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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(論文)-文庫吧資料

2025-07-03 19:46本頁面
  

【正文】 超聲波傳感器外,發(fā)射電路和前級信 號接收電路至關(guān)重要,它決定著整個系統(tǒng)的靈敏度和精度。在本直流穩(wěn)壓電源中,我們將220V的交流電壓變換為5V。lt。lt。lt。 2011年11月28日更正:7805引腳正確的順序:1腳接輸入,2腳接地,3腳接輸出。對于lm78**正壓系列,輸入是最高電位,自然是①腳,地端為最低電位,即③腳。引腳①為最高電位,③腳為最低電位,②腳居中。圖中的引腳號標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。在lm78 ** 、lm79 ** 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO220 和TO202 兩種封裝。,通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來,但應(yīng)用時需注意:并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品,以保證參數(shù)的一致。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器(當(dāng)然小功率的條件下不用)。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路,使用起來可靠、方便,而且價格便宜。顧名思義,三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路,只有三條引腳輸出,分別是輸入端、接地端和輸出端。輸出端接入電容器CC6,也是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。為了解決這個問題, 在電容C旁并聯(lián)一只瓷介質(zhì)小容量電容CC7用來抵消電感效應(yīng),抑制高頻干擾。避免這種不利的可能的發(fā)生,在濾波電路的后面再接一個穩(wěn)壓電路(如圖39),使輸出的直流電壓穩(wěn)定,不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化,再用一個LED作為電源指示燈。3) 穩(wěn)壓電路為了使輸出的直流電壓穩(wěn)定,不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻,電容充電時間常數(shù)近似為零,因此Uo=Uc≈U2,在U2達(dá)到最大值時,Uc也達(dá)到最大值,然后U2下降,此時,Uc U2,VV3截止,電容C向負(fù)載電阻RL放電,由于放電時間常數(shù)τ=RLC一般較大,電容電壓Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降,當(dāng)下降到| U2|Uc時,VV4導(dǎo)通,電容C再次被充電,輸出電壓增大,以后重復(fù)上述充放電 過程。3)濾波電路:雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分,但脈動較大,為了獲得平滑的直流電壓,在整流電路的后面需加一個濾波電路,濾波電路可以將整流電路輸出的電壓的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電壓。這樣在U2的整個周期內(nèi),都有單向脈沖的電壓輸出。其整流電路圖如圖37中(a)(b)所示:圖37 整流電路及電壓、電流波形設(shè)變壓器二次電壓U2= U2sinωt,當(dāng)U2的正半周時,a端電位高于b端電位,VV3承受正向電壓而導(dǎo)通,VV4因反偏而截止,電流路徑為a→V1→RL→V3→b,自上而下流過RL,在RL上得到上正下負(fù)的電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖36所示:圖36 直流穩(wěn)壓電源的工作流程直流穩(wěn)壓電源的工作原理:1) 電源變壓器降壓變壓器將電網(wǎng)220V交流電,變換成符合需要的交流電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓決定。 30 ppm, or specify負(fù)載電容:Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify 單片機(jī)的電源電路(1)直流穩(wěn)壓電源的工作原理查閱資料可知IntelMCS51系列單片機(jī)的工作電壓范圍是:+~+,一般用+5V的電源,所以本設(shè)計設(shè)計+5V的電壓源為系統(tǒng)單片機(jī)工作。 3 ppm / year Max.驅(qū)動級:1 ~ 500 μW (100 μW typical)頻率公差(25℃)177。無源晶振就是石英晶體諧振器的別稱, 晶體(crystal),有2個引腳,體積小,需借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號;有源晶振叫做振蕩器(oscillator),有4只引腳,體積較大,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。起振電容一般用15~33pF,本設(shè)計使用30pF,并且電容離晶振越近越好,晶振離單片機(jī)越近越好。時鐘電路中,晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度,頻率越大處理速度越快。當(dāng)按下按鍵時,RST端出現(xiàn)100012005≈,使單片機(jī)復(fù)位。上電瞬間,RST端的電壓與Vcc相同,隨著電容的逐步充電,RST端的電位逐漸下降。圖34為上電和按鍵復(fù)位電路。單片機(jī)一般要求在上電時,或者按復(fù)位鍵時復(fù)位。 圖34 復(fù)位電路當(dāng)在時鐘電路工作以后,只要在RESET端加上大于10ms的高電平,單片機(jī)便能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位電路是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,其主要目的就是在上電的瞬間提供一個與正常工作狀態(tài)下相反的電平。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。在給出地址“1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當(dāng)P2口被寫“1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FIASH編程時,P0 口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須接上拉電阻。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。它們都有字節(jié)地址,每一個端口鎖存器還有位地址,所以每一條I/O線獨(dú)立地用做輸入或輸出時,數(shù)據(jù)可以鎖存;作輸入時,數(shù)據(jù)可以緩沖。此管腳的第二功能Vpp是對89c51片內(nèi)EPROM固化編程時,作為施加較高編程電壓的輸入端。5)外部程序存儲器地址通話輸入端/固化編程電壓輸入端/VPP:當(dāng)EA端接高電平時,CPU只訪問片內(nèi)EPROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令,但在PC的值超過0FFFH時,將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)CPU訪問外部程序存儲器時,要產(chǎn)生兩次PSEN負(fù)脈沖信號,當(dāng)CPU訪問內(nèi)部程序存儲器時,PSEN不跳變。4)程序存儲允許輸出信號端:在訪問片外存儲器時,此端定時輸出脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。因此ALE信號可以對外輸出時鐘或定時信號。3)地址鎖存允許/編程信號端ALE/PROG:當(dāng)89C51上電正常工作后,ALE管腳不斷向外輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的六分之一。此外,RST引腳的第二功能是VPD,即備用電源的輸入端。RST:復(fù)位信號輸入端,高電平有效。XTAL2:是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端,也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。2)時鐘及復(fù)位信號XTAL1:是片內(nèi)振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入端。各引腳功能如下:1)電源及接地GND:電源接地端。其結(jié)構(gòu)圖如32所示:圖32 AT89C51結(jié)構(gòu)圖(2)主要特性1) 與MCS51 兼容 2)4K字節(jié)可編程FLASH存儲器3)壽命:1000寫/擦循環(huán) 4)數(shù)據(jù)保留時間:10年5)全靜態(tài)工作:0Hz24MHz 6)三級程序存儲器鎖定7)1288位內(nèi)部RAM 8)32個編程I/O線9)兩個16位定時器/計數(shù)器 10)5個中斷源11)可編程串行通道 12)低功耗的閑置和掉電模式13)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路(3)引腳及功能 圖33 AT89C51引腳排列AT89C51單片機(jī)為40腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。若測得距離小于事先設(shè)定的數(shù)值,則發(fā)出聲音預(yù)警。本設(shè)計采用第二種方法產(chǎn)生40KHZ的超聲波發(fā)射信號。第二種方法是利用超聲波專業(yè)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。圖25是電路中選用的發(fā)射傳感器的指向特性及結(jié)構(gòu)。超聲傳感器的指向圖由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成,其物理意義是0度時電壓最大,角度逐漸增大時,聲壓減小。(2)指向特性實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片,可以把表面上每個點(diǎn)看成一個振蕩器,輻射出一個半球而波(子波),這些子波沒有指向性。如果R較小,頻率特性變得光滑而且有較寬的帶寬,同時靈敏度也隨之降低,并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此,超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。另外,超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。其頻率特性(b)所示, 可見40KHz處其靈敏度最高。 超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性,這里以TR系列的超聲波傳感器的特性為例加以說明(1)頻率特性 a) b)圖24超聲波傳感器的頻率特性圖(a) 超聲波傳感器的聲壓能級 (b) 超聲波傳感器的靈敏度圖24是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級和靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時,改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸,就可非常方便的改變其固有諧振頻率。發(fā)射超聲波時,加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的,但不影響發(fā)射與接收超聲波。同理當(dāng)它的兩極外加脈沖信號,其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時,壓電晶片將會發(fā)生共振,并帶動共振板振動,便產(chǎn)生超聲波;反之,如果兩電極間未外加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時,將壓迫壓電晶片作振動,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號,這時它就成為超聲波傳感器。其中,壓電晶片是傳感器的核心等組成。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同,超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的,并且名稱也有不同,目前常用的超聲傳感器有電聲型與流體動力型兩大類。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)對兩路超聲波信號進(jìn)行循環(huán)采集,已達(dá)到上述效果。圖22 汽車倒車?yán)走_(dá)示意圖(后4個探頭)本設(shè)計介紹的超聲測距系統(tǒng)共有2只超聲波換能器( 俗稱探頭) , 假設(shè)分別布置在汽車的后左、后右2個位置上。其中探頭能夠以最大水平120度垂直70度范圍輻射,上下左右搜尋目標(biāo)。汽車防撞雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)防撞報警功能。 超聲波測距在汽車上的運(yùn)用以超聲波測距方式的汽車倒車倒車?yán)走_(dá)是現(xiàn)在市場上倒車?yán)走_(dá)的主流產(chǎn)品,甚至還配合以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動態(tài)顯示周圍障礙物的情況。其具體的算法如下:假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為,根據(jù)計時器記錄的時間,發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離,如圖21所示圖21超聲波測距原理圖21中兩探頭中心距離的一半用M表示,超聲波單程所走過的距離用表示,由圖可得: (21) (22)將式(22)帶入式(21)得: (23)在整個傳播過程中,超聲波所走過的距離為: (24)式中:為超聲波的傳播速度,為傳播時間,即為超聲波從發(fā)射到接收的時間。然而其超聲波測距的時間主要有以下三種方法:   ①相位檢測法,相位檢測法雖然精度高,但檢測范圍有限; ②聲波幅值檢測法,聲波幅值檢測法易受反射波的影響;  ?、鄱稍綍r間檢測法,渡越時間檢測法的工作方式簡單,直觀,在硬件控制和軟件設(shè)計上都非常容易實(shí)現(xiàn),超聲波測距一般所的采用方法。如果測距精度要求很高,則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕U?。由于超聲波也是一種聲波,其聲速C與溫度有關(guān),表21列出了幾種不同溫度下的聲速。如今,由于超聲波在物理化學(xué)方面的獨(dú)特特性,已廣泛應(yīng)用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等,在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年,奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu),以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測。人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會利用超聲波,這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標(biāo)及其狀態(tài),如潛艇的位置等。第二章 超聲波的發(fā)展及測距原理一般認(rèn)為,關(guān)于超聲波的研究最初起始于1876年F.Galton的氣哨實(shí)驗,這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。通過對以上幾種測距方式的分析比較,由于超聲波指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、成本低、性能穩(wěn)定可靠、在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn),所以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。超聲波的諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄,有利于抗聲波干擾設(shè)計;不受無線電頻譜資源限制,易于抗電磁干擾設(shè)計。但目前價格較高,同時由于受軟件和硬件的制約,成像速度較慢。(3) CCD 攝像機(jī)CCD ( Charge Coupled Device)攝像機(jī)即電荷耦合器攝像機(jī),它是一種用來模擬人眼的光電探測器。它主要應(yīng)用于夜間行車或在軍事上使用。但由于激光測距受天氣、接收器表面摩損和污染等影響較大,使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2到1/3損失很大,最終影響探測精度。(1) 激光測距激光測距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng),主要根據(jù)激光束傳播時間確定距離。因此選擇一種合適的測距方式對系統(tǒng)性能提高有很大幫助。顯然,此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過多年的發(fā)展,倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)歷了六代技術(shù)改良,不管從結(jié)構(gòu)外觀上還是性能價格上,這六代產(chǎn)品都
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