【正文】 （ 3）信號處理 RAM中的溫度值要轉化為此溫度下的聲速，轉換公式是： 3 3 1 .4 1 / 2 7 3c ??? (m/s)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應用。小功率超聲探頭多作探測作用。由于需要二個機器周期來辨認一次 1到 0的變化，所以最大的計數(shù)率是振蕩器頻率的 1/24，可以對外部的輸入端 ，便于測量脈沖寬度。 AT89C2051有以下特點： 2K字節(jié) EPROM、 128字節(jié) RAM、 15根I/O線、 2個 16位定時 /計數(shù)器、 5個向量二級中斷結構、 1個全雙向的串行口、并且內含精密模擬比較器和片內振蕩器，具有 12MHz/24MHz工作頻率，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖、掉電和時鐘電路等。短路消除后，它都能自動啟動。 用來向 MC14499 發(fā)送數(shù)據(jù)， 用來向 MC14499 發(fā)送時鐘脈沖， 用于控制單片機輸出數(shù)據(jù)向 MC14499 串行輸入 (當 =0 時，允許 MC14499 輸人數(shù)據(jù) )。通過對一般測距儀的分析，發(fā)現(xiàn)通常只需要 4位的 LED即可滿足大多數(shù)的顯示精度要求，為了減少所需的 I/O數(shù)量，降低成本，采用動態(tài)顯示控制方式。 圖 溫度測量電路圖 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 : 3 0 M a y 20 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:1 2 3D S 18 2 0V C CR 1 03K接 P 1 .5 19 報警電路設計 報警電路如圖所示，采用典型的 555振 蕩電路，單片機通過控制 4腳 (手動復位腳 )的電平來控制振蕩器的工作，高電平時工作，低電平時停止。 DS1820溫度傳感器有兩個晶振，低溫度系數(shù)晶振和高溫度系數(shù)晶振。當 18 溫度從 0～ 40℃變化時，將會產生大約 7％ 的聲速變化，在超聲波測距儀中，把聲 速作為一個標準量，為了獲得較精確的聲速，引入溫度補償是必要的。比較器這一部分如果調節(jié)不當也可能會出現(xiàn)一些問題，如在輸出端會有高頻輸出等。為滿足交流信號的需要，每一級的放大器均采用阻容電路進行電平偏移，即圖 7C 、 21C 、 22C 和 24C ，容量均為 10μ F，實現(xiàn)單電源條件下交流信號的放大。按照上面所討論的原理，單片機需要的只是第一 個回波的時刻。當 4 腳為低電平時， 555有振蕩脈沖輸出；為高電平時， 555定時器清零，沒有輸出。 接通電源后，電源 CCV 通過 1R 和 2R 對電容 1C 充電，當 CU 1/3 CCV 時，振蕩器輸出 OV =1，放電管截止。有內部和外部兩種時鐘產生方式。本文中時鐘頻率為12MHz，每個機器周期為 1181。 DS1820芯片并接收所測得的溫度數(shù)據(jù)。這樣用戶不僅可以很快的判斷出障礙物的大概距離，還可以清楚的知道詳細距離。 超聲波回波經(jīng)過超聲波接收傳感器，電容隔直濾波，一、二級放大，三級增益放大 11 后進入比較器 LM324，這樣在比較器的輸出端將得到 40KHz的方波輸入到單片機 INT0引腳以產生中斷。這樣才能使其工作在諧振頻率，達到最優(yōu)的特性。所以本方案選用的探頭是收發(fā)分體式 40KHz 的超聲傳感器。 由發(fā)射波束特性知，由于擴散角的原因，超聲波的角度分辨率較低，但距離分辨率較高 (1cm左右 )，目前最大探測距 15m，最小盲區(qū) ?？刂朴?555定時器及超聲波換能器 CSB40T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波，同時啟動內部定時器 T0開始計時。 四、 魔幻鏡顯示，音響提示 其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內空間，直接安裝在車內倒視鏡的位置，顏色款式多樣。 8 預警提示方式 預警提示方式好壞是設計的汽車倒 車探測器是否實用的重要標志。研究表明，聲速v與熱力學溫度θ的平方根成正比， 溫度越高聲速越大，溫度越低聲速越小。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但其由于波長及大小很難準確分辯，因此 紅外傳感器角度分辨率高，而距離分辨率低。在汽車測距系統(tǒng)中，非成像式激光雷達更具有實用價值。目前在汽車上應用 較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達。倒車雷達用于測距上，在某一時刻發(fā)出超聲波 信號，在遇到被測物體后的射回信號波，被倒車雷達接收到，得用在超聲波信號從發(fā)射到接收回波信號這一個時間而計算出在介質中的傳播速度，這就可以計算出探頭與被探測到的物體的距離。探頭裝在后 保險杠 上，根據(jù)不同價格和品牌，探頭有二、三、四、六、八、十、十二只不等，主要安裝于前后保險杠上。 泊車輔助系統(tǒng)的發(fā)展方向與趨勢 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的收入穩(wěn)步提高，對中高檔汽車的需求量將快速上升，并將成為主流，而中高檔汽車在電子產品的配置方面不僅全面，而且越來越向智能化、系統(tǒng)化、多功能方向發(fā)展，倒車雷達將成為整個系統(tǒng)中的 一部分功能，而不再是一個單個的產品或零配件，倒車雷達與多媒體、 GPS、各種傳感器的、電腦等電子產品、軟件系統(tǒng)的結合或集成已成為中高端市場的趨勢，而這些高端汽車電子產品正是國內企業(yè)的弱勢。魔幻鏡倒車雷達把 后視鏡 、倒車雷達、 免提電話 、溫度顯示和 車內空氣污染 顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的 倒車 雷達系統(tǒng)。倒車時，如果車后 ~， 轟鳴器 就會開始工作。倒車雷達的原理與普通雷達一樣 是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設計開發(fā)的。 2 第 1 章 緒 論 選題的意義 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展 交通運輸車輛的不斷增多 而 由此產生的交通問題越來越成為人們關注 的問題。超聲波汽車倒車 雷達 是一種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，幫助駕駛員掃除視野死角，提高駕駛的安全性。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C2051是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本 AT89C2051 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。倒車雷達的提示方式可分為液晶、語言和聲音三種；接收方式有無線傳輸和有線傳輸?shù)取?泊車輔助系統(tǒng)是一種能夠實時顯示車后障礙物狀況的汽車倒車輔助裝置，在現(xiàn)實生活中應用十分廣泛。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。汽車倒車時的不便被汽車制造行業(yè)所重視。主要是對超聲波發(fā)射、接收、溫度測量，報警及顯示電路的分析與設計。 倒車雷達的加裝可以解決駕駛人員后顧之憂從而大大降低倒車事故的發(fā)生。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。 3 第四代液晶 屏顯示 這一代產品有一個質的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。 第七代 MP3倒車雷達 這一代倒車雷達實現(xiàn)了行業(yè)的創(chuàng)新。 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。 倒車雷達就相當于超聲波探頭，從整體上來說超聲波探頭可以分為兩大類：一是用電氣方式產生 超聲波，其二是用機械方式產生超聲波，鑒于較為常用的是壓電式 超聲波發(fā)生器 ，它有兩個電晶片和一個共振板，當兩極外加脈沖信號，它的頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時，壓力晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，將機械的能轉為電信號的這一過程，這就成了超聲波探頭的工作原理。因此選擇一種合適的測距方式對系統(tǒng)性能提高有很大幫助。掃描成像激光雷達把激光雷達同二維光學掃描鏡結合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對整個視場進行逐點掃描測量，即可獲得視場內目標的三維信息。有顯著的熱效應和較強的穿透云霧的能力。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。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短脈沖。故超聲波測距常用于在短距離測距，最佳距離為 45m，一般應用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。這種方式比較實用，一目了然，但沒有聲響，警示效果不好。 通過對預警提示方式的分析，綜合其特點，采用聲音、 LED 數(shù)碼管燈相結合的提示方式。 圖 系統(tǒng)結構 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有的優(yōu)點外超聲波測距在某些特定場合還有著顯著的優(yōu)點，超聲波測距系統(tǒng)是利用計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。 (3)從傳感器設計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。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。要對這樣小的信號進行處理就必 須放大到一定的幅度。 DS1820芯片是 DALLAS公司生產的一線式數(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轉換精度，測溫分辨率可達 ℃。顯示器由四個七段數(shù)碼管組成，由串行輸入顯示接口芯片 MC14499驅動。 圖 硬件框圖 單片機最小系統(tǒng)設計 單片機復位是使 CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一 個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，復位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。 該電路除具有上電復位功能外，若要復位，只需按 RESET 鍵，此時電源 CCV 經(jīng)電阻 1R 、 2R 分壓，在 RESET 端產生復位高電平。 圖 最小應用系統(tǒng)電路圖 超聲波發(fā)送電路設計 超聲波發(fā)送電路包括超聲波產生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分 ，超聲波探頭（又稱 “ 超聲波換能器 ” ）選用 CSB40T。 超聲波發(fā)射電路圖（如圖 ）中 將 1R 設計為可調電阻的目的是為了調節(jié)信號頻率，使之與換能器的 40kHz 固有頻率一致。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用 CSB40R，否則將因無法產生共振而影響接收效果，甚至無法接收。另外，由于輸入信號為正弦波，因此必須將放大電路設計成交流放大電路。當 IU NU 時， OU =0，為低電平 :當 IU NU 時， OU = NU IU ，為高電平。比較器的輸入端需要穩(wěn)定的基準電壓需要加電容穩(wěn)定 。轉換周期與轉換精度設定有關， 9位精 度時，最大轉換時間為 ； 12位精度時，最大轉化時間為 750ms。 實際測溫電路如圖所示，圖中 DS1820管腳 2與單片機 ，單片機通過它以串口數(shù)據(jù)傳誦方式讀取測溫結果。 圖 報警電路圖 顯示電路設計 超聲波測距儀的顯 示要求比較簡單，測量結果采用十進制數(shù)字顯示。本設計采用后者。然后單片機電源恢復工作后再次對蓄電池充電。流過 R1 和 VD1 短路的輸出電流約為 100mA 左右。作為一個定時器，每個機器周期寄存器增加 1，這樣寄存器即可計數(shù)機器周期。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。根據(jù)以上所述系統(tǒng)硬件設計和所完成功能，系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)以下功能： （ 1）信號控制 在系統(tǒng)硬件中，己經(jīng)完成了發(fā)射電 路、回波接收電路、溫度補償電路的設計。 （ 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?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數(shù)及探測距離等進行控制。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波是指頻率高于 20kHz的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，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?？傻綦姳４?RAM的內容，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位。此時，最大輸出電流近似為 20β 1（ mA）。 電源電路設計 +5V 和 +12V 穩(wěn)壓電源 我們用到的穩(wěn)壓電源電路，能產生 +12v、 +5v和 5v 共 3 組輸出電壓 ,可供采用正、負工作電源的數(shù)字電路或微處理器集成電路使用。一幀串行數(shù)據(jù)輸入之后， MC14499就自動開始動態(tài)掃描，實現(xiàn)動態(tài)顯示。在揚聲器發(fā)出報警聲時，時基電路 555 處于暫穩(wěn)態(tài)，此時電源向電容充電，從而使 555 結束暫穩(wěn)態(tài)回復到穩(wěn)定狀態(tài) 輸出低電平，使揚聲器停止發(fā)出報警聲。計數(shù)器 1和溫度寄存器被預制在 — 55攝氏度所對應的一個基數(shù)。溫度測量范圍是 55℃ +125℃，可編程為 912位 A/D轉換精度，未編程時默認精度為 12 位，測量精度一般為 ℃，軟件處理后可達 ℃。因為放大后的回波信號幅值已經(jīng)較大，這樣再通過設置合適的閥值就可以穩(wěn)定的得到有效信號。 這里的第四片 LM324 作反相電位比較器，電路如圖 所示， 有一個閥值電壓 NU ，IU 為反相電壓比較器輸入電壓。不同接收探頭的輸出信號強度存在差異。 4腳為超聲波發(fā)射控制信號輸 入端，由單片機進行控制。脈沖寬度 LT ≈ 2R 1C ，由電容 1C 放