【正文】 45122934946133047143403148153249361163350通過超聲波的聲速與溫度的理論分析，設(shè)計溫度測量電路。反之溫度越低,空氣中分子密度越大,而空氣作為聲音傳播介質(zhì),那么聲音傳播速度會有所減小。事實上，我們身邊的空氣是不可能“標(biāo)準(zhǔn)”的，它的狀況與各種氣象要素的組合（也就是天氣的狀況）密不可分。一般來說，傳播的距離大或是速度慢，能量消耗就大，倘若聲波的能量全部消耗在傳播途中或是聲波改變方向，那么超聲波探頭就接受不到信號了。超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響?？梢杂行У胤乐垢蓴_。采用集成電壓比較器LM393來實現(xiàn)這一功能，LM393的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖：圖37 LM393的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖在本文中只用一組比較器，另一組比較器的三個管腳必須接地，V接9V電壓，GND接地。由二極管和電容組成的檢波網(wǎng)絡(luò)的主要功能是通過二階帶通濾波網(wǎng)絡(luò)，檢測到系統(tǒng)所需要的40KHZ頻率信號。由于超聲波回波信號具有頻率低、幅度小、易受干擾等特點，因此，本系統(tǒng)采用RC無源濾波方式，用于微弱回波信號的放大。濾波器的功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而把此頻率范圍以外的信號加以抑制或使其急劇衰減。如圖：圖36 運放構(gòu)成接收電路圖電路由集成運放AA2構(gòu)成二級放大電路，R、C為無源濾波網(wǎng)絡(luò)，二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。其過程如圖所示：(1)放大電路的設(shè)計放大電路的目的：把超聲波探頭接收到的微弱信號進(jìn)行放大。圖34 CD4069芯片組成超聲波驅(qū)動電路因為超聲波測距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，衰減較為嚴(yán)重，反射回來的信號相對也比較微弱。由于單片機(jī)AT89S52的P1口的輸出電壓只有5V，其驅(qū)動能力達(dá)不到要求，所以用一個CMOS芯片CD4069來驅(qū)動超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。其電路圖如圖34所示：測距系統(tǒng)所用的超聲波探頭UCMT40KI在頻率40KHz，幅值9V(可調(diào))的電壓驅(qū)動下，各種性能達(dá)到最佳，所以通過單片機(jī)AT89S52的P1．0管腳輸出脈沖信號給振蕩電路。要求6個非門都來自同一個芯片上，以保證信號的上升沿和下降沿的同步。V接地，V接9V電壓。驅(qū)動電路要求產(chǎn)生出具有一定功率，一定脈沖寬度和一定頻率的超聲波電脈沖去激勵超聲波發(fā)射器，由超聲波發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。為能夠接收遠(yuǎn)距離的回波，所以要增加驅(qū)動電路來增大功率。其振蕩頻率為f= 圖32 震蕩電路，此振蕩電路啟振，調(diào)節(jié)到R、R、C可得到40kHz左右的振蕩頻率。電容器C放電所需的時間為t= RCln2= RC當(dāng)放點結(jié)束時，T截止，V將通過R、R向電容器C充電，V由V3上升到2V3所需的時間為t=（R+ R）Cln2=（R+ R）C當(dāng)V上升到2V3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。此時電容C通過R和T放電，V下降。用555定時器組成的多諧振蕩器如圖所示。要求蕩電路振蕩頻率可調(diào)，同時具有一定的驅(qū)動能力可以驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出超聲波。超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。測距系統(tǒng)模塊由超聲波發(fā)射與回波接收電路組成，其主要作用是提高驅(qū)動超聲波傳感器的脈沖電壓輻值，有效地進(jìn)行電\聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離。反射回的正弦波信號經(jīng)過放大、濾波、整形后輸入單片機(jī)的INT0端，產(chǎn)生中斷。其內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過換能器發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計主要對AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計；顯示報警系統(tǒng)設(shè)計差要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計本章講述倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的各個模塊的設(shè)計和主要元器件的介紹?？紤]到汽車的形體、行駛的需求和程序控制的輸入輸出點數(shù)，按設(shè)計要求，本系統(tǒng)在汽車尾部安裝多個超聲波傳感器，根據(jù)一般要求裝4—6個較合適，本系統(tǒng)設(shè)計成4個測量通道，具體安裝在汽車兩側(cè)中后部各安裝一個傳感器，尾部安裝兩個傳感器，4個距離值由單片機(jī)進(jìn)行處理運算。由于汽車工作環(huán)境的惡劣和各種干擾，選擇合適的傳感器和在車體安裝適當(dāng)?shù)奈恢檬呛苤匾摹?．障礙物為銳角反射體，錐狀物體。4．傳感器表面附著異物。2．于草地行車或崎嶇不平路面。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。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。2．反射面的大小不同，也會影響反射波的強(qiáng)度。報警裝置采用的是有源蜂嗚器，根據(jù)距離遠(yuǎn)近進(jìn)行報警，以提示駕駛員。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外，AT89S52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。所以微控制器選用Atmel公司的AT89S52單片機(jī)的控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的方案選擇上，由于整個系統(tǒng)的設(shè)計涉及到數(shù)據(jù)處理，控制實時性等問題，選用基于微控制器的系統(tǒng)，電路的實現(xiàn)不僅簡單而且成本低、功耗低、能大大縮小整個系統(tǒng)的體積。理想的情況是讓超聲波垂直于入射面，可最大限度地接收反射回波以避免可能使超聲波電子倒車?yán)走_(dá)失靈（進(jìn)入超聲測距盲區(qū)）的情況出現(xiàn)。采用微處理器脈沖計數(shù)的方法，可以精確地測出T的值。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。對應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的超聲波傳感器而言，要求其精確度要達(dá)到1mm，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射。壓電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部內(nèi)側(cè)。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。如超聲波傳感器，一個復(fù)合式振動器被靈活地固定在底座上。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號。另一方面，當(dāng)振動壓電陶瓷時，則會產(chǎn)生一個電荷。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。（3）靈敏度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。 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。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。所謂超聲波，是指人耳聽不見的聲波。目前汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)測距技術(shù)主要有激光、毫米波雷達(dá)、攝像系統(tǒng)、紅外線、超聲波等一些測距技術(shù)，不同的目標(biāo)探測方式其工作過程和原理有不同之處，但它們的主要目的都是通過前方返回的探測信息判斷前方車輛和本車間的相對距離，并根據(jù)兩車間的危險性程度做出相應(yīng)的預(yù)防措施。除此之外，系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點對倒車也有很大的影響，如果系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點設(shè)置不當(dāng)，那么就容易出現(xiàn)盲區(qū)，對汽車周圍的障礙物探測不出，容易出現(xiàn)倒車事故。(2)控制系統(tǒng)模塊：本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，對各個接口電路進(jìn)行控制，發(fā)射脈沖，檢測到回波后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測出從超聲波發(fā)射到接收回波信號的時刻差，從而測出距離。整個系統(tǒng)根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為三個主要模塊：測距系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊和顯示報警系統(tǒng)模塊。本系統(tǒng)的主要功能是：當(dāng)車掛入倒檔后，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BiBi聲；，報警指示燈亮，同時在顯示屏上顯示最小車距以提醒駕駛者。對全文進(jìn)行總結(jié)，指出不足之處，對倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。通過MATLAB對該設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真，證明該系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。詳細(xì)討論了系統(tǒng)測距模塊、控制模塊、顯示報警模塊的硬件電路設(shè)計，具體討論測距模塊中的超聲波發(fā)射電路設(shè)計和超聲波接收電路設(shè)計。首先介紹課題的設(shè)計要求，詳細(xì)介紹系統(tǒng)測距模塊、控制模塊和顯示報警模塊的方案設(shè)計，然后提出本系統(tǒng)的方案設(shè)計并分析影響超聲波傳感器工作的多種因素。包括倒車?yán)走_(dá)的意義和發(fā)展過程。本文的主要研究內(nèi)容是汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的計算機(jī)仿真，以驗證系統(tǒng)的可靠性和有效性。從外觀上來看，這套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上來看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。 第六代：整合影音系統(tǒng)。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報也較多。這一代產(chǎn)品有一個質(zhì)的飛躍，特別是屏幕顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。如果是物體，；如果是人。 第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。價格便宜，基本屬于淘汰產(chǎn)品。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。 第一代：倒車時通過喇叭提醒。倒車?yán)走_(dá)一般采用超聲波測距原理，在控制器的控制下，由傳感器發(fā)射超聲波信號，當(dāng)遇到障礙物時，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出其他警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。安裝好探測器主機(jī)在適當(dāng)?shù)奈恢?，將顯示器夾在車內(nèi)后視鏡上，就開始正常工作。然后，用專