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1、 汽车倒车超声测距仪的设计与制作 1234开发背景开发背景任务与要求测距原理与总体结构单无电路设计5软件设计软件设计主要内容主要内容v开发背景近年来，随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不 断提高，我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中 非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停 车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻， 又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计 ，15的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成 的。因此。增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物 的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的 前提是快速、准确地测量障碍物与
2、汽车之间的距离。为此， 设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车 雷达系统。 v任务与要求2 2设计技术要求设计技术要求（1 1）距离测量范围）距离测量范围5-150cm5-150cm（2 2）测量误差）测量误差 5%5%（3 3）倒车距离）倒车距离 20cm20cm时自动报警时自动报警（4 4）数字显示距离）数字显示距离1 1设计任务设计任务利用利用80518051单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、 环境温度采集电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽环境温度采集电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽 车倒车距离显示与控制。车倒车距
3、离显示与控制。v测距原理与总体结构超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传 播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。假播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。假 设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离 ，如图，如图2.22.2所示所示 图图2-22-2中被测距离为中被测距离为H H，两探头中心距离的，两探头中心距离的 一半用一半
4、用MM表示，超声波单程所走过的距离表示，超声波单程所走过的距离 用表示，由图可得：用表示，由图可得：当被测距离当被测距离H H远远大于远远大于MM时时 在整个传播过程中，超声波所走过的距离在整个传播过程中，超声波所走过的距离 为：为：这就是所谓的时间差测距法。只要测出超这就是所谓的时间差测距法。只要测出超 声波发出到接收的时间就可以算出距离。声波发出到接收的时间就可以算出距离。 v测距原理与总体结构系统方案一v测距原理与总体结构系统方案二v单元电路设计1 1、超声波发射电路、超声波发射电路方案一：由555电 路产生超声波（方 波信号）工作时，单片机通过P1.0口向超声波发生电路发出复位信号，超
5、声波发生电路 产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。 v单元电路设计1 1、超声波发射电路、超声波发射电路由由CD4069CD4069来驱动来驱动 超声波传感器的发超声波传感器的发 射探头发射超声波射探头发射超声波 。 v单元电路设计1 1、超声波发射电路、超声波发射电路超声波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两超声波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两 级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加 到超声波换能器的两端，可以提高超
6、声波的发射强度。输出端采两个反向器到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器 并联，用以提高驱动能力。上位电阻并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1OR1O、R11R11一方面可以提高反向器一方面可以提高反向器 74LS0474LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果 ，缩短其自由振荡时间，缩短其自由振荡时间 方案二：由单片机 P1.0端口输出超 声波（40kHz的方 波）信号v单元电路设计2 2、超声波接收电路、超声波接收电路由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从
7、远距离障碍物由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物 反射的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍反射的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍 数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使 回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路CX20106ACX20106A，可用完成信号的放大，可用完成信号的放大 、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整
8、形等功能。 方案方案1 1：采用专用芯片：采用专用芯片 CX20106ACX20106A及其外围电及其外围电 路构成接收电路。路构成接收电路。v单元电路设计2 2、超声波接收电路、超声波接收电路其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射 信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过 载；其带通滤波器中心频率可由芯片载；其带通滤波器中心频率可由芯片5 5脚的外接电阻调节，不需要外拉电感，可避脚的外
9、接电阻调节，不需要外拉电感，可避 免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106ACX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗接收超声波有很高的灵敏度和抗 干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的 相互干扰，减小电噪声。相互干扰，减小电噪声。v单元电路设计2 2、超声波接收电路、超声波接收电路工作时，换能器工作时，换能器CSB40RCSB40R将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给 CX20106A
10、CX20106A的输入端的输入端1 1，当，当CX20106ACX20106A接收到信号时，接收到信号时，7 7脚就会输出一个低电平，脚就会输出一个低电平， 可用于单片机的中断信号源。当单片机接收到中断信号时，说明检测到了反射回可用于单片机的中断信号源。当单片机接收到中断信号时，说明检测到了反射回 来的超声波。单片机就进入中断处理程序，开始进行距离计算，分析计算结果后来的超声波。单片机就进入中断处理程序，开始进行距离计算，分析计算结果后 控制控制LEDLED和蜂鸣器的工作。和蜂鸣器的工作。 v单元电路设计2 2、超声波接收电路、超声波接收电路方案二：采用模拟电路方案二：采用模拟电路因为超声波测
11、距只用于近距离，当距离较远时，衰减较为严重，反射回来的信号因为超声波测距只用于近距离，当距离较远时，衰减较为严重，反射回来的信号 相对也比较微弱。因此接收端应先设置一个放大电路，然后通过检波电路对其输相对也比较微弱。因此接收端应先设置一个放大电路，然后通过检波电路对其输 出信号进行解调，最后把检波输出的信号送入电压比较器进行比较，电压比较器出信号进行解调，最后把检波输出的信号送入电压比较器进行比较，电压比较器 输出的方波信号直接输入单片机的输出的方波信号直接输入单片机的INT0INT0中断口，产生中断，停止计时，在进行数中断口，产生中断，停止计时，在进行数 据处理运算。据处理运算。v单元电路设
12、计3 3、报警电路、报警电路本系统在输出电路上加上蜂鸣器作为声音报警，当距离小于本系统在输出电路上加上蜂鸣器作为声音报警，当距离小于20CM20CM时，蜂鸣器发时，蜂鸣器发 出间隔频率为出间隔频率为IHZIHZ的的BiBiBiBi声。其电路设计如图所示。声。其电路设计如图所示。v单元电路设计4 4、温度检测电路、温度检测电路由于超声波的传播速度由于超声波的传播速度v v会受温度会受温度 、湿度、压强等的影响，其中温度、湿度、压强等的影响，其中温度 的影响尤为严重。因此在测量精度的影响尤为严重。因此在测量精度 要求高的场合，应通过温度补偿对要求高的场合，应通过温度补偿对 超声波的传播速度进行校正
13、，以减超声波的传播速度进行校正，以减 小误差。小误差。本系统采用本系统采用DALLASDALLAS公司的公司的DSl8B20DSl8B20数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的 温度值用温度值用9 9位二进制数直接表示，这些值通过位二进制数直接表示，这些值通过DSl8B20DSl8B20的数据总线直接输入的数据总线直接输入CPUCPU， 无需无需A AD D转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入DSl8B20DSl8B20， 无需外部电源。无需外部电源。DSl8B20DSl8B20数字温
14、度传感器与数字温度传感器与AD590AD590、LM35LM35等温度传感器相比，具等温度传感器相比，具 有相当的测温范围和精度，温度测量精确、不受外界干扰等优点。硬件结构如上图有相当的测温范围和精度，温度测量精确、不受外界干扰等优点。硬件结构如上图 5 5示。示。 v单元电路设计5 5、显示电路、显示电路方案一：显示部分采用方案一：显示部分采用1602LCD1602LCD液液 晶显示。具体接口如右图所示。晶显示。具体接口如右图所示。 v单元电路设计5 5、显示电路、显示电路方案二：方案二：LEDLED 显示电路。显示电路。v单元电路设计6 6、单片机最小系统、单片机最小系统v系统软件设计1 1、主程序的设计主程序的设计 v系统软件设计2 2、中断程序的设计中断程序的设计 v系统软件设计3 3、测距模块的设计测距模块的设计 4 4、显示及报警模块设计显示及报警模块设计
