【正文】 3 3 1 .4 1 / 2 7 3c ??? (m/s)，所以溫度每變化 1℃，聲波的速度變化約為 /s 。溫度測量范圍是 55℃ +125℃，可編程為 912位 A/D轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)精度為 12 位，測量精度一般為 ℃，軟件處理后可達(dá) ℃。測溫分辨率可達(dá) ℃。計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)制在 — 55攝氏度所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)。由于所用設(shè)備通過漏極開路端（ 2腳）連在總線上，控制線需要一個(gè)上拉電阻。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路 555 處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使 555 結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) 輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲。長度單位一般為 “m” ，可以不顯示，因此顯示器件可選用 BS202型共陰極 7段 LED顯示器。一幀串行數(shù)據(jù)輸入之后， MC14499就自動(dòng)開始動(dòng)態(tài)掃描，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。該動(dòng)態(tài)顯示接口的原理圖如圖 所示。 電源電路設(shè)計(jì) +5V 和 +12V 穩(wěn)壓電源 我們用到的穩(wěn)壓電源電路，能產(chǎn)生 +12v、 +5v和 5v 共 3 組輸出電壓 ,可供采用正、負(fù)工作電源的數(shù)字電路或微處理器集成電路使用。當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，穩(wěn)壓電路自動(dòng)關(guān)斷。此時(shí)，最大輸出電流近似為 20β 1（ mA）。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51的指令和引腳兼容，因此它是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的 解決方案。可掉電保存 RAM的內(nèi)容，但可使振蕩器停振以禁止芯片所有的 其它功能直到下一次硬件復(fù)位。作為一個(gè)計(jì)數(shù)器，該寄存器在相應(yīng)的外部輸入腳 。超聲波是指頻率高于 20kHz的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 為了得到發(fā)射信號(hào)與接收回波間的時(shí)間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲(chǔ)在 RAM中，芯片所測出的溫度值也要存在 RAM中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對(duì)計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 （ 4）數(shù)據(jù)傳輸與顯示 經(jīng)軟件處理得到的距離送給四位 LE。RAM中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值也不能作為距離值直接顯示輸出，計(jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值 之間轉(zhuǎn)換公式為 : / 2 ( ) / 2rs vt v t N?? ，其中， t為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， rt 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率， N為計(jì)數(shù)器的值。根據(jù)以上所述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和所完成功能，系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）信號(hào)控制 在系統(tǒng)硬件中，己經(jīng)完成了發(fā)射電 路、回波接收電路、溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)。 由發(fā)送傳感器 (或稱波發(fā)送器 )、接收傳感器 (或稱波接收器 )、控制部分與電源部分組成。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。 充分利用 AT89C2051的片內(nèi)資源，即可在很少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測距系統(tǒng)。作為一個(gè)定時(shí)器，每個(gè)機(jī)器周期寄存器增加 1，這樣寄存器即可計(jì)數(shù)機(jī)器周期。此外， AT89C2051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。流過 R1 和 VD1 短路的輸出電流約為 100mA 左右。在負(fù)載電流由空載變?yōu)?500mA 時(shí)，輸入電壓從 16～ 24V 范圍內(nèi)，穩(wěn)壓誤差在 1％以內(nèi)。然后單片機(jī)電源恢復(fù)工作后再次對(duì)蓄電池充電。反相器作為顯示器的位驅(qū)動(dòng)， 8 個(gè) 47Ω 的電阻是 LED 的限流電阻， 3 個(gè) 的電阻是上拉電阻，使單片機(jī) AT89C2051 輸出電平與用 MC14499 設(shè)計(jì)的 LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路電平相兼容。本設(shè)計(jì)采用后者。通過對(duì)顯示接口電路的綜合分析，發(fā)現(xiàn)測距儀利用串行輸入 BCD碼的十進(jìn)制譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器件 MC14499來 完成與單片機(jī)系統(tǒng)的顯示接口較為簡單可靠。 圖 報(bào)警電路圖 顯示電路設(shè)計(jì) 超聲波測距儀的顯 示要求比較簡單，測量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。振蕩頻率為 800Hz。 實(shí)際測溫電路如圖所示，圖中 DS1820管腳 2與單片機(jī) ，單片機(jī)通過它以串口數(shù)據(jù)傳誦方式讀取測溫結(jié)果。低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度設(shè)定有關(guān)， 9位精 度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ； 12位精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)化時(shí)間為 750ms。本文采用了 DS1820進(jìn)行測溫。比較器的輸入端需要穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓需要加電容穩(wěn)定 。這因?yàn)楸容^器非常靈敏，信號(hào)的微小變化就導(dǎo)致輸出值 OHV 和 OLV 的相互轉(zhuǎn)變。當(dāng) IU NU 時(shí)， OU =0，為低電平 :當(dāng) IU NU 時(shí)， OU = NU IU ，為高電平。對(duì)于交流信號(hào)而言，電容為短路，因此前三級(jí)放大電路的增益均為 10。另外，由于輸入信號(hào)為正弦波，因此必須將放大電路設(shè)計(jì)成交流放大電路。接收電路如圖 所示。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用 CSB40R，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。因而，將4 腳與單片機(jī)的控制信號(hào)相接就可以控制發(fā)射電路。 超聲波發(fā)射電路圖（如圖 ）中 將 1R 設(shè)計(jì)為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，使之與換能器的 40kHz 固有頻率一致。當(dāng) CU 充電到 ≥2/3 CCV后，振蕩器輸出 OV 翻轉(zhuǎn)成 0，此時(shí)放電管導(dǎo)通，使放電端 (DIS)接地，電容 C通過 2R 對(duì)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 4 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:Y1C4C5C82 2uR90 .2 KS1R E S E T+5V P P1R X D2T X D3X T A L 24X T A L 15I N T 06I N T 17T08T19GND10P 3. 711P 1. 012P 1. 113P 1. 214P 1. 315P 1. 416P 1. 517P 1. 618P 1. 719V C C20C 1 8A T 89 C 2 05 1R 2 61K+5 14 地放電，使 CU 下降。 圖 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路圖 超聲波發(fā)送電路設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)送電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分 ，超聲波探頭（又稱 “ 超聲波換能器 ” ）選用 CSB40T。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。 該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按 RESET 鍵，此時(shí)電源 CCV 經(jīng)電阻 1R 、 2R 分壓，在 RESET 端產(chǎn)生復(fù)位高電平。s，則只需 2181。 圖 硬件框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一 個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機(jī)從第 — 個(gè)單元取指令。 控制由 555定時(shí)器及超聲波換能器 CSB40T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波。顯示器由四個(gè)七段數(shù)碼管組成，由串行輸入顯示接口芯片 MC14499驅(qū)動(dòng)。 障礙距離指示燈與報(bào)警器響應(yīng)方式： A段： 150—100cm指示燈慢閃亮、擴(kuò)音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。 DS1820芯片是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，溫度測量范圍是 55℃到 +120℃ ，可編程為 9位到 12位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃。但是由于超聲波傳感器固有特性，即盲區(qū)的存在，對(duì)回波的接收和處理造成了一定程度的影 響。要對(duì)這樣小的信號(hào)進(jìn)行處理就必 須放大到一定的幅度。發(fā)射電壓從理論上是越高越好，因?yàn)閷?duì)同一個(gè)發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接收傳感器上接收的回波功率就比較大，對(duì)于接收電路的設(shè)計(jì)就相對(duì)簡單一些。發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻 帶 較寬。 超聲波發(fā)射方案 發(fā)射電路通常有調(diào)諧式和非調(diào)諧式。 (3)從傳感器設(shè)計(jì)角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。超聲波傳感器具有反應(yīng)靈敏、探測速度快 (一個(gè)測量周期僅需幾十毫秒 )的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 測距探測器方案 除了上述方案分析比較中講述的超聲波測距所獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)外超聲波測距在某些特定場合還有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，超聲波測距系統(tǒng)是利用計(jì)算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸來測量距離的，因此它是一種非接觸式的測量，所以它能夠在某些特定場合或環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下使用。當(dāng)超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，經(jīng)濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機(jī)的 INT0口。 通過對(duì)預(yù)警提示方式的分析，綜合其特點(diǎn)，采用聲音、 LED 數(shù)碼管燈相結(jié)合的提示方式。語音提示比較方便， 避免駕駛員過度關(guān)注顯示器，分散注意力。這種方式比較實(shí)用，一目了然，但沒有聲響，警示效果不好。目前主要有轟鳴器提示、數(shù)碼波段顯示、液晶熒屏顯示，魔幻鏡顯示，音響提示等單個(gè)或多種方式相結(jié)合的提示方式，下面對(duì)這幾種提示方式進(jìn)行分析和比較。故超聲波測距常用于在短距離測距，最佳距離為 45m，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。 0℃時(shí)，空氣中聲速的實(shí)驗(yàn)值為 / s，而空氣中聲速的近似表達(dá)式為： 3 3 1 .4 1 / 2 7 3c ??? (m/s)，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 s，即 : /2s ct? 。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。利用面陣 CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。由于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強(qiáng)的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車 7 上。有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。同成像式激光雷達(dá)相比，具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。掃描成像激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對(duì)整個(gè)視場進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測量，即可獲得視場內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非成像式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。因此選擇一種合適的測距方式對(duì)系統(tǒng)性能提高有很大幫助。 探測盲區(qū) 雖然 倒車?yán)走_(dá) 給我們帶來很多方便，但不能過分依賴，因?yàn)槔走_(dá)也有盲區(qū)，在以下這幾種情況下，雷達(dá)是不會(huì)做出反應(yīng)的： 過于低矮的障礙物 一般來說低于探頭中心 10~15cm 以下的障礙物就有可能被探頭所忽視，而且障礙物距離車位距離越近，這一高度值也就會(huì)隨之降低，危險(xiǎn)性也隨之增大。 倒車?yán)走_(dá)就相當(dāng)于超聲波探頭，從整體上來說超聲波探頭可以分為兩大類：一是用電氣方式產(chǎn)生 超聲波，其二是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波，鑒于較為常用的是壓電式 超聲波發(fā)生器 ，它有兩個(gè)電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)兩極外加脈沖信號(hào)，它的頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時(shí)，壓力晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，將機(jī)械的能轉(zhuǎn)為電信號(hào)的這一過程，這就成了超聲波探頭的工作原理。探頭能夠以最大水平 120度垂直 70度范圍輻射，上下左右搜尋目標(biāo)。 在此趨勢下，前裝或者出口市場將成為后裝企業(yè)的出路選擇。 隨著汽車整車廠商進(jìn)入中國，目前國際上知名的汽車電子配套廠商也都在中國安營，除了摩托羅拉外，還有西門子、德爾福等，同時(shí)一些汽車企業(yè)還在大量從國外進(jìn)口汽車電子產(chǎn)品。 第七代 MP3倒車?yán)走_(dá) 這一代倒車?yán)走_(dá)實(shí)現(xiàn)了行業(yè)的創(chuàng)新。 第六代無線倒車?yán)走_(dá) 全 新無線液晶 倒車?yán)走_(dá) ，融無線連接、 倒車?yán)走_(dá)、彩色液晶顯示、 BP 警示音、于一體。 3 第四代液晶 屏顯示 這一代產(chǎn)品有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意。通過感應(yīng)裝置發(fā)生超聲波然后通過反射回來的超聲波判斷前方是否有障礙物以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。 倒車?yán)走_(dá)的加裝可以解決駕駛?cè)藛T后顧之憂從而大大降低倒車事故的發(fā)生。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高已引起了社會(huì)和交通部門的高度重視。主要是對(duì)超聲波發(fā)射、接收、溫度測量，報(bào)警及顯示電路的分析與設(shè)計(jì)。 本文設(shè)計(jì)了一種超聲波汽車倒車 雷達(dá) ，用超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波測距，DS1820芯片測溫， AT89C2051單片機(jī)做處理器，處理數(shù)據(jù)并計(jì)算聲速及距離，用 LED數(shù)碼管顯示距離，報(bào)警器及示意指示燈報(bào)警。汽車倒車時(shí)的不便被汽車制造行業(yè)所重視。 關(guān)鍵詞： 倒車?yán)走_(dá)，單片機(jī)， 超聲波傳感器，控制器，顯示器