第二基于單片機的超聲波倒車雷達系統的設計-文庫吧

【正文】 .....................................................................................25 超聲波測距的算法設計 ...................................................................................25 主程序 ........................................................................................................................26 超聲波發送及接收中斷程序 ..........................................................................28 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 ...................................................................305 系統的軟硬件調試 ..........................................................................................................30結束語 ..........................................................................................................................................31致 謝 ..........................................................................................................................................32參考文獻 ....................................................................................................................................33附錄 1 超聲波倒車雷達系統的設計 ........................................................................34附錄 2 程序清單 ...................................................................................................................351 緒論倒車雷達又稱泊車輔助系統，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。 超聲波測距由于其能夠進行非接觸測量和相對較高的測量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢來看，汽車市場的快速發展將帶動倒車雷達市場的繁榮。國內倒車雷達主流市場已經開始有進口高檔汽車向中低檔汽車發展。技術上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化發展，設備趨于小型化、人性化、智能化等方向發展。由此可見，超聲波汽車倒車雷達系統將會在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的發展作出重要貢獻。超聲波倒車雷達系統一般由超聲波傳感器（俗稱探頭） 、控制器和顯示器等部分組成，現在市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發送超聲波，遇到障礙物，產生回波信號，傳感器接收到回波信號后經控制器進行數據處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數，使倒車變得更輕松。 設計的意義和要求隨著汽車的迅速增加，停車難已經是不爭的事實，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免的都存在一個后視盲區。倒車雷達是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車雷達的發明是迫在眉睫的，是必不可少的設備。 目前國內倒車雷達的發展現狀經過多年的發展，倒車雷達設計以及使用發生了質的變化。經過這幾年的發展，倒車雷達系統已經經過了六代技術改良，不管從結構外觀上，還是從性能價格上，這六代產品都各有特點，使用較多的是數碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車雷達這三種。第一代：倒車時通過喇叭提醒 。 “倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產品，現在只有少部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車雷達，基本屬于淘汰產品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車雷達系統的真正開始。倒車時，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第三代：數碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產品比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代產品有兩種顯示方式，數碼顯示產品顯示距離數字，而波段顯示產品由 3 種顏色來區別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有~；紅色代表危險距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。 第三代產品把數碼和波段組合在一起，比較實用，但安裝在車內影響美觀。第四代：液晶屏動態顯示。這一代有一個質的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現動態顯示系統。不用掛倒檔，只要發動汽車，顯示器上就會出現汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強，所以誤報也較多。第五代：魔幻鏡倒車雷達。結合了前幾代產品的優點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知 2m 以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內空間，直接安裝在車內后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。第六代：專為高檔轎車配置的。第六代產品在第五代的基礎上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。2 總體設計方案超聲波發射單片機LED 數碼管顯示鍵盤控制超聲波接收放大 比較圖 21 倒車雷達系統總框圖該設計的應用背景是基于 AT89C51 的超聲信號檢測的。因此初步計劃實在室內小范圍的測試，限定在 米左右。單片機（AT89C51）發出短暫的40KHz 信號，反射后的超聲波經超聲波接收器作為系統的輸入，鎖相環對此型號進行技術判斷后，把相應的計算結果送到 LED 顯示電路顯示，本進行聲光報警 [1]。其發射電路通常分為調諧式和非調諧式。在調諧式電路中有調諧線圈（有時裝在探頭內） ，諧振頻率有調諧電路的電感、電容決定，發射的超聲脈沖頻帶較窄。在非調諧式電路中沒有調諧元件，發射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數決定，頻帶較寬。將一定頻率、隔度的交流電壓加到發射傳感器的固有頻率 40KHz，使其工作在諧振頻率，達到最優的特性。發射電壓從理論上說是越高越好，因為對同一支發射傳感器而言，電壓越高，發射的超聲功率就越大，這樣能夠在接受傳感器上接受的回波功率就比較大，對于接受電路的設計就相對簡單一些。但是每一支實際的發生傳感器有其工作電壓的極限值，同時發射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發射強度。發射部件的點脈沖電壓很高，但是由于障礙物回波引起的壓電晶片產生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進行處理就必須放大到一定的幅度。接收部分就是有兩級放大電路，檢波電路及鎖相環構成，其中包括雜波抑制電路。最終達到對回波進行放大檢測，產生一個單片機（AT89C51）能夠識別的中斷信號作為回波到達的標志。 超聲波測距 超聲波測距原理超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差 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，表 1 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。圖 22 即為超聲波測距的具體流程圖。 定時器顯示器振蕩器調制器接收檢測器電聲換能器計時器控制電聲換能器圖 22 系統總體設計流程圖、測量與控制方法 聲波在其傳播介質中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統的測量原理。由于此超聲波測距儀可以實現雙向測距，所以需進行測距選擇，而這個測距選擇就以自動選擇功能來實現.、理論計算T 2T 1圖 23 測距的原理如圖 23 所示為反射時間，是利用檢測聲波發出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數，我們通過測量回波時間 T 利用公式：2CS??其中，S 為被測距離、 V 為空氣中聲速、T 為回波時間，21?可以計算出路程，這種 方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設置“時間門”來加以克服。這樣可以求出距離： ??21TCS?? 555 時基電路振蕩產生 40Hz 的超聲波信號。其振蕩頻率計算公式如下： ???? 影響精度的因素分析(1) 發射接收時間對測量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發射由單片機控制，發射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數規律。設測量設備基準面距被測物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為：（21）????????kt+et+20AcosAcos?由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。經以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產生影響。 (2) 當地聲速對測量精度的影響分析 當地聲速對超聲波測距測量精度的影響遠遠要比收發時間的影響嚴重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即：（22）?sRTCM?由上式知，在空氣中，當地聲速只決定于氣體的溫度，因此獲得準確的當地氣溫可以有效的提高超聲波測距時的測量精度。工程上常用的由氣溫估算當地聲速的公式如下：（23）???0C1T273式中 C0=；T 為絕對溫度，單位 K。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準確的結果。實際情況下，溫度每上升或者下降 1℃, 聲速將增加或者減少 /s ，這個影響對于較高精度的測量是相當嚴重的。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準確的當地聲速。 對于時間誤差主要由發送計時點和接收計時點準確性確定，為了能夠提高計時點選擇的準確性，本文提出了對發射信號和加收信號通過校正的方式來實現準確計時。此外，當要求測距誤差小于 1mm 時，假定超聲波速度C=344m/s(20℃室溫) ，忽略聲速的傳播誤差。則測距誤差 s△t 002 907s，即 。根據以上過計算可知，在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于 1mm 的誤差。使用的 12 MHz 晶體作時鐘基準的 AT89C51 單片機定時器能方便的計數到 1μs 的精度，因此系統采用 AT89C51 的定一時器能保證時間誤差在 1mm 的測量范圍內。 超聲波的傳播速度主要受空氣密度所的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關系。由此可見，測量精度與溫度有著直接的關系，本文采用 DS18B20 溫度傳感器，對外界溫度進行測量，并在軟件中實現溫度補償。 提高