超聲波檢測系統(tǒng)倒車雷達的設計傳感器的設計

1、超聲波檢測系統(tǒng)倒車雷達的設計一、 設計背景。項目來源、需要解決的問題等。 隨著社會的不斷發(fā)展，尤其是近幾年來，汽車已逐漸成為人們不可或缺的交通工具。然而，由于汽車的普及，汽車所萌生的一系列問題正漸漸凸顯出來。倒車，是每位駕駛員都必須掌握的技能，如同前行一樣需要小心謹慎，每年都有倒車引起事故的報道，輕則對自己的車和他人的財物造成損傷，重則可能危及人的性命，尤其是對兒童危害較大，他們體型較小，僅從后視鏡來獲取視野指導倒車仍有可能會對人們造成傷害?，F(xiàn)如今后視鏡已越來越不能滿足人們安全倒車的需求了。因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車雷達便成為近些年來的研究熱點。安全避免障礙物的前提

2、是快速、準確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設計了以單片機為核心，利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車雷達系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了一種基于51單片機的超聲波測距倒車系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)可以精確測得車尾與障礙物的距離，指導司機安全倒車。 倒車雷達是汽車倒車停車時的安全輔助裝置，能夠以聲音或者直觀的顯示來告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，幫助駕駛員解決泊車倒車時前后左右探視所引起的困擾。超聲波倒車雷達系統(tǒng)一般由超聲波傳感器、控制器和報警裝置等部分組成?，F(xiàn)如今市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛員在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由超聲波探頭發(fā)送超聲波，在遇到障礙物后產(chǎn)生回波信號，傳感器接收

3、到回波信號后經(jīng)處理器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，通過聲音、數(shù)據(jù)、圖像等形式為駕駛員提供信息和警示來告知駕駛員周圍情況，從而使駕駛員倒車時做到心中有數(shù)，提高了駕駛的安全性。 二、 設計指標要求。（1） 測量距離40400cm（2） 倒車距離大于150cm時，報警器不響； 倒車距離在80150cm時，報警器斷續(xù)的響；倒車距離在4080cm時，報警器較急促的響;倒車距離小于40cm時，報警器連續(xù)響，并且發(fā)光二極管發(fā)光。三、 設計過程。根據(jù)指標要求選擇傳感器、采集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、控制顯示系統(tǒng)等，并給出具體公司、型號等。1. 超聲波測距原理 超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回

4、波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=ct/2，式中的C為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關.在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。2. 系統(tǒng)設計原理整個系統(tǒng)由單片機AT89C51控制，超聲波傳感器采用收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器和一支超聲波接收換能器。超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射至空氣中，遇被測物反射后回波被超聲波接收換能器接收。進行相關處理后，輸入單片機的INT0腳產(chǎn)生中斷，計算中間經(jīng)歷的時間

5、，同時再根據(jù)具體的溫度計算相應的聲速，根據(jù)計算公式就可得出相應的距離用來顯示，當然在一些場合也可根據(jù)需要，設置距離報警值。系統(tǒng)框圖如下圖1所示：AT89C51超聲波發(fā)射模塊顯示模塊超聲波接收模塊報警模塊 圖1 系統(tǒng)框圖3. 單片機選用與設計5l系列單片機中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內部由CPU，4KB的ROM，256 B的RAM，2個16B的定時計數(shù)器T0和T1，4個8B的I/O端： P0，P1，P2，P3，一個全雙工串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(EPROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電

6、及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機引腳與封裝如圖2所示。 圖2 AT89C51單片機結構及引腳圖 5l系列單片機提供以下功能：4 KB存儲器；256 B RAM；32條I/O線；2個16B定時計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。 空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 掉電方式：保存RAM的內容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。4. 超聲波傳感器的選擇與設計超聲波傳感器按收發(fā)方式一般可分為兩類：一類是發(fā)送和接收是兩種不同的分體式超聲波傳感器，此類傳感器測距有效范圍比較大，但不具備防塵防水功能；另一類

7、是具有雙向的發(fā)射/接收功能的收發(fā)一體式超聲波傳感器，如TR40-16，不僅用于發(fā)射超聲波，也用于接收超聲波，此類超聲波測距范圍比較小，防塵、防水性能好。根據(jù)本設計所處的環(huán)境要求，本系統(tǒng)選用的超聲波傳感器為TR40-16。超聲波傳感器選用西安新敏電子公司的TR40-16O01-01工作頻率為：40KHz工作溫度為：-2070存儲溫度為：-3080（1） 超聲波的發(fā)射電路設計555構成的超聲波發(fā)射電路從555的3腳輸出的40kHz的振蕩脈沖驅動T-40-16工作，使之發(fā)射出40kHz的超聲波信號。電路工作電壓為9V，工作電流為4045mA。超聲波發(fā)射單路的設計如下圖3所示：圖3 發(fā)射電路圖（2）

8、超聲波接收電路設計 集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38HKz與測距的超聲波頻率40HKz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。超聲波接收電路圖的設計如下圖4所示： 圖4 接收電路圖CX20106A的引腳注釋：1腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗為40K。2腳：該腳與GND之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，將使負反饋增大，放大倍數(shù)下降，反之放大倍數(shù)增大。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參

9、數(shù)為。3腳：該腳與GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，推薦參數(shù)為。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設置貸通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低。6腳：該腳與GND之間接入一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端。8腳：電源正極，4.5V -5V。5. 報警電路的設計報警信號由單片機輸出，提供聲光報警信號，電路由電阻R2、R3、三極管Q2、蜂鳴器BUZL、發(fā)光二極管D1組成。當汽車距離障礙物的距離不同響鈴不同；當汽車距離障礙物的距離小于40cm時，發(fā)光二極管發(fā)光，并且鈴聲響。當測量值高于設定的報警值時，停止發(fā)光報警聲響。報警電路的設計如下圖5所示： 圖5 報警電路圖6. LCD顯示電路的設計 本設計采用LCD1602液晶顯示，該顯示