【正文】 本系統(tǒng)的方法主要 就 是采用了超聲波測距的原理，從而實現(xiàn)了提前預測車距的目的。 汽車要避撞就必須憑借一定的裝備測量前方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車，以在危 急的情況下，通過報警或自動進行某項預設定操作如緊急制動等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯誤判斷所造成的交通事故。測量誤差可以控制在 8cm左右。影響測量誤差的因素很多 ， 還包括現(xiàn)場環(huán)境干擾、時基脈沖頻率等。傳播媒質的溫 度、壓力、密度對聲速都將產 生直接的影響 ，因此需對聲速加以修正。 測距誤差主要來源于以下幾個方面 ： （ 1） 超聲波波束對探測目標的入射角的影響 ； （ 2） 超聲波回波聲強弱與待測距離的遠近有直接關系 ， 所以實際測量時 ，不一定是第 1個回波的過零點觸 而產生的影響； （ 3） 超聲波傳播速度對測距的影響。 前方測距電路的輸出端接單片機 RB4 端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機 INT1端口，同時單片機 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。 PIC16C54 是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊 LM567，內部的壓控振蕩器的中心頻率 f0=1/，電容 C4 決定其鎖定帶寬。右側和左側測距電路的輸入端分別接 和 端口，工作原理與前方測距電路相同。 串行數(shù)據(jù)格 式如圖 42所示 ： 圖 42 串行數(shù)據(jù)格 安徽理工大學畢業(yè)設計 24 40kHz 脈沖的產生與超聲波發(fā)射 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 PCI16C54 壓 電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz 的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面程序來產生。顯示單負責接受數(shù)據(jù) ， 在連續(xù) 2次接收到相同的數(shù)據(jù)碼 ， 將此數(shù)值顯示在數(shù)碼管。主機程序完成系統(tǒng)初始化、選擇通道號、控制發(fā)射、接收超聲波和 計數(shù)器啟停、數(shù)據(jù)處理、傳送等。本超聲測距系統(tǒng)采用曲線擬合的最小二乘法對測量數(shù)據(jù)進行擬合 ， 使其精度達到 8 cm。倒車時接通 后方通道 ， 行車速度低于 10 km/h接通前方通道 ， CD4052的 Y側選擇發(fā)送通道 ， X側選擇接收通道 ， 由 PIC16C54的 RB1和 RB2按順序發(fā)出通道選擇信號 ， 接到 CD4052的 A、 B端 ，使 發(fā)送通道與接收通道一一對應接通 。但也會形成所謂的 “ 盲區(qū) ” ， 本系統(tǒng)的盲區(qū)約為 20 cm。在調試過程中出現(xiàn)的發(fā)送部分與接收部分的直接串擾問題 ， 是由于換能器的余震和部分聲波未經障礙物就直接繞射到換能器上造成的。 補充說明： 若增加溫度檢測， 可以結合溫度換算出的速度算出障礙物的距離， 可以補償溫度對聲速的影響。 整形電路 圖 38 整形電路 安徽理工大學畢業(yè)設計 21 組成 ： 由 D2， D3， R15， C10， C11， T2， R16構成整形電路 ， 可使交流信號整形成方波信號 ， 具體分析 ： （ 1） C10： 起到隔直濾波作用 ， 可以濾除干擾的雜波分量 ； （ 2） C11： 作用是儲存電荷容量 ， 為 T2提供觸發(fā)電壓 ； （ 3） D2， D3： 當輸入正向電壓時 ， D2導通 ， D3截止 ， C11儲存電荷 ， 經過R15送電壓觸發(fā) T2， 提供導通電壓 ， R17給 T2送 +5V電壓 ； 當輸入反向電壓時 ，電容 C11給 D3， D2提供回路電壓 ， 經過 R15送電壓 觸發(fā) T2， 提供導通電壓 ， R16給 PIC16C54的 RB4腳提供觸發(fā)信號 。安徽理工大學畢業(yè)設計 20 帶通放大濾波電路 圖 37 帶通濾波電路 組成 ： 由 NE5532集成運放 ， C5， C6， R11構成帶通濾波 比較 放大電路 ， 具體分析 ： （ 1） R9， R10： 構成分壓電路 ， 且輸出為交流正弦信號 ； （ 2） C2， C3， R7， R8： 構成差分電路 ， 提取了 X信號中的直流成分 (作為基準信號 )； （ 3） C7： 具有隔直 流 作用 ； （ 4） NE5532： 正 ， 負極輸入為交 流和直流信號 ， 通過 NE5532進行比較放大 ； 帶通濾波原理 ： 此電路為二階 有源 帶通濾波電路 ， 且由一個高通濾波器和一個低通濾波器組成 ， 即 ： NE5532， C6， R11構成有源高通濾波電路 ， 截止頻率為 HW； NE5532， C5， R10構成有源低通濾波電路 ， 截止頻率為 LW。 X信號再經差分電路提取直流 (基準 )成份與交流信號通過NE5532兩級的比較放大 ， 其中 NE5532還具有帶通選頻作用選擇 40kHz的有效脈沖信號 ， 最后經過檢波電路使交流脈沖整形成方波信號提供 RB4的高電平觸發(fā) 。系統(tǒng)采用多級放大 ， 由高速精密放大器 NE5532構成 2級放大 ， 放大后的交流信號經二極管 D電容 C三極管 T1， 將交流信號整形輸出一個方波信號 ， 單片機以查詢方式檢測方波信號 ， 停止時間計數(shù)器 ， 讀取計數(shù)值。安徽理工大學畢業(yè)設計 19 超聲波接收 由接收換能器、多路選擇開關、放大及控制等電路組成。 超聲波發(fā)送電路 如 圖 35所示 ： Y0Y2YY3Y1I N HV E EV S SV D DX2X1XX0X3ABU1C D 4 0 5 2S P E A K E RR A 1R A 0O S C 1O S C 2V D DV D DR B 7R B 6R B 5R B 4R A 2R A 3T O C K 1M C L RV S SV S SR B 0R B 1R B 2R B 3U2P I C 1 6 C 5 4S P E A K E RTT R A N S 1 2 2 0 u FC1C2C A PC3C A PYC R Y S T A LS 8 0 S 0N P N5 .1 R 3R41 K R 25 .1 R 1超聲波換能器M O T O R A CV C CG N DO U T+ 5 v+ 8 v+ 5 v4 .0 M H zRRS I G N A LS I G N A L倒車開關C C車速傳感器 圖 35 超聲波發(fā)送電路圖 工作原理 ： 單片機 PIC16C54通過編程驅動石英晶振產生一個 40kHz的超聲波脈沖信號 ，經 U2的 RA2口傳遞 給多路選擇器 CD4052的 Y口 ， U1按 ： Y3， Y2， Y1， Y0順序選擇發(fā)送 ， 此脈沖信號經過驅動整形 ， 再由三極管 驅動升壓 及變壓器耦合作用 ，最后超聲波換能器發(fā)送穩(wěn)定性較好的 40kHz脈沖信號 。發(fā)送的超聲波脈沖經多路選擇開關 CD4052按序分別送到前左、前右、后左、后右 4路發(fā)送換能器上。因此按有效測距范圍可以估算出最短的脈沖間隔發(fā)送時間。本系統(tǒng)有4路測距通道 ， 采用分時工作 ， 按后左、后右 (倒車時 )和前左、前右 (前進時 )的順序循環(huán)測距。脈沖寬度約為 125～ 200μs， 即在一個調制脈沖包括5～ 8個方波 。超聲波發(fā)送脈沖 如圖 22所示 。 引腳功能 ： （ 1） VDD， VSS： 電源輸入引腳 ， 適用時在 VDD和 VSS之間要短接一個 的旁路電容 ； （ 2） VPP/VDD： 是一個 OTP編制程序引腳 ， 正常模式應于 VDD保持連接 ； （ 3） RST： 輸入復位引腳 ， 開關觸發(fā)器結構 ， 低電平有效 ， 但通常稱 “高 “； （ 4） XIN， XOUT： 外部石英振蕩器輸入輸出引腳 ， 通常以 RC模式 ； （ 5） ： 輸入 /中斷 (開關觸發(fā) )， 具有啟動功能 ， 且 為 嵌入式上拉 電阻觸發(fā) ； （ 6） ： 輸入引腳 ， 具有啟動功能 ， 且 為 嵌入式 上拉 電阻觸發(fā) ； （ 7） ～ ： I/O 雙通道輸入輸出引腳 ， 具有保持啟動功能 ， 且 為 嵌入式上拉電阻觸發(fā) ； （ 8） ～ ： I/O 雙通 道輸入輸出引腳 ， 且 為 嵌入式上拉電阻觸發(fā) ； （ 9） ～ ： I/O 雙通道輸入輸出引腳 ， TC1的輸出方式 PWM波特率和蜂鳴器功能 ， 且為嵌入式上拉電阻觸發(fā) ； 注 ： 本芯片最大特點就是 8bit的 TC模式和 buzzer驅動功能 。 注 ： 第 6腳為使能腳 ， 只有為 0時 ， 才會有通道被選中輸出 。 引腳功能 ： 輸入 \輸出口 ： Y， Y0， Y1， Y2， Y3和 X， X0， X1， X2， X3。 采用 RC 振蕩時 ， OSC2 端輸出 OSC1 的 4 分頻信號 。 引腳功能 ： （ 1） RA0～ RA3， RB0～ RB7： I/O 口 ， 雙向可編程 ， RTCC： 實時定時器 /計數(shù)器 ； （ 2） MCLR： 復位腳 ， 低電平有效 ； OSC1： 振蕩 (輸入 )； OSC2： 振蕩 (輸 出 )； VDD： 電源 ； VSS： 接地 。 測距系統(tǒng)原理圖如附 2 所示 ， 所有通道發(fā)射驅動和接收放大電路相同 ( 與 Y3 和 X3 連接部分 )， 附 2 中其他通道電路略去 。超聲波換能器接收、發(fā)送一體 ； 信號處理及控制輸入電路由點火開關、倒車開關、車速傳感器組成 ； 顯示單元內置于內后視鏡。該測距系統(tǒng)結構框圖如圖 21 所示。經分析可知 ： 頻率為 40kHz 左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳。但也會形成所謂的 “ 盲區(qū) ” ， 如圖 22所示 本系統(tǒng)的盲區(qū)約為 20 cm。 超聲波時序 圖 22 超聲波時序圖 由于 在調試過程中出現(xiàn)的發(fā)送部分與接收部分的直接串擾問題，是 因為 換能器的余震和部分聲波未經障礙物就直接繞射到換能器上造成的。 （ 3） 信號處理模塊：一方面，利用 PIC16C54單片機采集車速信號和倒車信號，送給 PIC16C54中央處理器 CPU處理，并做出反應，產生序列脈沖即數(shù)據(jù)發(fā)送到 SN8P1604S顯示單元的發(fā)光二極管顯示。 系統(tǒng) 模塊功能 （ 1）信號發(fā)送模塊：通過 PIC16C54發(fā)送振蕩頻率為 40kHz的脈沖信號，經多路選擇器 CD4052單元，后通過發(fā)送驅動電路發(fā)送頻率穩(wěn)定的 40kHz超聲波。 （ 2）顯示單元：選擇 SN8P1604S芯片，因為它 具有 4K字節(jié)的 OTP ROM(One Time Programmable ReadOnly Memory) 即：可以進行片內編程操作，而且可以增強加密功能；而且有多于 128byte RAM的數(shù)據(jù)記憶存儲空間； 8bit名為 TC1(碼信轉換器 子復用器，用于流量控制的工具，通過 tc，可 以控制網(wǎng)絡接口收發(fā)數(shù)據(jù)的速率 )的計時器；和蜂鳴器功能為了不同外設的適用等特點。 總體設計方案結構 圖 21 測距系統(tǒng)結構框圖 系統(tǒng) 模塊選擇 （ 1）單片機：選擇 PIC16C54 芯片，因為它具有許多優(yōu)越的性能。能檢測前進和倒車方向障礙物距離 ， 通過后視鏡內置的顯示單元顯示距離和方位 ， 發(fā)出一定的聲響 ， 起到提示和警戒的作用。其實超聲測距原理簡單 ： 它發(fā)射超聲波并接收反射回波 ， 通過單片機計數(shù)器獲得兩者時間差T， 利用公式 S=CT/2 計算距離 ， 其中 S 為汽車與障礙 物之間的距離 ， C 為聲波在介質中的傳播速度 (C= (1+θ /273) m/s， θ為攝氏溫度 )。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領域都有著十分廣泛的用途。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM），安徽理工大學畢業(yè)設計 12 由微控制器讀出，轉化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 （ 6） 在各種大型電器中的模塊化應用 ： 某些專用單片機設計用于