汽車防撞預警系統的設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 端出現一段時間的高電平，經過74LS14的一次反相整形，提供給單片機復位端。再經過一次反相整形，通過I/ORST端口提供給外部接口電路。外接12M晶振和兩個20P電容組成系統的時鐘電路。 超聲波測距模塊電路超聲波測距的作用距離和分辨能力，不僅需要性能良好的傳感器，也需要合理的驅動電路以及回波探測電路。只有這樣才能保證發射時的聲功率和波形的重復性以及接收時的靈敏性。對發射來說，為了要使電能到機械能的轉換效益最大，最佳的工作點必須取在反共振頻率處，在傳感器系統中，發射部分的共振頻率要與接收部分的反共振頻率相匹配。驅動電路和回波探測電路的性能對整個測試系統有重要的作用。發射部分： 左右的方波脈沖信號，同時開啟內部計數器T0。由于單片機端口輸出功率很弱，為使測量距離滿足要求，驅動超聲傳感器發射超聲波距離足夠遠，故在此電路上加功率放大電路。 接收部分：從接收傳感器探頭傳來的超聲回波很微弱(幾十個mV級)，又存在著較強的噪聲，所以放大信號和抑制噪聲是放大電路必須考慮的。超聲波回波經超聲波接收傳感器，電容隔直濾波，一級放大；由于超聲波回波信號隨著被測距離的變化，其幅值變化也很大，必須經過增益控制，以滿足整形電路的要求。所以本系統設計了二級增益可調放大電路，最后回波信號進入比較器LMV331，這樣在比較器的輸出端將得到40KHz的方波進入單片機以產生中斷用于計時。一級放大倍數為25左右，二級放大倍數范圍大約為5～1175。溫度部分測量溫度，對溫度進行補償，來減小溫度變化對測量距離精度的影響。 發射電路發射波形的重復性：為獲得高分辨力，發射電路設計應保證發射的超聲波波形良好的重復性；發射的超聲波應盡量單純，即發射波的各個振動應近似為同一頻率的振動，以便接收時采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。通常發射電路按發射方式分為：單脈沖發射、多脈沖發射和連續發射。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發射，每測距一次，發送、接收一次。間斷地激發換能器晶片振動。此方法測試距離太近；本系統采用間斷多脈沖發射，系統自動識別被測距離遠近，設置發射脈沖個數。發射波形電壓及功率：傳感器發射電壓大小主要取決于發射信號損失及接收機的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環境噪聲損失；另外考慮實際發射傳感器的最大輸入電壓為20vpp，以及單片機正常工作輸出最大電壓5V，傳感器發射信號的功率直接決定發射探頭發出超聲信號的遠近，所以考慮電壓的同時應該考慮如何提高其功率，才能使得發射電路更合理。1. 功率放大電路功率放大電路的設計要點：（1）要求輸出功率盡可能大為獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運用狀態下工作。（2）效率 η由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負載得到的有用功率Po與電源供給晶體管功率PE的比值，用η表示。 （5）直流電源供給的功率除了一部分變成有用的信號功率以外，剩余部分變成晶體管的管耗Pc(Pc=PEPo)。如果放大器的效率較低，不僅使直流電源的供給功率增加，而且使晶體管的管耗增大，使功率管發熱損壞。所以，對于功率放大器，提高效率也是一個重要問題。（3）非線性失真要小功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。在工業控制系統等場合中，則以輸出功率為主要目的，對線性失真的要求就降為次要問題。（4）BJT的散熱問題在功率放大電路中，有相當大的功率消耗在管子的集電結上，使結溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個重要問題。2. 單電源乙類互補對稱電路雙電源互補推挽電路有時使用不便，因此本系統設計使用單電源供電的互補推挽電路。如圖8所示，當有信號Vi輸入時，在信號的負半周，T1導通，有電流通過負載RL，同時向C 充電；在信號的正半周，T2導通，則己充電的電容C 起著電源Vcc 的作用，通過負載RL 放電。只要選擇時間常數RLC足夠大(比信號的最長周期還大得多)，就可以認為用電容C和一個電源Vcc可代替原來的+Vcc 和Vcc兩個電源的作用。采用一個電源的互補對稱電路，由于每個管子的工作電壓不是原來的Vcc，而是Vcc/2(輸出電壓最大也只能達到約Vcc/2)，所有前面導出的計算公式，只要用Vcc/2 代替其中的Vcc 即可。 圖8 單電源互補對稱電路本系統采用CD4096的4個反向器夠成推挽放大電路。發射電路圖如圖9所示： 圖9 超聲波發射電路圖 接收電路的設計（1） 溫度測量電路聲波在空氣中傳播時，空氣的溫度、大氣壓力、濕度等影響超聲波的聲速，其中空氣的溫度對超聲波聲速影響最大。所以，為了減小誤差，避免因環境溫度而帶來的偏差，必須對環境溫度進行檢測，并通過計算消除環境溫度所引起的偏差。測量環境溫度時，直接以“一線總線”的數字方式傳輸，可以大大提高系統的抗干擾性。為此，我們采用了DS18B20溫度傳感器芯片檢測環境溫度。DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的可組網單線數字溫度傳感器，在其內部使用了在板(ONBOARD)專利技術，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。具有結構簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用簡單等優點。它的RMO中存有其芯片的唯一標識碼，即任意兩個DS18B20的標識碼是不同的。管腳即示意圖10所示：圖10 管腳示意圖引腳說明：GND： 地DQ： 數據I/OVDD： 可選VDDNC： 懸空DS18B20具有以下特性：(1) 獨特的單線接口方式僅需一個端口引腳進行通訊；(2) 在使用中不需要任何外圍元件；(3) 測溫范圍：55℃～+125℃，℃(℃)；(4) 轉換溫度時間小于200ms（典型值）；(5) 測量結果以9 位數字量方式串行傳送。內部組成：DS18B20 有3 個主要數字部件：64位光刻RMO，溫度傳感器，非易失性溫度報警觸發器HT 和TL。如圖11所示： 圖11 DS18B20 方框圖工作原理： 圖12 DS18B20 內部結構框圖如圖12用一個高溫度系數的振蕩器確定一個門限周期，內部計數器在這個門周期內對一個低溫度系數的振蕩器的脈沖進行計數來得到溫度值。計數器被預置到對應于55℃的一個值。如果計數器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到對應于55℃）的置增加，表明所測溫度大于55℃。同時，計數器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數器又開始計數直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數器對溫度每增加一度所需計數的值來實現的。因此，要想獲得所需的分辯力，必須同時知道在給定溫度下計數器的值和每一度的計數值。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，下表1給出了溫度值和輸出數據的關系。數據通過單線接口以串行方式傳輸。暫存存儲器包含了8個連續字節，前兩個字節是測得的溫度信息，第一個字節的內容是溫度的低八位，第二個字節是溫度的高八位。第三個和第四個字節是HT、TL 的易失性拷貝，第五個字節是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節的內容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節用于內部計算。第九個字節是冗余檢驗字節。根據DS18B20的通訊協議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟:每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM 指令，這樣才對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16~60ms 左右，后發出60~240ms的存在低脈沖，主CPU 收到此信號表示復位。用戶可自設定非易失性溫度報警上下限值TH 和TL(掉電后依然存在)，DS18B20 在完成溫度變換后，所測溫度值將自動與貯存在TH和TL內的報警值相比較，如果高于TH 或低于TL，DS18B20內部的告警標志就會被置位。DS18B20與單片機的接口極其簡單，只需將DS18B20的信號線與單片機的一位雙向端口相連即可。應注意將三