超前-滞后型二元鉴相器和随机徘徊序列滤波器及后边部分组成精同步环。触发器型多元鉴相器不仅可以鉴别出码同步信号到底是超前还是滞后于输入信号，而且可以鉴别出超前滞后量的多少。这里之所以还要加平均相差提取电路而不直接送去调相是因为输入信号中混有随机噪声，这样取几次平均更具有代表性，且不至于使相位抖动太频繁。电子开关在转换控制电路作用下选择精同步环或快捕环工作，切换的准则是：

参考文献：

[1]张厥胜等，锁相技术，西安电子科技大学出版社，1994.[2]王福昌等，锁相技术，华中理工大学出版社，1997.

[3]邬国扬等，一种极大似然估计的自动变阶位同步方案，通信学报，Vol15 No.2，1994.

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