汽車倒車超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作

1、汽車倒車超聲測(cè)距儀的設(shè)計(jì)與制作第1頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四1234開發(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)容第2頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四開發(fā)背景 近年來(lái)，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的地方倒車時(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的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。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)

2、便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、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)。 第3頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四任務(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)汽車倒車距離顯示與控制。第4頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四測(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)射的同時(shí)

3、開始計(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)，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時(shí)。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間，發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，如圖2.2所示 圖2-2中被測(cè)距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過(guò)的距離用表示，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)傳播過(guò)程中，超聲波所走過(guò)的距離為：這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。只要測(cè)出超聲波發(fā)出到接收的時(shí)間就可以算出距離。 第5頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案一第6頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四測(cè)距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案二第7頁(yè)

4、，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(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)通過(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的調(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。 第8頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)1、超聲波發(fā)射電路由CD4069來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。 第9頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(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的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極

5、，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，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的方波）信號(hào)第10頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路由于超聲波在空氣中傳播，其能量會(huì)隨傳輸距離的增大而減小，從遠(yuǎn)距離障礙物反射的回波信號(hào)一般比較弱，所以在設(shè)計(jì)超聲波接收電路時(shí)，要有較大的放大倍數(shù)；為減小環(huán)境噪聲對(duì)回波信號(hào)的影響，也要考慮選用濾波特

6、性較好的電路，使回波易于檢測(cè)。超聲波接收電路使用集成電路CX20106A，可用完成信號(hào)的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波和波形整形等功能。 方案1：采用專用芯片CX20106A及其外圍電路構(gòu)成接收電路。第11頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路其中的前置放大器具有自動(dòng)增益控制功能，可以保證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)，放大器有較高的增益，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腳的外接電阻調(diào)節(jié)，不需要外拉電感，可避免外磁場(chǎng)對(duì)電路的干擾，可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿

7、足接收電路的要求。同時(shí)，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。第12頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路工作時(shí)，換能器CSB40R將所接收到的微弱聲波振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，送給CX20106A的輸入端1，當(dāng)CX20106A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)的中斷信號(hào)源。當(dāng)單片機(jī)接收到中斷信號(hào)時(shí)，說(shuō)明檢測(cè)到了反射回來(lái)的超聲波。單片機(jī)就進(jìn)入中斷處理程序，開始進(jìn)行距離計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果后控制LED和蜂鳴器的工作。 第13頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)2、超聲波接收電路方案二：采用模擬

8、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)的信號(hào)相對(duì)也比較微弱。因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個(gè)放大電路，然后通過(guò)檢波電路對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號(hào)送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號(hào)直接輸入單片機(jī)的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計(jì)時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。第14頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(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IHZ的BiBi聲。其電路設(shè)計(jì)如圖所示。第15頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)4、溫度檢測(cè)電路由于

9、超聲波的傳播速度v會(huì)受溫度、濕度、壓強(qiáng)等的影響，其中溫度的影響尤為嚴(yán)重。因此在測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合，應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行校正，以減小誤差。本系統(tǒng)采用DALLAS公司的DSl8B20數(shù)字式溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，它所測(cè)量的溫度值用9位二進(jìn)制數(shù)直接表示，這些值通過(guò)DSl8B20的數(shù)據(jù)總線直接輸入CPU，無(wú)需AD轉(zhuǎn)換，而且讀寫指令、溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過(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，具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)溫范圍和精度，溫度測(cè)量精確、不受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)。硬件結(jié)構(gòu)如上圖5示。 第16頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)5、顯示電路方案一：顯示部分采用1602LCD液晶顯示。具體接口如右圖所示。 第17頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)5、顯示電路方案二：LED顯示電路。第18頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四單元電路設(shè)計(jì)6、單片機(jī)最小系統(tǒng)第19頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)4分，星期四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1、主程序的設(shè)計(jì) 第20頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，