51单片机的汽车防追尾报警系统设计+源码+仿真电路图(4)
由上式可知，距离的测量精度主要取决于计时精度和传播速度两个方面。计时的精度取决于单片机的机器周期，当采用12MHz的晶振时，其机器周期的精确度可达到1µs，取20℃时的声速，得出量化误差为 0.5×344×0.001=0.172mm，可见，计时已经足够精确了。而超声波的传播速度c却并不是一成不变的，它极易受到环境因素的影响，比如，环境温度、空气中气体分子成分的影响，他们之间的关系式为：
（2）
式中 γ——气体定压热容与定容热容的比值，空气为1.40。
R——气体普适常数，为8.314kg/mol。
T——气体势力学温度，与摄氏温度的关系是T=273K+t。
M——气体相对分子质量，空气为28.8×10-3kg/mol。
c0——0℃时的声波速度，为331.4m/s。
由上式可知，当以空气为传播媒介时，超声波受环境的温度影响极大。超声波速在空气中的传播速度与温度的关系如表1所示。温度越高，传播速度越快，而且温差越大传播速度差别就越大。因此，要想获得较高的测量精度，对声速采取温度补偿[4]是最有效的措施。
4. 系统硬件电路设计
汽车防追尾系统结构框图如图2所示。本系统主要由AT89C51单片机主机电路、超声波发射电路、超声波接收电路、声光报警电路、测温电路及LCD显示电路组成。
图2 系统结构框图
各部分所完成的具体功能如下：
(1)单片机主机电路：由AT89C51单片机、时钟电路及复位电路组成。以单片机为核心，控制外围各个电路的运行。
(2)超声波发射、接收电路：用以产生和接收超声波并和主机系统一道共同完成距离的测量。
(3)声光报警电路：根据危险程度及时发出不同的报警信号以提醒驾驶员。
(4)测温电路：检测环境温度用于距离计算时的补偿。
4.1 单片机主机系统电路
本系统的主控制器采用的是DIP（Dual In-line Package塑料双列直插式）封装的AT89C51低电压、高性能CMOS 8位微型计算机即单片机[5]，片内集成了4K字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM），而且完全兼容MCS-51系列单片机的指令系统继承了其原有功能。芯片内部将通用的8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元组合在一起，功能强大，可为各种控制系统提供灵活、廉价、高效的方案。其引脚图如图3所示。
图3 AT89C51的引脚图
AT89C51的引脚功能有：
(1)电源引脚
VSS：接数字地。
VCC：接+5V电源。
(2)时钟引脚
XTAL1：反相放大器输入端，而且这个放大器构成了片内振荡器。当采用片内振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容。