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    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。                                                                            
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