【正文】 16 離較遠(yuǎn)時(shí)，必須采用三級(jí)放大。利用比較器的正反饋產(chǎn)生滯環(huán)特性來(lái)降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。 DS1820是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，電路連接非常簡(jiǎn)單，但是必須保證時(shí)序與單片機(jī)嚴(yán)格同步。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產(chǎn)生信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。單片機(jī)的 P1. 4控制 555 電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)使報(bào)警電路發(fā)出不同長(zhǎng)短報(bào)警聲。 串行輸入顯示接口芯片 MC14499是一個(gè) BCD一鎖存 /7段譯碼 /驅(qū)動(dòng)器，雙列直插式 l8腳封裝， MC14499具有輸入鎖存功能，一幀數(shù)據(jù)輸入之后，就被鎖存起來(lái)，直至下一幀數(shù)據(jù)輸入為止。由于 MC14499 具有輸入自動(dòng)鎖存功能，而串行輸入一幀數(shù)據(jù)又需要一定的時(shí)間，所以 LED 顯示的數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。 當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)， 3 只晶體管都導(dǎo)通，直至 VT2 飽和為止， IC2達(dá)到 20mA 左右，從而限制 VT1 的基極電流。空閑時(shí)， CPU停止，而讓 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；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 收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè) .而實(shí)際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子。在這部分中，信號(hào)處理包括計(jì)數(shù)值與距離值換算，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)軟件中，要完成對(duì)發(fā)射脈沖信號(hào)、脈沖接收信號(hào)、時(shí)序及輸出信號(hào)的控制。在空氣中傳播超聲波 ，其頻率較低，一般為幾十 KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。因此超聲波檢測(cè) 廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期有 12個(gè)振蕩 23 器周期，所以計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的 1/12。 圖 24V穩(wěn)壓電路圖 器件 選型 AT89C2051 單片機(jī) AT89C2051是一個(gè) 2K字節(jié)可編程 EPROM的高性能微控制器。 電源電路圖如圖所示： 圖 +5V、 5V和 +12V穩(wěn)壓電源電路圖 22 穩(wěn)壓電源電路 在輸出電流為 500mA 時(shí)，輸出電壓為 24V。單片機(jī)的 P1 口為數(shù)據(jù)輸出口，顯示器采用 RS202 型共陰極 7段 LED，顯示位數(shù)為 4位，由于一片 MC14499 可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LED 顯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 : 1 7 J u n 2 0 07 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:+5接 P 1 .0接 P 1 .1接 P 1 .2a b c d e f gdpⅠⅡⅢⅣDCLKENVDDO S CV S SM C 1 44 9 9R3R4R5+5C3U6NOTU7NOTU8NOTU9NOT4 7Ω * 85 .1 K Ω *3dpgfedcbaCOM1COM2COM3COM4C9L E D 1 21 V i n9OUT10GND117805V i n 12OUT13GND147812V i n15OUT16GND177905C2C1C61 00 uC3C70 .1 uR2R1R424V+ 5 VR3C41 00 uC50 .1 u+ 1 2 VC81 00 uC90 .1 u 5 V示器，因此該顯示接口只需用一片 MC14499 和單片機(jī)連接。顯示位數(shù)按照該裝置可測(cè)量的長(zhǎng)度 (與采用的超聲波傳感器有關(guān) )以及測(cè)量的精度來(lái)確定，要能顯示出0— 9這些數(shù)字以及小數(shù)點(diǎn)等，并要求顯示穩(wěn)定，無(wú)閃爍。 DS1820利用單線控制信號(hào)在總線上與單片機(jī)進(jìn)行通信。在本系統(tǒng)中采用默認(rèn)的 12位精度。合理調(diào)節(jié)電位器27R ，選擇比較基準(zhǔn)電壓，可使測(cè)量更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。 當(dāng) LM324 檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)時(shí)，它輸出低電平信號(hào)，此時(shí) LM324 的輸入電壓就小于閥值電壓，所以 LM324 就輸出高電平信號(hào)，通向 PC 的數(shù)據(jù)采集端。為減少負(fù)電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號(hào)放大和變換采用了 LM324通用運(yùn)算放大器，前三級(jí)為放大器設(shè)計(jì)，后一級(jí) 為比較器設(shè)計(jì)。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。 采用 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器可以實(shí)現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)，并且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，占用面積小。 40KHz 的超聲波是利用 555時(shí)基電路振蕩驅(qū)動(dòng)超聲波探頭產(chǎn)生的。 時(shí)鐘電路主要任務(wù)是提供一個(gè)工作頻率。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。 12 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件框圖 單片機(jī) AT89C2051作為主控器，復(fù)位端接上電 +按鈕復(fù)位電路 。 顯示及報(bào)警方案 倒車探測(cè)器在其偵測(cè)區(qū)內(nèi)檢測(cè)到障礙物時(shí)， LED指示燈及擴(kuò)音器會(huì)根據(jù)車與障礙物的距離發(fā)出警告聲。本文采用由 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器，驅(qū)動(dòng)頻率為 40KHz。本文采用非調(diào)諧式。 綜上所述，由于本測(cè)距儀最大測(cè)量量程不大 因而選擇測(cè)距儀工作頻率在 40KHz，發(fā)射角與接收角均為 60 度的錐角。 考慮到所設(shè)計(jì)產(chǎn)品是主要服務(wù)于普通用戶，而且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方 便、成本低廉實(shí)用性強(qiáng)。 方案確定 本次設(shè)計(jì)方案采用超聲測(cè)距方式， DS1820芯片測(cè)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，用報(bào)警器、示意指示燈報(bào)警。 三、 液晶熒屏顯示 動(dòng)態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤(pán)上，安裝很方便。 通過(guò)對(duì)以上幾種測(cè)距方式的分析比較，可以看出超聲波測(cè)距方式在短距和低速測(cè)量方面比上述其它幾種技術(shù)更具優(yōu)越性。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。只使用一個(gè) CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。同時(shí)，任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測(cè)區(qū)域。目前汽車倒車探測(cè)器使用的距離測(cè)量方式多種多樣，主要有激光測(cè)距、紅外線測(cè)距、 CCD 攝象機(jī)和超聲波測(cè)距這幾種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對(duì)它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析和比較。為了更好地研究超聲波和利用起來(lái)，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制造出很多超聲波發(fā)聲器，超聲波探頭加以運(yùn)用在使用汽車倒車?yán)走_(dá)上。倒車?yán)走_(dá)企業(yè)只有企業(yè)憑借著成本等優(yōu)勢(shì)走出國(guó)門(mén)，將業(yè)務(wù)拓展到了海外市場(chǎng)，才有望打開(kāi)局面。倒車?yán)走_(dá)與車載 MP3完美結(jié)合 ,在倒車?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上增加了 MP3調(diào)頻發(fā)射功能；具備了倒車?yán)走_(dá)功能同時(shí)融合了車載 MP3的功能。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。從某種意義上說(shuō)，它對(duì)司機(jī)并沒(méi)有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。倒車?yán)走_(dá)全稱叫“ 倒車防撞雷達(dá)” 也叫“泊車輔助裝置”是汽車泊車安全輔助裝置。 (4)較為詳細(xì)的說(shuō)明了系統(tǒng)軟件流程，關(guān)鍵部分還給出了流程圖和相關(guān)程序。人們希望有一種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)汽車 “ 后視 ” 功能，在倒車時(shí)能夠提示人們汽車后方是否有障礙物以及障礙物與汽車的大致距離 等。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。 泊車輔助系統(tǒng)又稱倒車?yán)走_(dá)，是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，解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭 發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。該器件采 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 基于以上原因 ,出現(xiàn)了 超聲波汽車倒車 雷達(dá) 。 (5)最后對(duì)超聲波汽車倒車 雷達(dá)設(shè)計(jì) 過(guò)程中所做工作進(jìn)行了總結(jié)。它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，解除了駕駛員泊車和啟動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾并幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷 ,提高駕駛的安全性。 第二代轟鳴器提示 這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開(kāi)始。 第五代魔幻鏡倒車?yán)走_(dá) 結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知 2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒 駕駛員 。當(dāng)進(jìn)入 MP3播放時(shí)兩邊的色條停止顯示，數(shù)字屏顯示當(dāng)前 MP3發(fā)射頻率；當(dāng)車進(jìn)入倒車狀態(tài)時(shí)， MP3播放自動(dòng)停止，色條指示開(kāi)啟，數(shù)字屏顯示障礙物距離，屏幕進(jìn)入倒車指示狀態(tài)。 系統(tǒng)工作原理 倒車?yán)走_(dá)是根據(jù) 蝙蝠 在黑夜里高速飛行而不會(huì)與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。 這種原理用在一種非接觸檢測(cè)技術(shù)上 ，用于測(cè)距來(lái)說(shuō)其計(jì)算簡(jiǎn)單 ,方便迅速 ,易于做到實(shí)時(shí)控制，距離準(zhǔn)確度達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。 一、 激光測(cè)距 激光測(cè)距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于非掃描成像激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。車載傳感器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同，同時(shí)分析時(shí)間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。為獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺(jué)原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成像，通過(guò)對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。 超聲波在空氣中傳播的速度會(huì)受到溫度、濕度、大氣壓力等因素的影響，在這些因素中，溫度對(duì)其速度的影響更大一些，而且環(huán)境溫度的變化更為經(jīng)常。因此本設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距方式。不過(guò)液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 倒車時(shí)倒檔啟動(dòng) 探測(cè)器系統(tǒng)，單片機(jī) AT89C2051作為主控器，控制 DS1820芯片并處理所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)。因此選擇利用超聲波傳感器來(lái)作為探測(cè)器。這樣傳感器方向性尖銳，且 避開(kāi)了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對(duì)低頻有所增加，但不會(huì)給發(fā)射和接收帶來(lái)困難。為了將一定頻率、幅度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的兩端，使其振動(dòng)發(fā)出超聲波，電路頻率的選擇應(yīng)該滿足發(fā)射傳 感器的固有頻率 40KHz。 超聲波回波接收方案 在超聲波發(fā)射完畢后，再延遲一小段時(shí)間才能進(jìn)行接收，目的是為了避免單片機(jī)對(duì)發(fā)射頭直接傳送到接收頭的信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)而不能正常工作。同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)距離。 XTAL1和 XTAL2接12MHZ晶振構(gòu)成的時(shí)鐘電路。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期 (即 24個(gè)振蕩周期 )的高電平。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是 XTAL1和 XTAL2，在 XTAL1和 XTAL2上 外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路。 由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 （如圖所示）。 555 定時(shí)器的 4腳是復(fù)位端，利用它來(lái)控制超聲波脈沖的發(fā)射。正弦波信號(hào)不能直接被單片機(jī)接收，必須進(jìn)行波形變換。 LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿足使用要求。反之 ，則輸出為低電平信號(hào)到 PC的數(shù)據(jù)采集端。 圖 電位比較器電路圖 17 圖 超聲波接收電路圖 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 溫度對(duì)超聲波波速影響非常大，超聲波波度 c與環(huán)境溫度 ? 的關(guān)系有如下經(jīng)驗(yàn)公式：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 。測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃。由于所用設(shè)備通過(guò)漏極開(kāi)路端（ 2腳）連在總線上，控制線需要一個(gè)上拉電阻。長(zhǎng)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。該動(dòng)態(tài)顯示接口的原理圖如圖 所示。當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，