【正文】 在這部分中，信號處理包括計(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，要完成對發(fā)射脈沖信號、脈沖接收信號、時序及輸出信號的控制。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，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超進(jìn)行檢測 .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。 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）。因此超聲波檢測 廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。 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。因?yàn)橐粋€機(jī)器周期有 12個振蕩 23 器周期，所以計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的 1/12?？臻e時， CPU停止，而讓 RAM、定時 /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 圖 24V穩(wěn)壓電路圖 器件 選型 AT89C2051 單片機(jī) AT89C2051是一個 2K字節(jié)可編程 EPROM的高性能微控制器。 當(dāng)負(fù)載電流增大時， 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。 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。由于 MC14499 具有輸入自動鎖存功能，而串行輸入一幀數(shù)據(jù)又需要一定的時間，所以 LED 顯示的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。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 4個 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。 串行輸入顯示接口芯片 MC14499是一個 BCD一鎖存 /7段譯碼 /驅(qū)動器，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，直至下一幀數(shù)據(jù)輸入為止。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(diǎn)等，并要求顯示穩(wěn)定，無閃爍。單片機(jī)的 P1. 4控制 555 電路根據(jù)測量結(jié)果，產(chǎn)生不同頻率的信號使報(bào)警電路發(fā)出不同長短報(bào)警聲。 DS1820利用單線控制信號在總線上與單片機(jī)進(jìn)行通信。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產(chǎn)生信號作為計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。在本系統(tǒng)中采用默認(rèn)的 12位精度。 DS1820是 DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，電路連接非常簡單，但是必須保證時序與單片機(jī)嚴(yán)格同步。合理調(diào)節(jié)電位器27R ，選擇比較基準(zhǔn)電壓，可使測量更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。利用比較器的正反饋產(chǎn)生滯環(huán)特性來降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。 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。距離較近時，兩級 放大的增益已能夠輸出足夠強(qiáng)度的信號了，第三級有可能出現(xiàn)信號飽和，但距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 : 2 9 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:T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND15 55R21KC13 30 0 P FR15KC S B 40 TV C C接 P 1 .3超聲波發(fā)送電路圖C2 16 離較遠(yuǎn)時，必須采用三級放大。為減少負(fù)電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了 LM324通用運(yùn)算放大器，前三級為放大器設(shè)計(jì)，后一級 為比較器設(shè)計(jì)。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號越弱，通常在 1mV～ 1V之間。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。為保證 555時基具有足夠的驅(qū)動能力，宜采用 +12V電源即 CCV =12V。 采用 555定時器構(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)簡單，占用面積小。當(dāng) CU 下降到 ≤1/3 CCV 后，振蕩器輸出 OV 又翻轉(zhuǎn)成 1，此時放電管 又截止，使放電端 (DIS)不接地，電源 CCV 通過 1R 和 2R 又對電容 1C 充電，又使 CU 從 圖 555構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖 1/3 CCV 上升到 2/3 CCV ，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端 OV 得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。 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。電路接法如圖 ，在 XTAL1和 XTAL2兩端跨接晶體諧振器（振蕩頻率為 12MHZ），與內(nèi)部反相器構(gòu)成自激震蕩器。 時鐘電路主要任務(wù)是提供一個工作頻率。s以上時間的高電平，在 RST引腳出現(xiàn)高電平后的 RESET INT0 XTAL1 XTAL2 超聲波接收電路 超聲波發(fā)送電路 測溫電路 聲音報(bào)警電路 復(fù)位電路 晶振 電路 顯示電路 LED 報(bào)警電路 13 第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。無論是在單片機(jī)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。超聲波信號碰到障礙物時信號立刻返回，經(jīng)傳感器，濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機(jī)的 INT0口一個低電平。 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 。 B段： 100—50cm指示燈快閃亮、擴(kuò)音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。 顯示及報(bào)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(kuò)音器會根據(jù)車與障礙物的距離發(fā)出警告聲。 溫度測量及補(bǔ)償方案 溫度對超聲波波速影響非常大，極大的影響測距精度，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。本文采用由 555定時器構(gòu)成的多諧震蕩器驅(qū)動超聲波傳感器，驅(qū)動頻率為 40KHz。但是，每一個實(shí)際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)工作電壓超過了這個極限值以后，會對傳感器的內(nèi)部造成不可回復(fù)的損害。本文采用非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈 (有時裝在探頭內(nèi) )，調(diào)諧頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定。 綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大 因而選擇測距儀工作頻率在 40KHz，發(fā)射角與接收角均為 60 度的錐角。 傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴(kuò)散和吸收損 10 失，障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。 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)簡單、制作方 便、成本低廉實(shí)用性強(qiáng)。如果 INT0接收的信號由高電平變 9 AT89C2051單片機(jī)系統(tǒng) 超聲波換能器驅(qū)動電路 超聲波換能 器 CSB40T 超聲波換能 器 CSB40R 隔直濾波 三級放大 電壓比較器 ， 閥值電壓可調(diào) 擴(kuò) 音 器 報(bào)警電路 溫 度 測 量 D S 1 8 2 0 數(shù)碼管 距 離 顯 示 發(fā)光二極管 為低電平，此時表明信號已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷，關(guān)閉定時器。 方案確定 本次設(shè)計(jì)方案采用超聲測距方式， DS1820芯片測溫， 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。但需要專業(yè)集成芯片，技術(shù)上較為復(fù)雜。 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。 一、 轟鳴器提示 車體與障礙物距離的改變使電路中電壓或電流變化不同給蜂鳴器不同信號，轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。 通過對以上幾種測距方式的分析比較，可以看出超聲波測距方式在短距和低速測量方面比上述其它幾種技術(shù)更具優(yōu)越性。這就是所謂的時間差測距法。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。只使用一個 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。但是 ,它比較容易受到光源和熱源影響。同時，任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線。但由于激光雷達(dá)測距儀器工作環(huán)境是處于高速運(yùn)動的車體中，振動大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價(jià)、對人眼安全等因素。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過強(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，照射待測區(qū)域。它的工作原理是 :從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號處理裝置內(nèi)的光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)算激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間差，即可求得目標(biāo)距離。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(jī)和超聲波測距這幾種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析和比較。 過細(xì)的障礙物 由于雷達(dá)探頭發(fā)射的聲波信號較窄，因此在探測較細(xì)的障礙物是存在著較大的盲 5 區(qū)，一些道路上用來阻隔車輛的隔離樁，電線桿上的斜拉鋼纜都是危險(xiǎn)物品。為了更好地研究超聲波和利用起來，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。它最大的好處是能探索到那些低于 保險(xiǎn)杠 而司機(jī)從后窗難以看見的障礙物，并報(bào)警，如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等。倒車?yán)走_(dá)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，國內(nèi)市場 70%以上的汽車電子市場份額被國外企業(yè)占領(lǐng)，而算上合資企業(yè)，國內(nèi)企業(yè)在汽車電子領(lǐng)域的市場份額也不過 30%。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)功能同時融合了車載 MP3的功能。由于普通倒車?yán)走_(dá)安裝時，從車后雷達(dá)主機(jī)到車前儀表臺上顯示器要布一條線，這樣要拆裝車內(nèi)的裝飾板、膠條等，非常不方便。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。 第三代數(shù)碼波段顯示 比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。從某種意義上說，它對司機(jī)并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的 距離并做出提示。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。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時的事故率 。 (