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摘要：随着我国国民经济的快速发展和汽车保有量的激增，交通问题日趋严峻。高速公路硬路肩已成为高速路上的生命通道线，是专门供路面发生交通事故，救助突发性伤病员和救险等紧急情况下，为使救援车辆和救治人员能够快速到达事发地点而设置的专用通道，或者是在其他应急时候使用的应急通道，是一条“生命通道”。本设计采用的是单片机技术，完成测量物体之间的距离，通过单片机中的程序对超声波传感器发射和接收的超声波信号加以解析和算数处理，然后把处里的接果显示到数码管上的超声波侧距体系，具有高效、敏捷、准确等特点。
关键词：超声波；告警；安全
本文引用格式：何少尉.基于超声波的高速公路硬路肩报警系统设计[J].教育现代化,2019,6(50):29-30.
开过高速的车主们都知道，只要碰上拥堵，总有车会朝着硬路肩方向一拐，借道超车。很明显，这是一种违法违章行为，一方面容易发生事故，另一方面，硬路肩也叫应急车道、生命通道，一旦这个车道也被堵住，很可能让生命错失抢救时机。因此需要研究一种行驶进硬路肩后能进行主观告警的系统，在正常的行驶过程中,这个系统不会报警,在自己的车与前面一辆车之间的距离小于原本设置过的的安全距离的时候而且有可能会发生碰撞时,该系统就会发出报警,提示司机尽快驶离高速硬路肩行驶,达到避免长时间占用硬路肩的效果。
（二）硬件模块
一 研究内容
随着车辆的增加，司机的违章行为也越来越多，高速硬路肩报警系统必须准确、灵敏以及安全提示等特点。根据以上分析，本设计选用了单片机AT89C51，该单片机能有效结合显示电路、电源电路、温度补偿、超声波发射及接收电路，对每个电路进行合理设计及调试，结合硬件单元电路设计、软件系统设计，通过实验模拟数据及真实路况测试，有效提高该系统安全、可靠、准确运行[1]。
二 系统搭建整体设计方案
（一）系统设计框图
硬件电路的设计主要含有单片机系统、显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路和电源电路五部份。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12KHZ高精度的晶阵，便于得到一致的时钟频率，也可提高测量精准度。单片机要P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHZ的方波信号，用中断0口检测超生波接受电路输出的往返信号。显示电路运用简单适用的LCD显示[2]。
三 硬件单元电路设计
（一）超声波发射电路
本设计系统选用发射电路主要有反相器74LS 04和超声波发射换能器T 40组成，单片机P 1.0端口输出的40KHZ方波信号一路经过一级反相器后输送到超声波换能器的一个电级，另一路通过两级反相器后送到超声波换能器的别的一个电级，利用此转换方法把方波信好放到超声波换能器的两段，提高了超声波的发射强度。在输出端用的是两个反相器并联方式，能有效提高驱动能力。安装两个上位电阻R 10、R 11既可以增强反相器74LS 04输出高电平的驱动能力，又可以增强超声波换能器的阻尼效果，缩短了自由震荡的时间，此设计更合理，效果更明显。
（二）超声波检测接收电路
本设计系统选用集成电路CX20106A，因为该电路通常应用于空调遥控接收器及常见红外接收设备。由于红外线遥控载波频率38KHZ和测距的超声波频率较为接近，因此通过这一设计思路，运用它制作超声波检测接收电路。当CX20106A接收超声波（无信号时输处高电平）信号时，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力[3]。
（三）显示电路
单片机的实际应用系统中，显示器显示通常使用两种方法：静态显示和动态扫描显示。本设计系统采用LCD1602作为显示模块，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，目前，尽管各厂家对其各自产品命名不尽相同，但均提供几乎都同样规格的1602模块或者兼容模块[4]。在各厂家生产的1602模块中，基本上也都采用了与之兼容的控制IC，所以从特性上基本上是一样的，具有显示快捷、准确等特点。
（四）超声波告警系统的硬件电路设计
本设计的系统利用单片机控制超声波的发射至接收往返时间计时的特点，选用的单片机是AT 89C 51，廉价方便实用，而且片內有4000的ROM方便遍程。
四 软件系统设计
本设计系统中软件系统主要由主程序、超声波发射程序、超声波接收中断程序、距离计算程序及显示子程序等部分组成。主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。本设计的软件分别是主程序和中断服务程序，如图2 a、b、c所示。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。定时中断服务子程序控制三个方向的超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间差的读取、距离计算、数据的输出等工作[5]。
五结语
超声波测距原理简单，成本低、制作方便，应用于高速公路硬路肩报警系统具有简单高效、方便灵活、成本低等特点。但由于目前存在的超声侧距系统作用距离短，所以在很多领域的应用有着一定的局限性，因此，研制和开发高精度、大作用距离超声侧距系统，仍然是当今超声测距领域中富有挑战性的课题之一。本文通过对超声波换能器结构分析，设计了一种大作用距离的超生波换能器。通过对超声波告警系统进行数据测量，对行程进入硬路肩的车辆进行告警声以及告警灯光的提醒，从视觉和听觉上使驾驶员离开硬路肩，通过与高速公路原有的视频系统相连，通过GSM发送模块将告警信息发送至指定指挥中心并进行图像存档，对违法行为进行警告提醒，有效减少车辆高速公路硬路肩占用率，让出“生命通道”，减少安全事故，促进国民经济高速发展。
参考文献
[1]李倩.基于单片机的超声波测距系统设计与实现[J].无线互联科技,2018,15(24):36-38.
[2]高志强.超声波技术在高速公路施工检测中的应用[J].中国公路,2017(12):110-111.
[3]赵洪波,王新.超声波透射法基桩完整性在吉林省高速公路检测及判定[J].公路交通科技(应用技术版),2014,10(06):170-171.
[4]王庆伟.51单片机I2C总线应用工作原理[J].中国新通信,2012,14(17):93-94.
[5]胡致强,刘振明,洪岩.单片机及微型计算机实现的IC卡车辆运行调度及管理系统[J].黑龙江水专学报,2001(02):66-67+70.
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