超聲波檢測(cè)系統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)傳感器的設(shè)計(jì)

1、超聲波檢測(cè)系統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)背景。項(xiàng)目來(lái)源、需要解決的問題等。 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，尤其是近幾年來(lái)，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(lái)。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(jǐn)慎，每年都有倒車引起事故的報(bào)道，輕則對(duì)自己的車和他人的財(cái)物造成損傷，重則可能危及人的性命，尤其是對(duì)兒童危害較大，他們體型較小，僅從后視鏡來(lái)獲取視野指導(dǎo)倒車仍有可能會(huì)對(duì)人們?cè)斐蓚Α，F(xiàn)如今后視鏡已越來(lái)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(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提

2、是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了一種基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距倒車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可以精確測(cè)得車尾與障礙物的距離，指導(dǎo)司機(jī)安全倒車。 倒車?yán)走_(dá)是汽車倒車停車時(shí)的安全輔助裝置，能夠以聲音或者直觀的顯示來(lái)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(shí)前后左右探視所引起的困擾。超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般由超聲波傳感器、控制器和報(bào)警裝置等部分組成?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測(cè)距原理，駕駛員在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，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(hào)，傳感器接收

3、到回波信號(hào)后經(jīng)處理器進(jìn)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(lái)告知駕駛員周圍情況，從而使駕駛員倒車時(shí)做到心中有數(shù)，提高了駕駛的安全性。 二、 設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。（1） 測(cè)量距離40400cm（2） 倒車距離大于150cm時(shí)，報(bào)警器不響； 倒車距離在80150cm時(shí)，報(bào)警器斷續(xù)的響；倒車距離在4080cm時(shí)，報(bào)警器較急促的響;倒車距離小于40cm時(shí)，報(bào)警器連續(xù)響，并且發(fā)光二極管發(fā)光。三、 設(shè)計(jì)過程。根據(jù)指標(biāo)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(hào)等。1. 超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回

4、波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)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(guān).在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)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(hào)通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射至空氣中，遇被測(cè)物反射后回波被超聲波接收換能器接收。進(jìn)行相關(guān)處理后，輸入單片機(jī)的INT0腳產(chǎn)生中斷，計(jì)算中間經(jīng)歷的時(shí)間

5、，同時(shí)再根據(jù)具體的溫度計(jì)算相應(yīng)的聲速，根據(jù)計(jì)算公式就可得出相應(yīng)的距離用來(lái)顯示，當(dāng)然在一些場(chǎng)合也可根據(jù)需要，設(shè)置距離報(bào)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(bào)警模塊 圖1 系統(tǒng)框圖3. 單片機(jī)選用與設(shè)計(jì)5l系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4KB的ROM，256 B的RAM，2個(gè)16B的定時(shí)計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8B的I/O端： P0，P1，P2，P3，一個(gè)全雙工串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，使其在實(shí)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(jī)引腳與封裝如圖2所示。 圖2 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)及引腳圖 5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 KB存儲(chǔ)器；256 B RAM；32條I/O線；2個(gè)16B定時(shí)計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。 空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時(shí)計(jì)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(nèi)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(fù)位。4. 超聲波傳感器的選擇與設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)距范圍比較小，防塵、防水性能好。根據(jù)本設(shè)計(jì)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(chǔ)溫度為：-3080（1） 超聲波的發(fā)射電路設(shè)計(jì)555構(gòu)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(qū)動(dòng)T-40-16工作，使之發(fā)射出40kHz的超聲波信號(hào)。電路工作電壓為9V，工作電流為4045mA。超聲波發(fā)射單路的設(shè)計(jì)如下圖3所示：圖3 發(fā)射電路圖（2）

8、超聲波接收電路設(shè)計(jì) 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(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38HKz與測(cè)距的超聲波頻率40HKz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。超聲波接收電路圖的設(shè)計(jì)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(hào)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(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)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(fù)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(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，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(gè)電阻，用以設(shè)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(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳：遙控命令輸出端。8腳：電源正極，4.5V -5V。5. 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警信號(hào)由單片機(jī)輸出，提供聲光報(bào)警信號(hào)，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(dāng)汽車距離障礙物的距離不同響鈴不同；當(dāng)汽車距離障礙物的距離小于40cm時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，并且鈴聲響。當(dāng)測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，停止發(fā)光報(bào)警聲響。報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖5所示： 圖5 報(bào)警電路圖6. LCD顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶顯示，該顯示