汽車倒車防撞警報器的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-27 14:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 列脈沖方波, 其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔, 被測物距越遠, 脈沖寬度越大, 輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的方法有多種, 如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高, 但檢測范圍有限可檢測到汽車倒車中, 其障礙物與汽車的距離；聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文硬件設(shè)計采用超聲波往返時間檢測法, 其測量原理圖如圖1所示。 超聲波測距原理圖其原理為: 在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ 脈沖串, 脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振子, 振蕩產(chǎn)生機械波, 并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面, 由被測面反射到超聲波接收器接收, 在超聲波接收器兩端, 信號是毫伏級的正弦波信號, 超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間, 即為往返時間。超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測距。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 ,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波, 超聲波在空氣中傳播至障礙物, 經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖, 測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間, 再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離, 即： L=ct/2 (1)式（1）中, L為超聲傳感器與被測障礙物之間的距離, c為超聲波在介質(zhì)(空氣)中的傳輸速率, t為超聲波從發(fā)射到接收的時間。超聲波在空氣中的傳播速度為: , 其中T為絕對溫度數(shù)值, ,。在測量精度不是很高的情況下, 一般可以認為c為常數(shù)340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素是使用超聲測距引起誤差的原因。(6)超聲波測距誤差分析根據(jù)超聲波測距公式L=ct/2，可知測距的誤差是由超聲波的溫度誤差、傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。溫度誤差由于超聲波也是一種聲波。其聲速C與溫度有關(guān)。表1列出了幾種不同溫度下的聲速這是超聲波的溫度效應(yīng)特性，超聲波的傳播速度“C”可以用公式(2)表示：C＝＋（m/s）,式中t=溫度（℃）。因此要精確測量與某個物體之間的距離時，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。時間誤差 當(dāng)要求測距誤差小于1mm時，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t() ≈ 。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時鐘基準(zhǔn)的89C51單片機定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內(nèi)。 對于超聲波測距精度要求達到1MM時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進去。例如當(dāng)溫度0℃時超聲波速度是332m/s, 30℃時是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測量100M距離所引起的測量誤差將達到5M，測量1M誤差將達到5MM。超聲波遇到障礙物后，一部分會反來，那么，通過計算發(fā)射出超聲波到接收到回波之間的時差，還有音速，就能算出障礙物的距離。 (7) 影響超聲波探測的因素 超聲波差距示意圖在圖2中，用一個超聲波傳感器來發(fā)射超聲波，同時它又可以接收到回波。一般使用的超聲波頻率為40KHZ。根據(jù)以上原理，所算出的障礙物距離都是指障礙物到傳感器的距離。傳感器可檢查到的角度：傳感器發(fā)射超聲波有一定的角度范圍，圖3，圖4為常用傳感器的探測角度: 水平探測角度 垂直探測角度以上菱形區(qū)域是發(fā)射超聲波的覆蓋區(qū)，而覆蓋區(qū)內(nèi)的障礙物能否被探測到，則與以下因素有關(guān)(見圖5示):（1） 從物理方面的反射原理可知:超聲波的反射規(guī)律為反射角等于入射角，因此，反射波是否能被傳感器捕捉，與反射面的角度有關(guān)。（2） 反射面的大小不同，也會影響反射波的強度。（3） 另外，障礙物會吸收掉一部分超聲波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，則與障礙物的材質(zhì)和表面處理相關(guān)。疏松、多孔的表面較易吸收音波而導(dǎo)致反射效率較低，不易被偵測。（4） 超聲波在空氣中傳輸時也會衰減，所以同一個反射面，同樣的角度，距離越遠，發(fā)射和反射的超聲波衰減越大，越不易被測到。（5） 以上幾點簡單的說，就是:角度、大小、表面材質(zhì)和距離。這些因素綜合起來，決定障礙物是否會被探測到。 超聲波探測障礙物根據(jù)以上原理可知，在下列環(huán)境下，易造成無法偵測及偵測不良之情況?。?）鐵絲網(wǎng)，繩索類細小物體。（2）草地行車或崎嶇不平路面。（3）棉質(zhì)或表面易吸收聲波之物質(zhì)。（4）傳感器表面附著異物。（5）同頻率(40 KHz)之超聲波雜音加金屬聲，高壓氣體排放聲，汽車喇叭正對傳感器鳴叫時。（6）障礙物為銳角反射體，錐狀物體。三、元件選擇清單型號名稱數(shù)量備注MA40EIS超聲波發(fā)射器1MA40EIR超聲波接收器1CX20106紅外線接收模塊1單列，八腳CD40106六施密特觸發(fā)器1CD4013雙D觸發(fā)器1NE555定時器2LED發(fā)光二極管1CA3410運算放大器1揚聲器12N4181二極管2電阻，240Ω，620Ω，300Ω，100Ω，47KΩ，22KΩ，10KΩ（3），180KΩ，200KΩ，30KΩ，電位器22KΩ，10KΩ電容（3），1000pF，（4），330pF，250pF，電解電容1μF（1）, 47μF, 100μF, 四、實驗安裝 在實驗初期，把電路元件安裝在數(shù)字實驗箱上進行模擬實驗，40kHz超聲波發(fā)射電路是實驗最主要的一部分，只有調(diào)制出這個40kHz超聲波才可以做后續(xù)實驗，超聲波的發(fā)射電路見圖5：圖5 40Hz超聲波發(fā)射電路在實驗的過程中，電阻R5的大小影響輸出波形
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