【正文】 5dB ? 接收靈敏度 40KHz （ 0dB＝ V／ ubar）： ≥ 65dB ? 靜電容量 1KHz，＜ 1V （ PF）： 1260pF～ 2340pF ? 探測距離（ m）： ～ 3 ? － 6dB 指向角： 60 度 ? 外殼材料：鋁 ? 外 殼顏色：黑 穩(wěn)壓電源 電路 在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 一的能量來源，穩(wěn)壓電源的主要任務(wù)是將 50Hz 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓和電流，從而滿足負(fù)載的需要，直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。通過單片機(jī)的 2 2 228 四 個(gè)管腳的信號控制 四 個(gè)三極管的 B 極 ，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。 目前，大多數(shù)溫度測控系統(tǒng)在檢測溫度時(shí)，都采用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電量，經(jīng)信號放大電路放大到適當(dāng)?shù)姆秶?，再?A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量來完成。它通過輸出 9 位（二進(jìn)制）數(shù)字來直接表示 所測量的溫度 值，溫度值是通過 DS18B20 的數(shù)據(jù)總線直接輸入 CPU,無需A/D 轉(zhuǎn)換，而且讀寫指令，溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過數(shù)據(jù)總線傳入 DS18B20。 （ 2） 數(shù)碼管顯示模塊：通過該模塊的設(shè)計(jì)能夠讓所測得的距離顯示在數(shù)碼管上。要求通過設(shè)計(jì)能夠測出并顯示車與障礙物的距離，并能在距離小于 1m 的時(shí)候根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行聲光報(bào)警 [16] 超聲波測距的算法設(shè)計(jì) 超聲波測距的原理 ：即 為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。如果測距精度要求很高，則 應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。距離的計(jì)算公式為： 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 22 tcsd ??? （ 41） 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c為聲速， t 為聲波來回所用的時(shí)間。 （ 4） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波 發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動定時(shí)器工作，同時(shí)啟動接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號輸入時(shí)，對輸入信號進(jìn)行處理。 其電路連接如圖 37溫度測量電路 所示。為此，利用一線性數(shù)字溫度計(jì)即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機(jī)，構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度檢測系統(tǒng)。 單片機(jī) AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測量誤差。 其中，變壓器將交流電源（ 220V/50Hz）變換位符 合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有但方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供 給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較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)。 接收的回波信號先經(jīng)過前臵放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。可以利用它作為超聲波檢測電路 。 （ 6） 6 腳： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 圖 32 集成電路 CX20206A內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 CX20206A 的引腳注釋： （ 1） l 腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗 約為 40kΩ。 U 4 A74 A L S 04 U 4 B74 A L S 04U 4 C74 A L S 04U 4 D74 A L S 04U 4 E74 A L S 04L S 1T X ( F )R81KR91KV C CP 1 0 圖 31 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢 測 接收電路 集成電路 CX20206A 集成電路 CX20206A是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。電路圖 如圖 31 所示。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動電流 100mA 以上的驅(qū)動電路。接收到的信號經(jīng) BG BG2 放大，經(jīng) D D2 整流成直流電壓。電源由 220V 經(jīng)電容降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得 12V 工作電壓。當(dāng)超聲波在 人體組織 中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面是，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。超聲傳感器的指向角一般為 40 度到 80 度，本設(shè)計(jì)超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 要求傳感器的指向角為 75 度。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的， 并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。 （ 1） 頻率特性 圖 26 超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度 圖 26 是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級和靈敏度。 壓電 陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。 壓電材料分 為晶體和壓電陶瓷兩類。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。 測量盲區(qū) T R 基平面（ 標(biāo)桿） 超聲波測距裝置 被測物 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵(lì)傳感器的同時(shí)也進(jìn)入接收部分。為了更好的實(shí)現(xiàn)換算過程同時(shí)兼顧設(shè)備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測距的各項(xiàng)功能。由此可見，測量精度與溫度有著直接的關(guān)系，本文采用 DS18B20 溫度傳感器，對外界溫度進(jìn)行測量，并在軟件中實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1℃ , 聲速將增加或者減少 /s ，這個(gè)影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。其振蕩頻率計(jì)算公式如下： ? ?? ?5109 2 CRRf ???? T 2 T 1 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 影響精度的因素分析 (1) 發(fā)射接收時(shí)間對測量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對于一般要求的精度是可靠的。這就是超聲波測距儀的機(jī)理。 發(fā)射部件的點(diǎn)脈沖電壓很高，但是由于障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進(jìn)行處理就必須 放大到一定的幅度。單片機(jī)（ AT89C51） 發(fā)出短暫的 40KHz信號，反射 后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此型號進(jìn)行技術(shù)判斷后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果 送到 LED 顯示電路顯示 ，本進(jìn)行 聲 光報(bào)警 [1]。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)確地測知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 設(shè)計(jì)的意義 和要求 隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是不爭的事實(shí)，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。Measure Distance Reversing 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 ..................................................................................................... II ABSTRACT .......................................................................................... III 1 緒論 .................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀 ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。最后由信號處理裝臵對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測距器的硬件組成、檢測原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。就目前形勢來看，汽車市場的快速發(fā)展將帶動倒車?yán)走_(dá)市場的繁榮。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。在非 調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數(shù)決定 ，頻帶較寬。 超聲波測距 超聲波測距原理 超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速 。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會發(fā)生反射；反射波稱為回聲。 經(jīng)以上分析，超聲波回 波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間，必須對收到的信號進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。此外，當(dāng)要求測距誤差小于 1mm 時(shí)，假定超聲波速度C=344m/s(20℃ 室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器 都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 (2) 標(biāo)桿校正的方法提高測距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如 果仍舊要求較高的測量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測距精度的校正。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對缺陷進(jìn)行定量評價(jià)會使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這時(shí)需要注意的。 目 前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在 一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常 方便的改變其固有諧振頻率。 其頻率特性如圖 27 所示。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗的前臵放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度。超聲波在 醫(yī)學(xué) 上的應(yīng)用主要是診斷 疾病 ，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。過去，許多 技術(shù) 因?yàn)闊o法探測到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。放大后的信號去觸發(fā)由 Q Q4組成的雙穩(wěn)態(tài)電路， Q5 及 LED 作為觸發(fā)隔離，并可發(fā)光顯示。 BG 不導(dǎo)通，若液位升到規(guī)定位臵，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。本設(shè)計(jì)采用第二種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號。 輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 R R9 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(shí)間。 CX20206A(國內(nèi)同類產(chǎn)品型號為 D20206A)是日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=， C=。 超聲波 接收電路 超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。通過反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動控制。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 34所示。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。如37 所示的電路為輸出電壓為 +5V、輸出的電流 的穩(wěn)壓電源。段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。溫度測量范圍從 55～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 檢測誤差不超過 ℃ ，而在整個(gè)溫度測量范圍內(nèi)具有 177。駕駛員可以根據(jù)自身要求對報(bào)警距離進(jìn)行設(shè)定 ，從而大大提高了駕駛的安全系數(shù)。 我們知道 C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法 ， 匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精 細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波 并同時(shí)啟動定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波咋介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計(jì)時(shí)