【正文】 新型的車輛裝飾項目。目前，在一些經(jīng)營汽車配件或裝飾美容的商家內(nèi)，甚至汽車經(jīng)銷商處都可安裝倒車雷達。品牌眾多目前后裝市場上倒車雷達的品牌多達幾十種，基本上國產(chǎn)品牌占90%，而進口產(chǎn)品較少，以采用2~4探頭的產(chǎn)品居多。目前國內(nèi)生產(chǎn)倒車雷達的企業(yè)很多，以廣東省居多。由此可見，倒車雷達在國內(nèi)發(fā)展前景很廣闊，充滿機遇和希望。 論文的主要內(nèi)容本文以AT89S52單片機為核心，設(shè)計了倒車雷達系統(tǒng)。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對倒車雷達測距及顯示報警的要求，通過發(fā)射超聲波，碰到障礙物返回后，接收超聲波，計時往返時間，并計算出距離，顯示結(jié)果和報警。整個系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機處理模塊和顯示報警模塊四大模塊組成。超聲波發(fā)射模塊負責發(fā)射超聲波，超聲波接收模塊負責接收超聲波并將引起的中斷信號送到單片機處理模塊，單片機處理模塊負責超聲波發(fā)射的啟動并計時超聲波往返時間，接收中斷處理數(shù)據(jù)算出結(jié)果，顯示報警模塊顯示距離，并根據(jù)結(jié)果報警。2 總體設(shè)計方案單片機發(fā)出短暫的40kHz的PWM信號，通過超聲波探頭發(fā)射超聲波，并由另一個超聲波探頭接收障礙物反射回來的超聲波，經(jīng)過鎖相環(huán)檢波電路過濾后，由單片機內(nèi)部定時器測量超聲波在車尾與障礙物之間的往返時間，進而計算出車與障礙物之間的距離，并將結(jié)果顯示在LED上。當在探頭探測的一定范圍內(nèi)有障礙物時，蜂鳴器提示報警。 超聲波測距的相關(guān)介紹 超聲波測距原理 超聲波是一種聲波，其在其傳播介質(zhì)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(fā)生反射。利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S=ct/2，式中的c為超聲波波速。假如聲波在介質(zhì)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(tǒng)的測量原理。超聲波是頻率高于20kHz的機械波，由于其指向性強，能量消耗緩慢，在空氣中傳播距離遠，抗干擾性強，因而可以用于距離的測量。在超聲波測距系統(tǒng)中，超聲波的頻率至關(guān)重要。頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。故在超聲波測量中，常使用40kHz的超聲波。目前超聲波測量的距離一般為幾米到幾十米，是一種適合短距離測量的方式。超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。距離測量系統(tǒng)常用的頻率范圍為25KHz～300KHz的脈沖壓力波，發(fā)射和接收的傳感器有時共用一個，或者兩個是分開使用的。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也比較簡單，并在測量精度方面達到要求，同時節(jié)能環(huán)保高效。，由單片機負責計時，單片機使用AT89S52，其晶振為12mHz，當要求測距誤差小于1mm時，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t() ≈ 。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12mHz晶體作時鐘基準的AT89S52單片機定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用AT89S52定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內(nèi)。所以在測量精度上可以達到毫米級，適用于倒車雷達的要求。下面是本設(shè)計中的原理圖：鎖相環(huán)檢波電路放大電路超聲波接收器單片機控制定時器顯示器超聲波發(fā)射器放大電路 倒車雷達測距原理框圖超聲波發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負責向傳感器輸出一個有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去。接收放大器用于放大回聲信號以便記錄，同時為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號，接收放大器要有足夠的頻帶寬度。收/發(fā)隔離則使接收裝置避開強大的發(fā)射信號。記錄/控制部分啟動或關(guān)閉發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時及接收的瞬時，并將時差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記錄。 超聲波測距的實際應(yīng)用超聲波測距作為一種典型的非接觸型測量方法，在很多場合，諸如工業(yè)自動控制、建筑工程測量和機器人視覺識別等方面得到廣泛的應(yīng)用。和其他方法相比，比如激光測距、微波測距等，由于聲波在空氣中傳播速度遠遠小于光線和無線電波的傳播速度，對于時間測量精度的要求遠小于激光測距、微波測距等系統(tǒng)，因而超聲波測距系統(tǒng)電路易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單和造價低，且超聲波在傳播過程中不受煙霧、空氣能見度等因素的影響，在各種場合均得到廣泛應(yīng)用。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。 超聲波傳感器的相關(guān)介紹 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。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。流體動力性中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標包括：工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高。反之，靈敏度低。 壓電陶瓷超聲波傳感器 壓電陶瓷超聲傳感器適用范圍家用電器及其它電子設(shè)備的超聲波遙控裝置。超聲測距及汽車倒車防撞裝置。液面探測。超聲波近接開關(guān)及其它應(yīng)用的超聲波發(fā)射與接收。命名方法TCF40—18TR1TC—壓電陶瓷超聲傳感器。F—類別。T—通用性。F—防水性。40—中心頻率kHz。18—外徑Φ(mm)。TR—使用方式。T—發(fā)射。R—接受。TR—收發(fā)兼用。1—產(chǎn)品序列號：3產(chǎn)品性能(1)標稱頻率(kHz)：40kHz。(2)發(fā)射聲壓10V(0dB＝)：≥95dB。(3)接收靈敏度40kHz(0dB＝V／ubar)：≥65dB。(4)靜電容量1kHz，＜1V(pF)：1260pF～2340pF。 (5)探測距離(m)：～3。 (6)－6dB指向角：60度。 (7)外殼材料：鋁。(8)外殼顏色：黑。 超聲波傳感器原理當電壓作用于壓電陶瓷時，其就會隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產(chǎn)生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構(gòu)成的振動器(所謂叫雙壓電晶片元件)施加一個電信號時，就會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。 超聲波傳感器系統(tǒng)構(gòu)成及工作過程由超聲波發(fā)送傳感器、超聲波接收傳感器和電路控制等部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超聲波能量并向空中輻射。而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收超聲波波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超進行檢測。而實際使用中，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。若對發(fā)送傳感器內(nèi)諧振頻率為40kHz的壓電陶瓷片(雙晶振子)施加40kHz高頻電壓，則壓電陶瓷片就根據(jù)所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)送40kHz頻率的超聲波，其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控制電路調(diào)制)，并傳給超聲波接收器。接收器是利用壓力傳感器所采用的壓電效應(yīng)的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應(yīng)變，則產(chǎn)生一面為“+”極，另一面為“”極的40kHz正弦電壓。因該高頻電壓幅值較小，故必須進行放大。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件部分主要由單片機系統(tǒng)電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路以及聲音和顯示報警電路組成。單片機采用AT89S52實現(xiàn)對CX20106A紅外接收芯片和TC/R系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。，然后單片機不停地檢測INT0引腳，當INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r表示超聲波已經(jīng)返回。計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波從發(fā)出到回收到所經(jīng)歷的時間，通過換算就可以得到汽車尾部與障礙物之間的距離。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動，位碼用PNP三級管8550驅(qū)動。下面分步介紹各硬件部分的具體設(shè)計分析。 超聲波發(fā)射電路超聲波的發(fā)射整個過程分為三部分：產(chǎn)生調(diào)制信號、放大調(diào)制信號、發(fā)送超聲波信號：產(chǎn)生調(diào)制信號：脈沖調(diào)制信號由單片機產(chǎn)生，經(jīng)I/O口輸出，脈沖發(fā)射同時把計數(shù)器T0打開進行計時，等待回波反射到接收探頭。放大調(diào)制信號：由于單片機I/O口輸出高電平僅為5V，而為使發(fā)射傳感器能夠工作，發(fā)射端工作電壓就不低于15V，且工作電壓越大，超聲波的發(fā)射距離也越遠，因此，在此電路上加功率放大電路，把調(diào)制信號放大。發(fā)送超聲波信號：將放大后的調(diào)制信號加載于超聲波傳感器上。超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個部分，產(chǎn)生電路由超聲波探頭(又稱“超聲波換能器”)選用壓電式，發(fā)射電路利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。在本設(shè)計中，脈沖發(fā)射采用軟件方式，經(jīng)過放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。74LS04是一個高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間。本系統(tǒng)將40KHz方波信號分成兩路，分別由74LS04經(jīng)兩次和一次反向放大，從而構(gòu)成推拉式反向放大。發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，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。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻R1R13一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，縮短其自由振蕩的時間。 超聲波發(fā)射電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器。反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。 超聲波檢測接收電路 集成電路CX20106A集成電