基于超聲測距雷達(dá)的智能防碰撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于超聲測距雷達(dá)的船艇智能防碰撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)張偉摘要：針對船艇航行中的碰撞事故，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，結(jié)合自動(dòng)舵系統(tǒng)的船艇智能防碰撞雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距；結(jié)合自動(dòng)舵系統(tǒng)自動(dòng)減速減速；同時(shí)配備語音報(bào)警功能。關(guān)鍵詞：測距雷達(dá)，超聲波，單片機(jī)，減速。0 引言：隨著水運(yùn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，近年來我國的船艇使用率日益增長，流量越來越大，船艇碰撞事故也越來越多。特別是狹水道航行中，船速較高，駕駛員長途駕駛?cè)菀灼凇Ｒ虼?，增?qiáng)船艇的自動(dòng)控制能力，研制船艇自動(dòng)避碰雷達(dá)系統(tǒng)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與船艇之間的距離是安全避免障礙物的前提。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波

2、實(shí)現(xiàn)無接觸式測距的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)測距，并結(jié)合自動(dòng)舵系統(tǒng)避免可能發(fā)生的碰撞。1 超聲波測距原理：超聲波測距主要是利用超聲波的反射特性進(jìn)行測距。超聲波發(fā)射器不斷的產(chǎn)生超聲波， 超聲波通過介質(zhì)到達(dá)物體表面，遇到障礙物后形成反射波， 反射波再經(jīng)介質(zhì)傳播返回到接收器，由超聲波接收器把聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳入單片機(jī)測距系統(tǒng)。超聲波測距的方法有很多，如渡越時(shí)間法、相位檢測法、聲波幅值檢測法?？紤]到檢測距離比較長，本系統(tǒng)采用渡越時(shí)間法。即：lct 2（1）式中，l 為超聲波測距設(shè)備與障礙物間的距離，單位（m）；c為聲速，單位（m s）；t 為第一個(gè)回波到達(dá)的時(shí)刻與發(fā)射脈沖之間的時(shí)間差，單位（s）。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3、及工作原理系統(tǒng)由stc89c52 單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、減速電路和語音電路組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)采用收發(fā)異體的超聲波傳感器。當(dāng)單片機(jī)stc89s52接到外部啟動(dòng)測距的命令后， 立即控制ne555 產(chǎn)生40khz 的頻率信號來驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器，每次發(fā)射包含10 個(gè)脈沖，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)超聲波脈沖發(fā)射后，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)檢測到第一個(gè)回波脈沖的瞬間，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，這樣能夠得到從發(fā)射到接收的時(shí)間t。利用公式（1）來計(jì)算距離。根據(jù)結(jié)果發(fā)出指令作用于減速電路和語音報(bào)警電路。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、溫度檢測電路、自動(dòng)舵系統(tǒng)和語音電路五 個(gè)部分組

4、成。3.1超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路如圖2 所示。超聲波發(fā)射電路中，由ne555 構(gòu)成多諧振蕩器，其振蕩器頻率由電位器w1、電阻r1 和電容c3 決定，通過調(diào)節(jié)w1 可以改變振蕩頻率，輸出產(chǎn)生頻率為40khz 的方波，經(jīng)過cd4069放大，推動(dòng)超聲波換能器s1 發(fā)聲。ne555 的第4 腳使能端可由單片機(jī)控制，當(dāng)需要發(fā)射超聲波信號時(shí)為高電平。3.2超聲波接收電路超聲波接收電路如圖3 所示。換能器s2 接收到的微弱信號，經(jīng)過兩級放大。信號首先經(jīng)交流耦合后， 輸入tl082 進(jìn)行第一級放大， 其放大倍數(shù)為：a1r6 r4 50， 放大后的信號再經(jīng)過交流耦合送入tl082進(jìn)行第二級放大，放大倍數(shù)為

5、a2r9 r720。信號總增益為aa1*a21000。經(jīng)過放大的信號由比較器lm311 整形，加上拉電阻輸出，即標(biāo)注為"ttlout"的ttl 電平信號，被單片機(jī)接收。33減速電路將自動(dòng)舵系統(tǒng)與單片機(jī)連接，由單片機(jī)經(jīng)過對測距雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理，對自動(dòng)舵系統(tǒng)發(fā)出指令。自動(dòng)舵系統(tǒng)執(zhí)行單片機(jī)發(fā)出的指令做出相應(yīng)動(dòng)作。34 語音報(bào)警電路語音電路采用isd4004 語音芯片構(gòu)成。isd4004 是一種長時(shí)間非易失性語音芯片，工作電壓為3v，采樣頻率可為40khz電壓3v，采樣頻率可為40khz、53khz、64khz 和80khz，對應(yīng)的單片錄放時(shí)間分別為8min、10min、l2min

6、和16 min。采用直接模擬量存貯，音質(zhì)好。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序的主要任務(wù)是檢測發(fā)送脈沖和接收脈沖，啟動(dòng)定時(shí)器得出時(shí)間，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，溫度補(bǔ)償修正計(jì)算出實(shí)際距離。采用模塊化設(shè)計(jì)，程序由主程序測距程序、溫度采集程序、顯示程序、語音播報(bào)程序組成。待每個(gè)模塊完成成功后，再進(jìn)行綜合調(diào)試。軟件主程序流程圖如圖4 圖45 結(jié)束語將該超聲波測距系統(tǒng)應(yīng)用在船艇防碰撞系統(tǒng)中，駕駛員可以預(yù)防前方船艇減速而反應(yīng)不及，或前方突然出現(xiàn)的障礙物。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避碰，幫助駕駛員安全駕駛，消除事故隱患，具有較好的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1 吳研汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)研究d武漢：武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，20072 程軍.汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的理論與實(shí)踐m . 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 1999.3flingr, fentonr. a describing function approach to antiskid design j . ieee trans. vehicular techno.l,1981, vt 30: 134- 1444