曾丹+4120144124203+汽車行車車距檢測(cè)系統(tǒng)分析及仿真

1、 汽車行車測(cè)距檢測(cè)系統(tǒng)分析及寫(xiě)真汽車與交通學(xué)院課程大作業(yè)課 程 名 稱: 汽車電子控制技術(shù)（實(shí)踐） 課 程 代 碼: 04913 題 目： 汽車排放顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)分析及仿真 年級(jí)/專業(yè)/班: 2014級(jí)汽車運(yùn)用工程 學(xué) 生 姓 名: 曾丹 學(xué) 號(hào): 018115301753 開(kāi) 始 時(shí) 間: 2016 年 01 月 20 日完 成 時(shí) 間: 2016 年 02 月 20 日課程大作業(yè)成績(jī)：學(xué)習(xí)態(tài)度及平時(shí)成績(jī)（30）技術(shù)水平與實(shí)際能力（20）創(chuàng)新（5）說(shuō)明書(shū)（計(jì)算書(shū)、圖紙、分析報(bào)告）撰寫(xiě)質(zhì)量（45）總 分（100）指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄摘要- 2 -1引言- 3 -1.1問(wèn)題的提出- 3

2、 -1.2問(wèn)題的分析- 3 -2.超聲波測(cè)距的工作原理及誤差分析- 4 -2.1工作原理- 4 -2.2誤差分析- 6 -3超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)- 7 -4超聲波傳感器- 9 -4.1超聲波傳感器的主要運(yùn)用- 10 -4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 11 -4.3超聲相控陣自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)定- 12 -5系統(tǒng)仿真分析- 14 -5.1功能總結(jié)- 15 -5.2超聲波測(cè)距系統(tǒng)的改進(jìn)- 16 -結(jié) 論- 17 -致 謝- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -摘要本論文是基于AT89C51單片機(jī)為核心的汽車行車車距檢測(cè)系統(tǒng)分析及仿真，該系統(tǒng)是利用超聲波測(cè)距原理的高性價(jià)比的行車系統(tǒng)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的數(shù)量更

3、是逐年增加，造成公路、高速、街道、停車場(chǎng)等越來(lái)越擁擠，安全問(wèn)題愈來(lái)愈值得人們的關(guān)注。本文設(shè)計(jì)了一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)，并證明了能夠在高速時(shí)提高駕駛員和汽車的安全系數(shù)。超聲波測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測(cè)距原理相似。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）關(guān)鍵詞：ATC 超聲波 測(cè)距 仿真1引言1.1

4、問(wèn)題的提出隨著社會(huì)進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,擁有汽車的家庭逐漸增多,高速交通問(wèn)題也隨之出現(xiàn),尤其在雨雪天氣及夜間行駛時(shí)駕駛員視線模糊,對(duì)駕駛員的反應(yīng)速度有很大的要求。許多汽車駕駛員更希望能有一種汽車測(cè)距報(bào)警器,在高速雨天夜間時(shí)不斷測(cè)量汽車前方與尾部的距離。1.2問(wèn)題的分析汽車測(cè)距報(bào)警器是一種汽車測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于它由激光發(fā)射器、激光接收器、單片機(jī)處理器、速度傳感器、語(yǔ)音報(bào)警器、 尾燈、車體構(gòu)成。所述車體頭部設(shè)有一組激光發(fā)射器和激光接收器，車體尾部也設(shè)有一組激光發(fā)射器和激光接收器，且車體頭部和尾部設(shè)有的兩組激光發(fā)射器和激光 接收器均用導(dǎo)線與單片機(jī)處理器相連接，兩組設(shè)備不互相干

5、擾。相當(dāng)大的程度上解決了因距離問(wèn)題而出現(xiàn)的安全隱患和交通事故。2.超聲波測(cè)距的工作原理及誤差分析2.1工作原理1、 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。2、壓電式超聲波發(fā)生器原理 圖1 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個(gè)壓電

6、晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。、3.超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。超聲波測(cè)距的原理是利用

7、超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見(jiàn)，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的。測(cè)距的公式表示為：L=C×T式中L為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測(cè)量的理想手段。在精密的液位測(cè)量中需要達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量

8、精度，但是目前國(guó)內(nèi)的超聲波測(cè)距專用集成電路都是只有厘米級(jí)的測(cè)量精度。通過(guò)分析超聲波測(cè)距誤差產(chǎn)生的原因，提高測(cè)量時(shí)間差到微秒級(jí)，以及用LM92溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后，我們?cè)O(shè)計(jì)的高精度超聲波測(cè)距儀能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度。超聲波測(cè)距原理圖2.2誤差分析根據(jù)超聲波測(cè)距公式L=C×T，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。時(shí)間誤差當(dāng)要求測(cè)距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測(cè)距誤差st<(0.001/344) 0.000002907s 即2.907s。在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距

9、離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1s的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在1mm的測(cè)量范圍內(nèi)。超聲波傳播速度誤差超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系，如表1所示。已知超聲波速度與溫度的關(guān)系如下：式中： r 氣體定壓熱容與定容熱容的比值，對(duì)空氣為1.40，R 氣體普適常量，8.314kg·mol-1·K-1，M氣體分子量，空氣為28.8×10-3kg·mol-1，

10、T 絕對(duì)溫度，273K+T。近似公式為：C=C0+0.607×T式中：C0為零度時(shí)的聲波速度332m/s；T為實(shí)際溫度()。對(duì)于超聲波測(cè)距精度要求達(dá)到1mm時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。例如當(dāng)溫度0時(shí)超聲波速度是332m/s, 30時(shí)是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30的環(huán)境下以0的聲速測(cè)量100m距離所引起的測(cè)量誤差將達(dá)到5m，測(cè)量1m誤差將達(dá)到5cm。3超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用8751，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖如圖2所

11、示。其中只畫(huà)出前方測(cè)距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測(cè)距電路與前方測(cè)距電路相同，故省略之。1、40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來(lái)產(chǎn)生。PUZEL： MOV 14H, #12H；超聲波發(fā)射持續(xù)200msHERE： CPL P1.0 ；輸出40kHz方波NOP ；NOP ；NOP ；DJNZ 14H，HERE；RET前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在P1.0 端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管T放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz的

12、脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測(cè)距電路的輸入端分別接P1.1和P1.2端口，工作原理與前方測(cè)距電路相同。2、超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號(hào)大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC

13、3A的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。部分源程序如下：RECEIVE1：PUSH PSWPUSH ACCCLR EX1 ；關(guān)外部中斷1JNB P1.1, RIGHT ；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序JNB P1.2, LEFT ；P1.2引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序RETURN：SETB EX1；開(kāi)外部中斷14超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小

14、，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。基于超聲波特性研制的傳感器稱為“超聲波傳感器”，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波傳感器原理圖4.1超聲波傳感器的主要運(yùn)用超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其 超聲波傳感器 最主要的應(yīng)用之一，下面以醫(yī)學(xué)為例子說(shuō)明超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方

15、法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學(xué)原理，我們來(lái)看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個(gè)方法是利用超聲波的反射。當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時(shí)，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來(lái)，而兩個(gè)界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去，許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息”地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。在

16、未來(lái)的超聲波傳感器應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)首先是對(duì)系統(tǒng)初始化。端口p10、P33置0；設(shè)置堆棧，中斷允許總控制位EA允許中斷(EA=1)；允許外部中斷0中斷(EX0=1)，采用邊沿觸發(fā)方式(IT0=1)；設(shè)置定時(shí)器T0允許中斷(ET0=1)，以16位工作方式定時(shí)約56 ms；設(shè)置定時(shí)器T1以16位工作方式定時(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)初值0000H，然后啟動(dòng)T0定時(shí)。設(shè)置顯示數(shù)據(jù)初值為三位BCD碼999(cm)，對(duì)應(yīng)字形段碼顯示“-”。四路探測(cè)處理完畢后，將四組數(shù)據(jù)中的最小值送入顯示緩沖區(qū)，通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。同時(shí)該值與設(shè)

17、定的100 cm值比較，若四組數(shù)據(jù)中的最小值小于100 ，P37端口置0，Q2三極管導(dǎo)通，有源蜂鳴器得電發(fā)出報(bào)警聲。由于單片機(jī)采用12 MHz的晶振，1個(gè)機(jī)器周期為1s，所以計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1s，定時(shí)器T1工作模式設(shè)置為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，則其最大定時(shí)65536 ms。由于定時(shí)器T0每56 ms產(chǎn)生中斷，執(zhí)行T0中斷服務(wù)程序時(shí)停止T1計(jì)時(shí)，所以T1計(jì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生溢出中斷。一輪四路探測(cè)處理完畢所用時(shí)間大約是56 ms×4=224 ms，用時(shí)很短，而倒車速度又比較慢，所以可以做到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。4.3超聲相控陣自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)定由于超聲波指向性強(qiáng),能量消耗緩慢并且不易受電磁波、粉塵等干

18、擾,超聲波技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于非接觸式近距離測(cè)距,如液位的測(cè)量、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)距、汽車防撞雷達(dá)等。而超聲波相控陣技術(shù)可以靈活有效地控制聲束聚焦,并且聚焦區(qū)域的聲場(chǎng)強(qiáng)度也大于常規(guī)的超聲波技術(shù),因而超聲相控陣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離區(qū)域自動(dòng)掃描測(cè)距。本文采用超聲相控陣技術(shù)對(duì)前方障礙物進(jìn)行測(cè)距,并分析了超聲相控陣指向性特性,構(gòu)建了以STM32F407單片機(jī)為控制核心的超聲相控陣自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)。 本文的緒論部分首先介紹了超聲波技術(shù)以及超聲波測(cè)距的相關(guān)知識(shí)。文中主要介紹除了超聲波測(cè)距外，非接觸式檢測(cè)技術(shù)還有電磁波測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距、CCD測(cè)距等。通過(guò)分析以上幾種測(cè)距手段的優(yōu)缺點(diǎn)，得到本文所提出設(shè)計(jì)的基本思路

19、和研究方向。 接下來(lái)文中介紹了超聲相控陣技術(shù)的基本原理，概述了超聲相控陣在不同位置聚焦的實(shí)現(xiàn)方法。另外還介紹了超聲相控陣在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用，以及超聲相控陣測(cè)距相對(duì)普通超聲傳感器測(cè)距所具有的優(yōu)勢(shì)。 本文的第三部分簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。系統(tǒng)采用基于Cortex-M4的意法半導(dǎo)體公司(STMicroelectronics,ST)的32位高性能微控制器STM32F407為主控制器。超聲陣列是由10個(gè)超聲換能器按照一定的規(guī)則組成的，其中8個(gè)超聲換能器呈24排列的2維矩形陣列為超聲發(fā)射陣列，另外2個(gè)超聲換能器分別安置在發(fā)射陣列面的兩個(gè)長(zhǎng)邊旁附近作為接收超聲回波傳感器。超聲陣列、主控芯片、外圍電路

20、共同完成超聲信號(hào)的發(fā)送、超聲回波信號(hào)的接收、處理等一系列過(guò)程，最終將采集處理后的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示。 本文的重點(diǎn)在第四部分。這部分詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的各個(gè)部分的硬件電路的設(shè)計(jì)，包括超聲相控陣的設(shè)計(jì)，超聲波信號(hào)發(fā)射電路，超聲回波信號(hào)的接收以及預(yù)處理電路。其中信號(hào)處理電路主要對(duì)接收的超聲回波信號(hào)進(jìn)行前置放大、濾波、包絡(luò)檢波等一系列信號(hào)處理。 接下來(lái)的第五章也重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的軟件模塊化設(shè)計(jì)：主程序、溫度測(cè)量子程序、確定焦點(diǎn)位置的算法、顯示子程序、A/D中斷服務(wù)子程序等，其中主程序主要完成系統(tǒng)的初始化工作、各個(gè)超聲換能器陣元的電激勵(lì)脈沖延遲信號(hào)的發(fā)射、A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和停止等任務(wù)，A/D中斷服務(wù)子程序主要

21、用來(lái)完成對(duì)超聲波回波信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換等任務(wù)。這章的最后還重點(diǎn)介紹了最小均方時(shí)延估計(jì)LMSTDE算法的實(shí)現(xiàn)。接下來(lái)是對(duì)整個(gè)超聲相控陣自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)試及結(jié)果的分析。最后對(duì)本文做了總結(jié)和下一步工作的展望。5系統(tǒng)仿真分析摘要以測(cè)量超聲波發(fā)射與反射時(shí)間差作為測(cè)距的基本原理,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng).將系統(tǒng)分為超聲波發(fā)射、超聲波接收、計(jì)時(shí)電路等若干部分,分別進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化.每一部分均使用Multisim軟件進(jìn)行仿真及驗(yàn)證.相比以往的測(cè)距電路,本系統(tǒng)不僅能給出測(cè)出的距離,還增加了報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有穩(wěn)定、靈敏度強(qiáng)、測(cè)量精度高的特點(diǎn),并具備一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值.關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)

22、量 測(cè)距系統(tǒng) 報(bào)警系統(tǒng) Multisim仿真 聲波發(fā)射 設(shè)計(jì) 發(fā)射電路 接收電路 震蕩器 測(cè)距電路A sensor is placed on the rear bumper of the car, which is capable of both emitting and detecting ultrasound. As it pulses, a computer measures the time it takes for the sound it emits to be heard again. Parking sensors operate at a close range and so

23、me sensors have a minimum operating range. When the user set distance threshold is passed, the sensor will emit an audible sound alerting the driver that it is getting close to an object. The distance threshold is useful for those who may want to leave more room behind their vehicles, and those who

24、like to squeeze in as tight as possible. Some more expensive models may also have an extra unit inside the carwhich can also visually alert the driver. LimitationsThe ultrasonic parking sensor is considered the cheapest form of a parking sensor, thus it comes with several problems which other techno

25、logies address. The first is that it can miss small objects or objects which lay below the sensor's cone-shaped operating range and sometimes requires multiple sensors to be attached to the bumper to get full coverage on both sides of the car. The sensors can also be mis-triggered on steep slope

26、s when the ground itself is "seen" by the system and wrongly considered to be an obstacle. Camera-based sensors address these problems by simply displaying visually what is behind the car. These, however, are much more expensive.5.1功能總結(jié)有源超聲波測(cè)距：通過(guò)發(fā)射具有特征頻率的超聲波對(duì)被攝目標(biāo)的探測(cè)，通過(guò)發(fā)射出特征頻率的超聲波和反射回接受到特征頻

27、率的超聲波所用的時(shí)間，換算出距離，如超聲波液位物位傳感器，超聲波探頭,適合需要非接觸測(cè)量場(chǎng)合,超聲波測(cè)厚,超聲波汽車測(cè)距告警裝置等.，如機(jī)器人等。有源主動(dòng)紅外測(cè)距主動(dòng)照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來(lái)實(shí)施測(cè)距.如主動(dòng)紅外夜視技術(shù)是通過(guò)觀察的夜視技術(shù)，對(duì)應(yīng)裝備為主動(dòng)紅外夜視儀。被動(dòng)紅外夜視技術(shù)是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)觀察的紅外技術(shù)，它根據(jù)目標(biāo)與背景或目標(biāo)各部分之間的溫差或熱輻射差來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。其裝備為熱像儀。熱成像儀具有不同于其它夜視儀的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如可在霧、雨、雪的天氣下工作，作用距離遠(yuǎn)，能識(shí)別偽裝和抗干擾等，已成國(guó)外夜視裝備的發(fā)展重點(diǎn)，并將在一定成度上取代微光夜視儀。但其成本也非常高

28、。紅外夜視技術(shù)先后經(jīng)歷了早期的主動(dòng)紅外夜視成像技術(shù)和現(xiàn)在的被動(dòng)紅外(熱成像)技術(shù)。紅外探測(cè)器最早是用單元探測(cè)器,后來(lái)為了提高靈敏度和分辯率而發(fā)展為多元線列探測(cè)器,現(xiàn)已向多元面陣紅外探測(cè)器發(fā)展。也適合機(jī)器人應(yīng)用.如紅外測(cè)溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備應(yīng)用等.5.2超聲波測(cè)距系統(tǒng)的改進(jìn)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，利用超聲波進(jìn)行近距離非接觸式測(cè)量越來(lái)越廣泛，例如液位的測(cè)量、煤層的測(cè)厚、機(jī)器人定位、輔助視覺(jué)系統(tǒng)、車輛的定位與導(dǎo)航、汽車防撞雷達(dá)、井深及管道長(zhǎng)度測(cè)量等方面。根據(jù)超聲波縱向分辨力高、對(duì)色彩和光照度不敏感、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)出精度較高的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，

29、應(yīng)用于漫反射差和有毒等惡劣環(huán)境中。但傳統(tǒng)的超聲波測(cè)距儀由于采用固定閾值的比較器比較輸出，測(cè)量精度普遍較低。本文從回波信號(hào)處理的角度出發(fā)，分析了超聲波回波曲線的特性，利用回波包絡(luò)的峰值檢測(cè)以確定回波到達(dá)時(shí)刻的方法，并介紹一種以89C52單片機(jī)為核心、具有自動(dòng)增益控制和峰值包絡(luò)檢測(cè)、高精度的收發(fā)一體式超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。本測(cè)距系統(tǒng)軟件包括主程序、溫度采集子程序、發(fā)射子程序、計(jì)算子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序和定時(shí)器中斷子程序。主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由P1.0口發(fā)射1個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并關(guān)外部中斷，計(jì)數(shù)器T0、T1同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)；為防止虛假回波的干

30、擾，在延時(shí)一段時(shí)間后，開(kāi)中斷，此時(shí)判斷計(jì)數(shù)器T1有否溢出中斷，單片機(jī)根據(jù)不同的時(shí)間，以查表的方式設(shè)置自動(dòng)增益控制電路的增益；當(dāng)有外部中斷信號(hào)時(shí)，單片機(jī)就停止T0的計(jì)時(shí)，計(jì)算出渡越時(shí)間t并存儲(chǔ)到E2PROM中；然后調(diào)用測(cè)溫子程序，采集超聲波測(cè)距時(shí)的環(huán)境溫度，并換算出準(zhǔn)確的聲速c，存儲(chǔ)到E2PROM巾；單片機(jī)再調(diào)用計(jì)算子程序，計(jì)算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離，最后把測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)并通過(guò)數(shù)碼管電路顯示出來(lái)，完成一次測(cè)量。主程序流程如圖7。木超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用新的設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度較高。由于采用收發(fā)一體式的測(cè)距電路，換能器振子必須在余震消除后才能進(jìn)行接收，因此該測(cè)距系統(tǒng)有很大的

31、盲區(qū)。因?yàn)殡娐返难舆t及包絡(luò)峰值點(diǎn)后移，導(dǎo)致測(cè)量計(jì)時(shí)有所增大，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的偏大。本系統(tǒng)采用前置放大器、AGC電路、過(guò)零檢測(cè)等電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，取得了良好的效果。在近距離測(cè)量范圍內(nèi)，這種方法可以達(dá)到厘米級(jí)。超聲波測(cè)距系統(tǒng)的改進(jìn)結(jié) 論現(xiàn)如今，汽車越來(lái)越多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，測(cè)距問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。目前常用的測(cè)距方式主要有雷達(dá)測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距和超聲測(cè)距4種。與其他測(cè)距方法相比較，超聲測(cè)距具有下面的優(yōu)點(diǎn)：(1) 超聲波對(duì)色彩和光照度不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)。(2) 超聲波對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、

32、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中。(3) 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、費(fèi)用低、技術(shù)難度小、信息處理簡(jiǎn)單可靠、易于小型化和集成化。因此，超聲波作為一種測(cè)距識(shí)別手段，已越來(lái)越引起人們的重視。所以，運(yùn)用超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)該更快的發(fā)展起來(lái)。致 謝從論文選題到搜集資料，從寫(xiě)稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫(xiě)作論文的過(guò)程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。那種感覺(jué)就宛如在一場(chǎng)盛大的頒獎(jiǎng)晚會(huì)上，我在晚會(huì)現(xiàn)場(chǎng)看著其他人一個(gè)接著一個(gè)上臺(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)，自己卻始終未能被念到名字，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間后，終于有位嘉賓高喊我的大名，這時(shí)我忘記了先前漫長(zhǎng)的無(wú)聊的等待時(shí)間，欣喜萬(wàn)分地走向舞臺(tái)，然后迫不及待地開(kāi)始抒發(fā)自己的心情，發(fā)表自己的感想。這篇論文的就是我的舞臺(tái)，以下的言語(yǔ)便是有點(diǎn)成就感后在舞臺(tái)上發(fā)表的發(fā)自肺腑的誠(chéng)摯謝