【正文】 24 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計和仿真 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。如果負(fù)載電阻很小，則輸出電壓很低，不能維持 VT3 導(dǎo)通，從而使穩(wěn)壓電路關(guān)閉。 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:接 P 1 .4報警電路T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1U25 55 SPR67 5KR82KR77 5KC70 .1 uC60 .1 uD1Q1V C C 20 圖 顯示電路圖 用 MC14499 設(shè)計的 LED 顯示器動態(tài)顯示接口電路，用 AT89C2051 單片機作為控制核心的超聲波測距儀，其數(shù)據(jù)輸出既可以通過單片機的通用 I/O 口輸出，也可以通過單片機的串口用串行方 式輸出。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的 值將加 1攝氏度，計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)至計數(shù)器 2計數(shù)到 0，停止溫度寄存器累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。采用可調(diào)電位計是較為方便的方法。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，以適應(yīng)小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應(yīng)信號變化范圍大的需要。 其振蕩頻率計算式為 f=(( 2R +2 1R ) 1C )。適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。 擴音器由 555定時器組成電路驅(qū)動，指示燈由單片機直接驅(qū)動。發(fā)射部分的點脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓只達毫伏級，甚至微伏。 (2)工作頻率越高，對相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長短，尺寸分辨率高， “細(xì)節(jié) ”容易辯識清楚，因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。 五、 聲音＋數(shù)碼距離顯示＋指示燈 數(shù)碼管顯示距離，聲音、指示燈提示，比較實用，直觀，方便。但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因為超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準(zhǔn)確等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。成像式激光雷達又可分為掃描成像激光雷達和非掃描 成像激光雷達。 擋位桿掛入倒擋時，倒車?yán)走_自動開始工作，測距范圍達 ，故在停車時，對司機很實用。更可在大巴、卡車等車身長的車上使用，使安裝更容易。 第一代倒車?yán)忍嵝? “倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。 (3)重點對超聲波汽車倒車 雷達 硬件部分進行了分析與設(shè)計。 本次設(shè)計選用的芯片為 AT89C2051， AT89C2051 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器， 俗稱單片機。本方案采用語音提示的方式，本文介紹了以AT89C51 單片機為核心的一種低成本、高精度、微型化，并有數(shù)字顯示和聲光報警功能的倒車?yán)走_系統(tǒng)。 本文設(shè)計了一種超聲波汽車倒車 雷達 ，用超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波測距，DS1820芯片測溫， AT89C2051單片機做處理器，處理數(shù)據(jù)并計算聲速及距離，用 LED數(shù)碼管顯示距離，報警器及示意指示燈報警。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。 第六代無線倒車?yán)走_ 全 新無線液晶 倒車?yán)走_ ，融無線連接、 倒車?yán)走_、彩色液晶顯示、 BP 警示音、于一體。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)。非成像式激光雷達根據(jù)激光束傳播時間確定距離。由于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強的隱蔽性，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。 0℃時，空氣中聲速的實驗值為 / s，而空氣中聲速的近似表達式為： 3 3 1 .4 1 / 2 7 3c ??? (m/s)，根據(jù)計時器記錄的時間 t，可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 s，即 : /2s ct? 。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。超聲波傳感器具有反應(yīng)靈敏、探測速度快 (一個測量周期僅需幾十毫秒 )的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低。發(fā)射電壓從理論上是越高越好，因為對同一個發(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，對于接收電路的設(shè)計就相對簡單一些。 障礙距離指示燈與報警器響應(yīng)方式： A段： 150—100cm指示燈慢閃亮、擴音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。s，則只需 2181。當(dāng) CU 充電到 ≥2/3 CCV后，振蕩器輸出 OV 翻轉(zhuǎn)成 0，此時放電管導(dǎo)通，使放電端 (DIS)接地，電容 C通過 2R 對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。接收電路如圖 所示。這因為比較器非常靈敏，信號的微小變化就導(dǎo)致輸出值 OHV 和 OLV 的相互轉(zhuǎn)變。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送給計數(shù)器 1。通過對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碼的十進制譯碼驅(qū)動顯示器件 MC14499來 完成與單片機系統(tǒng)的顯示接口較為簡單可靠。在負(fù)載電流由空載變?yōu)?500mA 時，輸入電壓從 16～ 24V 范圍內(nèi)，穩(wěn)壓誤差在 1％以內(nèi)。 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)。 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。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲 為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差，要讀出此刻計數(shù)器的計數(shù)值，然后存儲在 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，需要對計數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 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。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大的微控制器，它對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高度靈活有效的 解決方案。該動態(tài)顯示接口的原理圖如圖 所示。由于所用設(shè)備通過漏極開路端（ 2腳）連在總線上，控制線需要一個上拉電阻。 圖 電位比較器電路圖 17 圖 超聲波接收電路圖 溫度測量電路設(shè)計 溫度對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 。 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。 555 定時器的 4腳是復(fù)位端，利用它來控制超聲波脈沖的發(fā)射。單片機內(nèi)部有一個用于構(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 外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路。 XTAL1和 XTAL2接12MHZ晶振構(gòu)成的時鐘電路。 超聲波回波接收方案 在超聲波發(fā)射完畢后，再延遲一小段時間才能進行接收，目的是為了避免單片機對發(fā)射頭直接傳送到接收頭的信號進行響應(yīng)而不能正常工作。這樣傳感器方向性尖銳，且 避開了噪聲，提高了信噪比；雖然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)射和接收帶來困難。 倒車時倒檔啟動 探測器系統(tǒng)，單片機 AT89C2051作為主控器，控制 DS1820芯片并處理所測得的溫度數(shù)據(jù)。因此本設(shè)計采用超聲波測距方式。為獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成像，通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。由于非掃描成像激光雷達測點數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。 這種原理用在一種非接觸檢測技術(shù)上 ，用于測距來說其計算簡單 ,方便迅速 ,易于做到實時控制，距離準(zhǔn)確度達到工業(yè)實用的要求。當(dāng)進入 MP3播放時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)車進入倒車狀態(tài)時， MP3播放自動停止，色條指示開啟，數(shù)字屏顯示障礙物距離，屏幕進入倒車指示狀態(tài)。 第二代轟鳴器提示 這是倒車?yán)走_系統(tǒng)的真正開始。 (5)最后對超聲波汽車倒車 雷達設(shè)計 過程中所做工作進行了總結(jié)。該器件采 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 泊車輔助系統(tǒng)又稱倒車?yán)走_，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車輛時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。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。倒車?yán)走_全稱叫“ 倒車防撞雷達” 也叫“泊車輔助裝置”是汽車泊車安全輔助裝置。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。倒車?yán)走_企業(yè)只有企業(yè)憑借著成本等優(yōu)勢走出國門，將業(yè)務(wù)拓展到了海外市場，才有望打開局面。目前汽車倒車探測器使用的距離測量方式多種多樣，主要有激光測距、紅外線測距、 CCD 攝象機和超聲波測距這幾種，它們各有優(yōu)缺點，下面對它們各自的特點進行詳細(xì)分析和比較。同時，任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。 三、 液晶熒屏顯示 動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。 考慮到所設(shè)計產(chǎn)品是主要服務(wù)于普通用戶，而且要求結(jié)構(gòu)簡單、制作方 便、成本低廉實用性強。本文采用非調(diào)諧式。 顯示及報警方案 倒車探測器在其偵測區(qū)內(nèi)檢測到障礙物時， LED指示燈及擴音器會根據(jù)車與障礙物的距離發(fā)出警告聲。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。 40KHz 的超聲波是利用 555時基電路振蕩驅(qū)動超聲波探頭產(chǎn)生的。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。 當(dāng) LM324 檢測到超聲波回波信號時，它輸出低電平信號，此時 LM324 的輸入電壓就小于閥值電壓，所以 LM324 就輸出高電平信號，通向 PC 的數(shù)據(jù)采集端。在本系統(tǒng)中采用默認(rèn)的 12位精度。顯示位數(shù)按照該裝置可測量的長度 (與采用的超聲波傳感器有關(guān) )以及測量的精度來確定，要能顯示出0— 9這些數(shù)字以及小數(shù)點等，并要求顯示穩(wěn)定，無閃爍。 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，輸出電壓為 24V。因為一個機器周期有 12個振蕩 23 器周期，所以計數(shù)率是振蕩