汽車倒車超聲測距儀的設(shè)計與制作

汽車倒車超聲測距儀的設(shè)計與制作第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一1234開發(fā)背景任務(wù)與要求測距原理與總體結(jié)構(gòu)單無電路設(shè)計5軟件設(shè)計主要內(nèi)容第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一開發(fā)背景近年來，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，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。同時汽車駕駛?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、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，15％的汽車碰撞事故是因倒車時汽車的后視能力不良造成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一任務(wù)與要求2．設(shè)計技術(shù)要求（1）距離測量范圍5---150cm（2）測量誤差≤±5%（3）倒車距離≤20cm時自動報警（4）數(shù)字顯示距離1．設(shè)計任務(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時超聲波測距系統(tǒng)，實現(xiàn)汽車倒車距離顯示與控制。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一測距原理與總體結(jié)構(gòu)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計時。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計時器記錄的時間，發(fā)射點距障礙物的距離，如圖2.2所示圖2-2中被測距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用表示，由圖可得：當(dāng)被測距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時在整個傳播過程中，超聲波所走過的距離為：這就是所謂的時間差測距法。只要測出超聲波發(fā)出到接收的時間就可以算出距離。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一測距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案一第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一測距原理與總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案二第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計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）工作時，單片機(jī)通過P1.0口向超聲波發(fā)生電路發(fā)出復(fù)位信號，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)換為超聲波信號向前方空間發(fā)射。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計1、超聲波發(fā)射電路由CD4069來驅(qū)動超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計1、超聲波發(fā)射電路超聲波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號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。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。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，縮短其自由振蕩時間方案二：由單片機(jī)P1.0端口輸出超聲波（40kHz的方波）信號第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計2、超聲波接收電路由于超聲波在空氣中傳播，其能量會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一般比較弱，所以在設(shè)計超聲波接收電路時，要有較大的放大倍數(shù)；為減小環(huán)境噪聲對回波信號的影響，也要考慮選用濾波特性較好的電路，使回波易于檢測。超聲波接收電路使用集成電路CX20106A，可用完成信號的放大、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，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計2、超聲波接收電路其中的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號輸出微弱電壓時，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強(qiáng)時放大器不會過載；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，可避免外磁場對電路的干擾，可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求。同時，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，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計2、超聲波接收電路工作時，換能器CSB40R將所接收到的微弱聲波振動信號轉(zhuǎn)化成為電信號，送給CX20106A的輸入端1，當(dāng)CX20106A接收到信號時，7腳就會輸出一個低電平，可用于單片機(jī)的中斷信號源。當(dāng)單片機(jī)接收到中斷信號時，說明檢測到了反射回來的超聲波。單片機(jī)就進(jìn)入中斷處理程序，開始進(jìn)行距離計算，分析計算結(jié)果后控制LED和蜂鳴器的工作。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計2、超聲波接收電路方案二：采用模擬電路因為超聲波測距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，衰減較為嚴(yán)重，反射回來的信號相對也比較微弱。因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個放大電路，然后通過檢波電路對其輸出信號進(jìn)行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入單片機(jī)的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計時，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運算。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計3、報警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警，當(dāng)距離小于20CM時，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為IHZ的BiBi聲。其電路設(shè)計如圖所示。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計4、溫度檢測電路由于超聲波的傳播速度v會受溫度、濕度、壓強(qiáng)等的影響，其中溫度的影響尤為嚴(yán)重。因此在測量精度要求高的場合，應(yīng)通過溫度補(bǔ)償對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)行溫度測量，它所測量的溫度值用9位二進(jìn)制數(shù)直接表示，這些值通過DSl8B20的數(shù)據(jù)總線直接輸入CPU，無需A／D轉(zhuǎn)換，而且讀寫指令、溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過數(shù)據(jù)總線傳入DSl8B20，無需外部電源。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溫范圍和精度，溫度測量精確、不受外界干擾等優(yōu)點。硬件結(jié)構(gòu)如上圖5示。第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計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，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計5、顯示電路方案二：LED顯示電路。第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一單元電路設(shè)計6、單片機(jī)最小系統(tǒng)第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)軟件設(shè)計1、主程序的設(shè)計第20頁，共23頁，2023