汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作

汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第1頁(yè)1234開(kāi)發(fā)背景任務(wù)與要求測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)單無(wú)電路設(shè)計(jì)5軟件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第2頁(yè)開(kāi)發(fā)背景

多年來(lái)，伴隨汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和大家生活水平不停提升，我國(guó)汽車(chē)數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車(chē)駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車(chē)駕駛?cè)藛T百分比也逐年增加。在公路、街道、停車(chē)場(chǎng)、車(chē)庫(kù)等擁擠、狹窄地方倒車(chē)時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15％汽車(chē)碰撞事故是因倒車(chē)時(shí)汽車(chē)后視能力不良造成。所以。增加汽車(chē)后視能力，研制汽車(chē)后部探測(cè)障礙物倒車(chē)?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)研究熱點(diǎn)。安全防止障礙物前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車(chē)之間距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為關(guān)鍵，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第3頁(yè)任務(wù)與要求2．設(shè)計(jì)技術(shù)要求（1）距離測(cè)量范圍5---150cm（2）測(cè)量誤差≤±5%（3）倒車(chē)距離≤20cm時(shí)自動(dòng)報(bào)警（4）數(shù)字顯示距離1．設(shè)計(jì)任務(wù)利用8051單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、環(huán)境溫度采集電路等電路組成實(shí)時(shí)超聲波測(cè)距系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒車(chē)距離顯示與控制。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第4頁(yè)測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳輸，途中碰到障礙物就馬上返回來(lái)，超聲波接收器收到發(fā)射波就馬上停頓計(jì)時(shí)。假設(shè)超聲波在空氣中傳輸速度為，依據(jù)計(jì)時(shí)器統(tǒng)計(jì)時(shí)間，發(fā)射點(diǎn)距障礙物距離，如圖2.2所表示圖2-2中被測(cè)距離為H，兩探頭中心距離二分之一用M表示，超聲波單程所走過(guò)距離用表示，由圖可得：當(dāng)被測(cè)距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時(shí)在整個(gè)傳輸過(guò)程中，超聲波所走過(guò)距離為：這就是所謂時(shí)間差測(cè)距法。只要測(cè)出超聲波發(fā)出到接收時(shí)間就能夠算出距離。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第5頁(yè)測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案一汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第6頁(yè)測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案二汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第7頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)1、超聲波發(fā)射電路方案一：由555電路產(chǎn)生超聲波（方波信號(hào)）工作時(shí)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)P1.0口向超聲波發(fā)生電路發(fā)出復(fù)位信號(hào)，超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生40KHz調(diào)制脈沖，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)向前方空間發(fā)射。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第8頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)1、超聲波發(fā)射電路由CD4069來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第9頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)1、超聲波發(fā)射電路超聲波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，能夠提升超聲波發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提升驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1O、R11首先能夠提升反向器74LS04輸出高電平驅(qū)動(dòng)能力，另首先能夠增加超聲波換能器阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間方案二：由單片機(jī)P1.0端口輸出超聲波（40kHz方波）信號(hào)汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第10頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路因?yàn)槌暡ㄔ诳諝庵袀鬏?，其能量?huì)隨傳輸距離增大而減小，從遠(yuǎn)距離障礙物反射回波信號(hào)普通比較弱，所以在設(shè)計(jì)超聲波接收電路時(shí)，要有較大放大倍數(shù)；為減小環(huán)境噪聲對(duì)回波信號(hào)影響，也要考慮選取濾波特征很好電路，使回波易于檢測(cè)。超聲波接收電路使用集成電路CX6A，可用完成信號(hào)放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功效。方案1：采取專用芯片CX6A及其外圍電路組成接收電路。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第11頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路其中前置放大器含有自動(dòng)增益控制功效，能夠確保在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號(hào)輸出微弱電壓時(shí)，放大器有較高增益，在近距離輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)放大器不會(huì)過(guò)載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳外接電阻調(diào)整，不需要外拉電感，可防止外磁場(chǎng)對(duì)電路干擾，可靠性較高。CX6A接收超聲波有很高靈敏度和抗干擾能力，能夠滿足接收電路要求。同時(shí)，使用集成電路也能夠降低電路之間相互干擾，減小電噪聲。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第12頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路工作時(shí)，換能器CSB40R將所接收到微弱聲波振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，送給CX6A輸入端1，當(dāng)CX6A接收到信號(hào)時(shí)，7腳就會(huì)輸出一個(gè)低電平，可用于單片機(jī)中止信號(hào)源。當(dāng)單片機(jī)接收到中止信號(hào)時(shí)，說(shuō)明檢測(cè)到了反射回來(lái)超聲波。單片機(jī)就進(jìn)入中止處理程序，開(kāi)始進(jìn)行距離計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果后控制LED和蜂鳴器工作。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第13頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路方案二：采取模擬電路因?yàn)槌暡y(cè)距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，衰減較為嚴(yán)重，反射回來(lái)信號(hào)相對(duì)也比較微弱。所以接收端應(yīng)先設(shè)置一個(gè)放大電路，然后經(jīng)過(guò)檢波電路對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，最終把檢波輸出信號(hào)送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出方波信號(hào)直接輸入單片機(jī)INT0中止口，產(chǎn)生中止，停頓計(jì)時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第14頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)3、報(bào)警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報(bào)警，當(dāng)距離小于20CM時(shí)，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為IHZBiBi聲。其電路設(shè)計(jì)如圖所表示。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第15頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)4、溫度檢測(cè)電路因?yàn)槌暡▊鬏斔俣葀會(huì)受溫度、濕度、壓強(qiáng)等影響，其中溫度影響尤為嚴(yán)重。所以在測(cè)量精度要求高場(chǎng)所，應(yīng)經(jīng)過(guò)溫度賠償對(duì)超聲波傳輸速度進(jìn)行校正，以減小誤差。本系統(tǒng)采取DALLAS企業(yè)DSl8B20數(shù)字式溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，它所測(cè)量溫度值用9位二進(jìn)制數(shù)直接表示，這些值經(jīng)過(guò)DSl8B20數(shù)據(jù)總線直接輸入CPU，無(wú)需A／D轉(zhuǎn)換，而且讀寫(xiě)指令、溫度轉(zhuǎn)換指令都是經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線傳入DSl8B20，無(wú)需外部電源。DSl8B20數(shù)字溫度傳感器與AD590、LM35等溫度傳感器相比，含有相當(dāng)測(cè)溫范圍和精度，溫度測(cè)量準(zhǔn)確、不受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)。硬件結(jié)構(gòu)如上圖5示。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第16頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)5、顯示電路方案一：顯示個(gè)別采取1602LCD液晶顯示。詳細(xì)接口如右圖所表示。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第17頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)5、顯示電路方案二：LED顯示電路。汽車(chē)倒車(chē)超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第18頁(yè)單元電路設(shè)計(jì)6、單片機(jī)最小系統(tǒng)汽車(chē)倒車(chē)超聲