【正文】 NC： 懸空DS18B20具有以下特性：(1) 獨特的單線接口方式僅需一個端口引腳進行通訊；(2) 在使用中不需要任何外圍元件；(3) 測溫范圍：55℃～+125℃，℃(℃)；(4) 轉(zhuǎn)換溫度時間小于200ms（典型值）；(5) 測量結(jié)果以9 位數(shù)字量方式串行傳送。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗小、抗干擾能力強、使用簡單等優(yōu)點。為此，我們采用了DS18B20溫度傳感器芯片檢測環(huán)境溫度。所以，為了減小誤差，避免因環(huán)境溫度而帶來的偏差，必須對環(huán)境溫度進行檢測，并通過計算消除環(huán)境溫度所引起的偏差。 圖8 單電源互補對稱電路本系統(tǒng)采用CD4096的4個反向器夠成推挽放大電路。只要選擇時間常數(shù)RLC足夠大(比信號的最長周期還大得多)，就可以認為用電容C和一個電源Vcc可代替原來的+Vcc 和Vcc兩個電源的作用。2. 單電源乙類互補對稱電路雙電源互補推挽電路有時使用不便，因此本系統(tǒng)設(shè)計使用單電源供電的互補推挽電路。（4）BJT的散熱問題在功率放大電路中，有相當大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。（3）非線性失真要小功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。如果放大器的效率較低，不僅使直流電源的供給功率增加，而且使晶體管的管耗增大，使功率管發(fā)熱損壞。所謂效率就是負載得到的有用功率Po與電源供給晶體管功率PE的比值，用η表示。1. 功率放大電路功率放大電路的設(shè)計要點：（1）要求輸出功率盡可能大為獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運用狀態(tài)下工作。此方法測試距離太近；本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠近，設(shè)置發(fā)射脈沖個數(shù)。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測距一次，發(fā)送、接收一次。 發(fā)射電路發(fā)射波形的重復(fù)性：為獲得高分辨力，發(fā)射電路設(shè)計應(yīng)保證發(fā)射的超聲波波形良好的重復(fù)性；發(fā)射的超聲波應(yīng)盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應(yīng)近似為同一頻率的振動，以便接收時采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。一級放大倍數(shù)為25左右，二級放大倍數(shù)范圍大約為5～1175。超聲波回波經(jīng)超聲波接收傳感器，電容隔直濾波，一級放大；由于超聲波回波信號隨著被測距離的變化，其幅值變化也很大，必須經(jīng)過增益控制，以滿足整形電路的要求。由于單片機端口輸出功率很弱，為使測量距離滿足要求，驅(qū)動超聲傳感器發(fā)射超聲波距離足夠遠，故在此電路上加功率放大電路。驅(qū)動電路和回波探測電路的性能對整個測試系統(tǒng)有重要的作用。只有這樣才能保證發(fā)射時的聲功率和波形的重復(fù)性以及接收時的靈敏性。外接12M晶振和兩個20P電容組成系統(tǒng)的時鐘電路。在復(fù)位電路中，按一下復(fù)位開關(guān)就使在RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，經(jīng)過74LS14的一次反相整形，提供給單片機復(fù)位端。AT89S51的系統(tǒng)原理圖如圖7所示：圖7 AT89S51 的系統(tǒng)原理圖在本系統(tǒng)中，除單片機本身需要復(fù)位外，外部擴展的I/O接口電路等也需要復(fù)位，因此需要一個系統(tǒng)的同步復(fù)位信號；即單片機復(fù)位后，CPU開始工作時，外部的電路一定要同時復(fù)位好，以保證CPU有效地對外部電路進行初始化編程。 系統(tǒng)硬件設(shè)計 微控制器部分電路AT89S51具有4K字節(jié)Flash 閃速存儲器，GFFFFF128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，看門狗（WDT）,兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。而氣介式超聲回波測距儀，一般頻率都較低，易引入工業(yè)噪聲。這個閉值決定信噪比。(3) 信噪比問題超聲波測距儀都有確定的量程。(2) 采用自動距離增益控制采用具有自動增益控制功能的接收放大器，使近距離的增益很小，遠距離時的增益較大，這樣一方面發(fā)射信號的余震幅度變小，相應(yīng)的延續(xù)時間縮短，可以分辨出近處的接受回波信號，故可使盲區(qū)減少。通過對溫度修正來校正聲速的方法，即用測溫元件測量實際環(huán)境，根據(jù)聲速與溫度的關(guān)系計算出測量時實際環(huán)境中的聲速。一般情況下，由于大氣壓力變化很小，因此傳播速度主要受到溫度的影響。利用查詢或者中斷的方法便可以檢測出這些脈沖，便于測量出發(fā)射到接收到脈沖的時間。這種方法實現(xiàn)起來較包絡(luò)檢測方便，電路實現(xiàn)簡單，精度也較高。目前使用的方法有信號過零檢測，包絡(luò)檢測和脈沖檢測等方法。因此，實現(xiàn)超聲波測距必須避開直接測量時間的方法，才能獲得實用的測長精度。已知聲速v=344m/s(20℃時)。往返時間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。聲波幅值檢測法易受反射波的影響。 超聲測距原理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。本設(shè)計電路采用第一種方法，可驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，并關(guān)外部中斷，這時計數(shù)器T0、T1開始開始計時。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。 超聲傳感器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示：圖5 超聲波測距結(jié)構(gòu)框圖 超聲波測距 超聲波傳感器 為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。根據(jù)題目要求來看，汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的功能主要有兩個：判斷障礙物的位置及障礙物到汽車的距離；當有障礙物出現(xiàn)或者障礙物與汽車間的距離達到臨界距離時報警并給汽車的控制系統(tǒng)發(fā)送信號。3 過程論證 系統(tǒng)組成與工作原理汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)指的是防止汽車發(fā)生碰撞的一種智能裝置。綜上所述，考慮到超聲波測距具有如下優(yōu)點：1. 超聲波的傳播速度僅為光波的百萬分之一，并且指向性強，能量消耗緩慢，因此可以直接測量較近目標的距離；2. 超聲波對色彩、光照度不敏感，可適用于識別透明、半透明及漫反射差的物體(如玻璃、拋光體)；3. 超聲波對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強、有毒等惡劣環(huán)境中；4. 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、費用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進行實時控制。應(yīng)用毫米波雷達測距，需要防止電磁波干擾，雷達彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波都可能形成干擾因素，影響系統(tǒng)的性能。毫米波雷達的優(yōu)點是不但可探測目標的距離，還可測出相對速度和方位。但是利用超聲波測距也存在一些缺點：超聲波的方向性相對于激光光束來講要差的多，發(fā)散角大。圖3 激光測距原理框圖三種方案的比較和選擇超聲波的特點是對雨、霧、雪的穿透力強、衰減小，因此汽車聲納雷達可以在雨雪、大霧等惡劣天氣下工作。測時方法是在確定時間起止點之間用時鐘脈沖填充計數(shù)，這種方法可以得到10．10s以上的測時精度。連續(xù)波相位測距是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間。圖2 毫米微波雷達測距避撞原理框圖車輛行進中，發(fā)射機產(chǎn)生的雷達窄波束向前發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號，當發(fā)射信號遇到目標時被反射回來，并為同一天線接收，經(jīng)混頻放大處理后，可用其差拍信號時間差來表示雷達與目標的距離，把對應(yīng)的脈沖信號送到微處理器處理計算，得到距離數(shù)值，再根據(jù)差頻信號相差與相對速度關(guān)系，計算出目標對雷達的相對速度；微處理器將上述兩個物理量代入危險時間函數(shù)數(shù)字模型后，即可算出危險時問；當危險程度達到各種不同級別時，分別輸出報警信號或通過車輛控制電路去控制車速或剎車嗍。方案二毫米微波雷達測距技術(shù)：應(yīng)用在汽車測距避撞上的雷達波，通常是頻率在30GHz以上的毫米電磁波。超聲波測距優(yōu)點是原理簡單，成本低、制作方便，但其缺點是在高速行駛的汽車上應(yīng)用具有一定的局限性．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有一定差別，影響到測距精度。 圖1 超聲波測距防撞報警原理框圖超聲波測距裝置一般由發(fā)射器、接收器和信號處理電路三部分組成。開發(fā)相應(yīng)的控制電路板來控制傳感器運作，從而實現(xiàn)汽車防撞報警。本文通過查閱大量資料研究汽車防撞系統(tǒng)。根據(jù)交管部門調(diào)查統(tǒng)計，在諸多因素中，由于天氣惡劣、駕駛員疲勞、存在后視盲區(qū)等人為因素成為汽車碰撞的主要原因。根據(jù)理論計算以及電路實驗結(jié)論，在超聲波發(fā)射部分的信號調(diào)理電路中選取單電源乙類互補對稱電路；在超聲波接收部分采用二級放大，選用LM358 集成運放可實現(xiàn)對接收回波信號的放大調(diào)理，并在第二級放大電路中增加x9313w數(shù)字電位控制計可實現(xiàn)