第二基于單片機的超聲波倒車雷達系統的設計(更新版)

　　

【正文】 電路 CX20226A......................................................................................15 超聲波接收電路 ..............................................................................................17 超聲波顯示及控制部分電路 ........................................................................18 AT89C51 單片機的原理及工作特點 ..........................................................18 單片機實現測距原理 ......................................................................................19 壓電陶瓷超聲波傳感器 (TCF4018TR1)................................................19 穩壓電源電路 ...................................................................................................20 顯示電路原理 ...................................................................................................21 溫度測量電路 ...................................................................................................23 鍵盤控制電路 ...................................................................................................234 軟件設計 ................................................................................................................................23 軟件設計的要求 ...................................................................................................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。最后由信號處理裝置對接收的信號依據時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。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，稍微不小心就會發生追尾事故。該設計由超聲波發射模塊、信號接收模塊、單片機處理模塊、數碼顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細介紹了測距器的硬件組成、檢測原理、方法以及軟件結構。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。 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。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。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。第六代：專為高檔轎車配置的。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。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。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。 (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。則測距誤差 s△t 002 907s，即 。 為了便于對溫度信號的數據采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產的 DS18B20 集成溫度傳感器。標桿校正的示意圖如圖 24 所示。由于發射聲脈沖自身有一定的寬帶，加上放大器有阻塞問題，在靠近發射脈沖一段時間范圍內，所要求發現的缺陷往往不能被發現，這段距離，稱為盲區，具體分析如下： 當發射超聲波時，發射信號雖然只維持一個極短的時間，但停止施加發射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機械慣性作用） 。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0 交流電壓，它就會產生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發出超聲波。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。因此，超聲波發射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 40KHz 的交流電壓來激勵?？紤]到實際工程測量的要求，可以選用超聲波頻率 f = 40KHz，波長λ = 。超聲波診斷的優點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。當然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。由于雙穩態在開機時有隨機性，故加一清零按鈕。BG 導通，J 吸合，可通過電磁閥將輸液開關關閉，以達到控制的目的（高位控制） 。40KHz 的超聲波是利用 LC 震蕩電路振蕩產生的，其振蕩頻率計算公式如下：脈沖發射采用軟件方式，利用 AT89S51 的 口發射 40 kHz 的方波信號，經過 74HC04 放大后輸出到超聲波換能器，產生超聲波。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。它還可廣泛用于視頻系統、家用電器遙控電路以及通信系統等。（3） 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數為 。超聲波探頭必須采用與發射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用與發射端同型號的壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產生共振而影響接收效果，甚至無法接收。（2） 限度放大器：當信號太強時為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時也可消除寄生調幅干擾。RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20 (A8) 21(A9) 22(A10) 23(A11) 24(A12) 25(A13) 26(A14) 27(A15) 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7) 32(AD6) 33(AD5) 34(AD4) 35(AD3) 36(AD2) 37(AD1) 38(AD0) 39VCC 40AT89C51圖 34 AT89C51 單片機結構及引腳圖5l 系列單片機提供以下功能：4 kB 存儲器；256 BRAM；32 條 I/O 線；2個 16b 定時／計數器；5 個 2 級中斷源；1 個全雙向的串行口以及時鐘電路。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發射/接收的設計方法。D1POWER+C15470uf/25v+C161000uf/25vC7104f C8104fVin 1GND2Vout3U7VOLTREG1234D206123J3POWERVCCR301K電 源 電 路圖 36 電源電路220V 交流電通過電源變壓器變換成交流低壓電源，再經過橋式整流電路D1~D4 和濾波電容的整理和濾波，在固定式三端穩壓器 LM7805 的 Vin 和GND 兩端形成一個并不十分穩定的直流電壓。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號，利用外中斷 0 口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號。DS18B20 數字式溫度傳感器與傳統的熱敏電阻溫度傳感器不同，能夠直接讀出被測溫度值，并且可根據實際要求，通過簡單的編程，實現 9～12 位的 A/D 轉換。 鍵盤控制電路此鍵盤與單片機 P2 口四個引腳相接，用于對報警距離進行設定。（5） 運算結果處理模塊：運算結果處理模塊將多次所測得時間進行處理，進行軟件取大值工作，根據公式計算出距離，然后再對計算得出的結果進行修正處理，數據處理后送至數碼顯示模塊。 超聲波的指向性強，能量消耗緩慢，遇到障礙物后反射效率高，是測距的良好載體。其部分源程序如下： RECEIVE0：PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 //關外部中斷 0 MOV R7, TH0 //讀取時間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH //計算時間差 MOV 31H, A //存儲結果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 //開外部中斷 0 POP ACC POP PSW RETI 主程序主程序是單片機程序的主體，整個單片機端系統軟件的功能的實現都是在其中完成的，在此過程中主程序調用了子程序及中斷服務程序。開始初始化發射超聲波啟動定時開中斷Testok=1計算距離開報警距離關報警顯示距離Testok=2 Testok=0NY顯示 OFF顯示距離圖 42 主程序流程圖 超聲波發送及接收中斷程序超聲波發生子程序的作用是通過 端口發送 2 個左右超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數器 T0 打開進行計時。puzel： mov 14h, 12h //超聲波發射持續 200ms here： cpl //輸出 40kHz 方波 nop ； nop ； nop ； djnz 14h，here； ret 前方測距電路的輸入端接單片機 端口，單片機執行上面的程序后，在 端口輸出一個 40kHz 的脈沖信號，經過三極管 T 放大，驅動超聲波發射頭 UCM40T，發出 40kHz 的脈沖超聲波，且持續發射 200m