【正文】 能向司機及乘員提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險的信號，促使司機采取應急措施來應付特殊險情，避免損失。 課題研究現(xiàn)狀 交通事故沒有預測 ,優(yōu)化正常的交通秩序 ,如何合理利用現(xiàn)有的計算機技術(shù)和信息技術(shù) ,來提高交通的安全已經(jīng)成為了國內(nèi)和國外研究的熱點。人 們普遍認為 ,智能交通系統(tǒng)的發(fā)展在 80 年晚些時候的是解決交通安全問題的有效方法。智能交通系統(tǒng)是信息技術(shù)、電子控制系統(tǒng)、通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)更合理利用交通管理系統(tǒng) ,統(tǒng)一道路和環(huán)境 [3],人 ,車 ,建立綜合運輸、高效、準確的實時管理系統(tǒng)。視覺系統(tǒng)的探測和識別環(huán)境影響的智能汽車。與其他傳感器信息相比 ,測量機器視覺 ,為了解決這個問題 ,與當前條件將導致可憐的實時系統(tǒng)。通過計算車輛和障礙之間的距離 ,和檢測數(shù)據(jù)是由自適應濾波處理 ,檢測誤差引起的還原環(huán)境。 2 課題要求及設計方法 本設計介紹的超聲測距系統(tǒng)是由一個 超聲波傳感器 , 布置在汽車的前面位置上。能檢測到前方的障礙物 , 通過車里的報警單元 , 如果汽車與障礙物之間的距離小于安全距離，就會報警提示 , 對司機起到提醒作用。 本系統(tǒng)采用單片機 STC89C52 兩超聲信號采集周期。 本文超聲波測距的基本思路采用的是渡越時間法 。在第一次測量超聲波發(fā)射車輛障礙然后返回車里的 時間， 得到超聲波的速度 ，然后在 乘以兩倍之間的汽車和距離的障礙。 汽車行駛用的超聲波傳感器 ,是應用 超聲波 能在 空氣中傳播和反射 ,通過發(fā)射和接收信號 ,根據(jù) 接收 超聲回波 的時間 差和傳播速度 ,計算 超聲波 傳播距離 在 除以二 就 是 汽車和障礙 兩者 的距離 [4]。 大測量距離 6米，最小測量距離 米，顯示分辨率是 米，實時數(shù)字顯示測得的距離，在不同距離范圍內(nèi)能發(fā)出不同的聲光報警信號。另外，論文的原理圖和程序流程圖自畫。 防撞報警有微波、激光和超聲波等多種傳感器。微波系統(tǒng)測距范圍較遠，由于采用相控陣天線成像技術(shù)，已達到了實用化的程度，只是目前成本居高不下。國內(nèi)已有公司設計出激光汽車防撞系統(tǒng)樣品，但由于激光波束較窄、路障報告率偏低而暫時不能推廣。超聲波的發(fā)射和接收是自然界中的普遍現(xiàn)象。頻率低于 20KHZ 的聲波人耳可辨，進行著各式各樣 、錯綜復雜的自然聲音傳遞，因背景復雜而不利做測試媒體使用。頻率高于 20KHZ 的超聲波不僅波長短、方向性好、能夠呈射線定向傳播，而且碰到界面就會有顯著反射。這些特性有利于選用超聲波做媒體，測定物體的位置、距離甚至形狀等。超聲波傳感器的特性 :1在自身特性諧振點 40KHZ 附近可獲得較高的靈敏度； 2 諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設計； 3 不受無線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設計。另外，超聲系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠，應用前景好。因此，本設計將采用超聲波傳感器測距。 3 2 課題 方案的設計與論證 系統(tǒng)設計方案 超聲波測距系統(tǒng)是由發(fā)射電路、接收電路、顯示電路、核心功能和一些輔助電路組成的電路功能模塊。 使用發(fā)信機將發(fā)射和接收電路分開，有兩種好處：一個是發(fā)射的信號與接收信號不會重疊， 。二是將探頭放在合適的位置上，能夠避免其他物體對超聲波反射面的干擾，這樣就提高系統(tǒng)的應用性。 圖 1 超聲波模擬樣圖 圖 2 超聲波汽車防撞原理框圖 超聲波傳感器是利用壓電效應 ,是運用 壓電陶瓷材料。 因為 超聲波 在 傳播 中 會有一定的衰減 ,而衰減 越高頻率越高 ,由于高頻率分辨率高 ,所以我們應該選擇 利用 短距離測量 ，高頻和低頻測量傳感器 ,因為 超聲波傳感器的 能 用 來 分析超聲換能器 附近的諧振頻率 傳感使用 Qm。量化寬松。僅僅是一系列分支電路 Q值 [5]。在空載換能器 (Z1 = 0)和負載 (Z1 = R1)當 Q = Qm0 超聲波發(fā)射器 放大電路 超聲波接收器 放大電路 檢波電路 定時器 單片機 控制 顯示器 報警系統(tǒng) 4 Qm,0010010 1 RWCRWLQ m ?? )( 110011001 RRWCRR WLQ m ???? 0000 RWCQe ? )( 1000 RRWCQe ?? 超聲波換能器的工作效 率為： 011RRR??? 傳感器位置 測距系統(tǒng)的發(fā)射和接收超聲波反射式分離結(jié)構(gòu) ,以便發(fā)送和接收頭的頭應該在同一行。距離和角度誤差衰減的問題引起的發(fā)射和超聲信號在通信過程中 ,發(fā)射 探頭 和接收探頭 不能相隔太遠 ,為了避免 發(fā)射和接收信號干擾，所以也不能離得太近 。從以前的經(jīng)驗和調(diào)試的實際情況后 ,發(fā)射探頭和接收應該放在離中心軸 4 到 8 厘米 。發(fā)射機超聲波測距模塊在一波 ,并啟動計時器開始接收到的回波時 ,導致負跳單片機中斷 ,單片機定時器中斷程序反應 ,立即停止計數(shù)。時差可以通過空氣中超聲波傳 播時間的計算 ,將計算距離 。 設計方案的論證 超聲波探測技術(shù)主要用于中程測距、結(jié)構(gòu)探傷、智能控制等領(lǐng)域，超聲波換能器是其核心部件，換能器按其工作介質(zhì)可分為氣相、液相和固相換能器；按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率又可分為 38KHz、 40KHz 等不同等級。本設計選用氣相、窄波束、 40KHz 的超聲波換能器。 超聲波測距經(jīng)常用到兩種方法 —— 強度法和反射時間法 [6]，本設計采用的是反射時間法，就不過多介紹強度發(fā)。 反射時間法的基本思路是應用超聲波從發(fā)射到被障礙物反射回來的時間算 的， 在距離較短的 情況下 ,可以認為空氣中的聲速是常數(shù) ,我們使用公式來衡量回波時間 T = V *(T / 2)這種 方法不 會 受 到別的 聲波 的 干擾 [7]， 直接耦合信號 ,所以該方法非常合適測量短距離 ,本設計中使用這種方法。 5 3 硬件實現(xiàn)及單元電路設計 主控制模塊 主控制最小系統(tǒng)電路如圖 3 所示。 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC2 C3 VCCGNDR1410KC1 10uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37 P23TrigEcho 圖 3 最小系統(tǒng) E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDE FGDP 1H2H3H4HR1 100R2 100R3 100R8 100R9 100R10 100R11 100R12 100ABCDEFGDPP10P11P12P13P14P15P16P17Q18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR4 1KR5 1KR7 1KR6 1KP34P35 P36P37546231SW1sw 灰色12P2GNDR15 1K12D1DVCC12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1U1Y112MC2 C3 VCCGNDR1410KC1 10uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4GNDS3GNDS2GNDP20 P21 P22P23B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP231234P1VCCGNDTrigEchoTrigEcho 圖 4 總設計電路圖 硬件電路 總 設計見圖 4， 從以上的分析可知在本設計中要用到 以 下器件： STC89C5 6 超聲波 傳感器、按鍵、 四位數(shù)碼管 、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。其中 D1 為電源工作指示燈 。 電路 中用到 3 個按鍵， 一個是設定鍵 , 一個加鍵，一個減鍵 。 電源設計 電源部分的設計采用 3 節(jié) 5 號干電池 供電。 超聲波測試模塊 超聲波模塊使用 HC SR04 超聲波模塊 ,模塊的非接觸式距離可以提供 2 厘米 400 cm傳感功能 ,精度可達 3 毫米不等。該模塊 是由 一個超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路 三部分組成的 [8]?；?思路就是 :運 用 IO 的觸發(fā) 的 范圍 ,模塊自動發(fā)送 40 khz 的方波信號自動檢測是否返回 ,返回信號 ,輸出一個高水平的 IO 端口呼應 ,高水平的時間返回的超聲波發(fā)射。測試距離 (=高水平時間 *聲音 (340 m / S))/ 2。實物如圖 5 所示。 VCC 5 v 電源、接地線、瀟灑的觸發(fā)控制信號輸入 ,回聲回聲信號輸出線 。 使用超聲波探測模塊 HCSR04 的方法如下： IO 觸發(fā)，高水平，以 TRIG 至少 10us 的開始測量 。該模塊會自動發(fā)出 40KHz 的波，自動檢測被反射回來的信號 。信號返回，高水平是通過 IO 回聲端口輸出，高電壓的持續(xù)時間是從超聲波返回到發(fā)射時間，測試距離 =（高電平 *340） / 2，單位是微米。主要包括兩個功能測試功能程序 [9]。 在實現(xiàn)定時器 0 定時測量， 8頻率， TCNTT0 價值 0XCE，當定時器 0 溢出中斷發(fā)生 2500次為 125ms，公式為（單位：毫秒）： T =（定時器 0 溢出 *（ 0XFF 0XCE） /1000） 定時器 0的初始值，計算頻率差的基礎(chǔ)上。 超聲波的特性 聲音是一種自然現(xiàn)象與人類生活密切相關(guān)。當高頻的頻率的聲音超過人的聽覺的限制 圖 5 超聲波模塊實物圖 7 （基于大量的實驗數(shù)據(jù)， 20xx0 赫茲的整數(shù) [10]），人們不會感覺到周圍聲音的存在，所謂的高頻率的聲音作為“超級“的聲音。人的聽覺范圍如圖 6所示。 圖 6 人的聽覺范圍 超 聲波的波長短 ,超聲波和光線可以是相同的 ,能夠反映 ,折射 ,可以關(guān)注 ,遵守所有的幾何光學定律。從材料表面反射超聲波射線 ,等于反射角 ,當射線通過物質(zhì)到另一個密度不同的物質(zhì)會產(chǎn)生折射現(xiàn)象 ,也是改變傳播方向 ,兩種物質(zhì)之間的密度差更大 ,折射率越大。 聲波傳播的媒體 ,隨著傳播距離的增加 ,強度將逐漸削弱 ,這是由于介質(zhì)吸收它的一些權(quán)力。同樣的媒介 ,聲波頻率較高 ,具有較強的吸收介質(zhì) [11]。一定頻率的聲波傳播的氣體吸收 ,特別是日歷傷害 ,在液體中傳播的吸收相對較弱 ,在固體吸收傳播是最小的。 超聲波換能器 完成超聲波 發(fā)射和接受這個設備是超聲波傳感器 ,稱為超聲換能器或 者 超聲波探頭。因為超聲波探頭即能發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波，所以此設計就是運用了超聲波換能器 。 超聲波探頭有許多不同種的結(jié)構(gòu) ,它們 分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭。 塑料外套金屬在壓電晶體是超聲波探頭的核心。核心芯片是由許多材料構(gòu)成的。由于各種晶片種類不同，所以它的大小也不同 ,比如有些晶片的直徑和厚度是不同的 ,因此不同探頭的性能也會不同的 ,所以我們必須了解探測器的性能參數(shù)。 超聲波傳感器的主要性能指標包括 : (1) 工作的頻率。 工作的 頻率指的就是壓電晶片的共振頻率。當諧振頻率等于頻率和芯片添加到交流電壓的時候 ,最大輸出能量的靈敏度最高。 8 (2)工作的溫度。 由于壓電材料的成本通常是很高 ,特別是在使用診斷超