随着中国汽车数量的不断增多，道路拥堵，交通事故频发，给人们生活带了诸多不便，安全成为了第一要素，汽车防撞系统的设计和需求也迫在眉睫。因此，设计了一种利用超声波测距，通过单片机实现的倒车防撞报警系统，主要考虑它的设计简单，易于操作。
1超声波测距原理
超声波是指频率高于20kHz的机械波。而倒车时，为了防止撞上障碍物，需要测量障碍物到车之间的距离，这就需要使用超声波传感器。超声波传感器又称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器包括超声波发送器和超声波接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换成振动发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
2系统总体电路
图1系统总体框图
3系统硬件电路
3.1AT89C51
AT89C51是一个低电压、高性能CMOS8位微处理器，片内含4KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和128B的随机存取数据存储器（RAM），与标准MCS-51指令系统和管脚兼容，片内置通用8位CPU和Flash存储单元，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，它有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外部中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。
AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
3.2超声波发射电路
超声波发射电路主要由驱动电路CD4069及超声波发射器T组成。如图2所示，超声波探头采用压电陶瓷传感器UCM40T，当在它的两级加上脉冲信号，其频率等于压电晶片的频率时就会产生共振，产生超声波。由于超声波在空气中最佳传播频率为40kHz，同时使用的是压电陶瓷传感器，其驱动频率为40kHz，因此通过单片机P1.0口产生40kHz的方波信号，经过双路反相器处理在超声波振荡器的外接电路两端产生振荡，双路反相器可以提高驱动能力，也能增强接收信号，抑制其他噪声与干扰。超声波发射探头两端产生的振荡波近似于方波。
3.3超声波接收电路
超声波接收电路使用了集成电路CX20106A，它可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检测和波形整形等功能，电路如图3所示。发射电路发出的脉冲信号，在碰到障碍物后，经反射后的超声波脉冲变成微弱的交流信号，接收电路接收后送到CX20106A的1脚，为信号的输入端，经过前置放大器的放大，限幅放大器的放大，由于其有自动增益控制功能，可以保证超声传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器具有较高的增益，而在近距离输入信号强时放大器不会过载，其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，取200kΩ，控制在38kHz。通过带通滤波器滤波，峰值滤波，积分比较，最后经整形电路输出脉冲信号。
CX20106A接收超声波具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力，可以满足超声波接收电路的要求。同时集成电路也可以减少干扰。
图2超声波发射电路
图3超声波接收电路
3.4声光报警报警电路
如图4所示，声报警电路选用压电式蜂鸣器，它大约需要10mA的驱动电流。当单片机输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器报警。光报警电路如图5所示，当单片机p2.5口输出低电平时，二极管导通，灯亮发出光报警信号。
图4声报警电路
图5光报警电路
4系统软件设计
同时判断距离是否小于0.5m，如果小于0.5m，就进行声光报警。程序流程图如图6所示。
图6程序流程图
5结语
该系统利用51系列单片机设计，设计简单，操作方便。
经实验测试证明，该系统工作稳定，能满足倒车防撞的要求，且成本较低，具有良好的性价比。可以应用到汽车倒车场合。
由于超声波受外界环境的影响，所以该系统存在一定的误差，可以进行温度补偿，减小误差，增强系统性能。