【正文】 ),根據(jù)運動定律, 我們便得到所要測量的目標(biāo)距離S(m) :S=Vt/2 (23)然而，超聲波在空氣中傳播的速度V 和空氣的溫度有關(guān)。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受反射波的影響，精度不高。在超聲波探測電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔，被測物距越遠，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。圖23 壓電型超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖通常，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。該復(fù)合式振動器是諧振器以及由一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器的一個結(jié)合體。相反，電極間未加電壓，則當(dāng)共振板接收到回波信號時，將壓迫兩壓電晶片振動，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，此時的傳感器就成了超聲波接收器。當(dāng)它的兩電極板加脈沖信號(觸發(fā)脈沖)，若其頻率等于晶片的固有頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，電能轉(zhuǎn)換為機械能，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。其結(jié)構(gòu)原理如圖22所示 。壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是借助壓電晶體的諧振來工作的，即陶瓷的壓電效應(yīng)。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前超聲波傳感器大致可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生的超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生的超聲波。對于不同占空比的超聲波，其發(fā)送接收效率不同，一般50%的占空比頻率為40KHz左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳。如圖21所示，超聲波的頻率越高，衰減率就越高，波的傳播距離也就越短。由公式（22）可知，超聲波的頻率越高，衰減也就越大，其傳播的距離也就越短。在空氣中。如果對測量精度要求較高，為了減小誤差，避免因環(huán)境溫度變化而帶來的偏差，必須對環(huán)境溫度進行檢測，通過溫度補償?shù)姆椒▽β曀龠M行校正，以實現(xiàn)能夠精確測量。超聲波的傳輸速度和聲波一樣，超聲波在空氣中傳播時，空氣的溫度、大氣壓力、濕度等都對超聲波的聲速有影響，其中溫度對速度的影響最大。理論上，在13℃的海水里，聲音的傳播速度是1500m/s。超聲波的物理性質(zhì)有：反射與折射、衰減與吸收、疊加與干涉等?？v波的傳播方向與質(zhì)點的振動方向一致，縱波可以在氣液和固體中傳播。超聲波的波型分縱波、橫波、瑞利波和表面波。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。軟件編程采用通用性較強的C語言，基于程序設(shè)計功能模塊化的思想，設(shè)計出了超聲波發(fā)射和接收程序模塊，溫度測量程序模塊和液晶顯示程序模塊。而它的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使日產(chǎn)成為繼豐田之后又一個將導(dǎo)航定位系統(tǒng)引入國內(nèi)的廠家。直接將高級別汽車的智能化從概念引入了應(yīng)用。如最為先進的倒車雷達系統(tǒng)為智能可視倒車雷達系統(tǒng)，它在車尾部裝上針孔攝像頭，倒車時可以在顯示屏上顯示車后的真實圖像。要求倒車雷達連續(xù)測距并顯示障礙物距離，并采用不同間歇鳴叫頻率的聲音報警提示距離，讓駕駛員全神貫注地注視場景。從早期的倒車防撞儀，只能測試車后有限范圍的障礙物，并發(fā)出警報，發(fā)展到根據(jù)距離遠近程度分段報警，前兩個階段的倒車雷達一般采用專用集成電路，功能較簡單。尤其是近兩年來，倒車雷達成了商家的電子新愛，眾多生產(chǎn)防盜器的廠家紛紛涉足倒車雷達，處在我國汽車電子行業(yè)環(huán)境的繁榮背景下倒車雷達已漸漸形成一個較大的行業(yè)，而且已呈現(xiàn)出一派激烈競爭的態(tài)勢。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，近兩三年我國開始進入私家車時代，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車運行的安全性。解決汽車的倒車難問題目前有兩種思路：一是寄希望于汽車自動駕駛技術(shù)及其配套設(shè)施的日益成熟，目前這項技術(shù)只用于少量高檔豪華車上，短期內(nèi)未能全面推廣應(yīng)用；第二是采用簡單的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的功能簡單，駕駛員仍然需要通過后視鏡去判斷車后的物體，以及通過估計汽車和車后障礙物的距離完成倒車任務(wù)。其二是倒車時駕駛者同時要兼顧車輛前方、兩側(cè)的情況，必須扭身回頭觀察車輛后面的情況，體力和腦力消耗過大，易產(chǎn)生不安全因素。在2009年汽車事故的發(fā)生比例中，倒車引起的事故占28%，倒車己成為令人們頭痛的一項任務(wù)，即使是經(jīng)驗豐富的司機也在抱怨倒車是件費力費神的事。在享受汽車給我們帶來的便利同時，由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。試驗結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對室內(nèi)有限距離的距離測量具有較高的精度，實現(xiàn)了倒車提示和距離報警功能。該系統(tǒng)分為測距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報警模塊，并分別對其進行方案分析，構(gòu)建了倒車雷達測量預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)架和設(shè)計方案。目 錄摘 要 IXAbstract X第一章 緒論 1 1 1 2第二章 超聲波倒車雷達測量儀的測量原理 3 3 3 3 3 4 5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 7 7 復(fù)位電路設(shè)計 8 9 MSP430單片機 9 10 12 13 LM567及鎖相環(huán)電路 13 15 溫度補償電路 16 16 DSl8B20工作過程及時序 20 DS18B20與單片機接口電路 22 LCD顯示電路 23 LCD模塊LCM12864H 23 LCM12864H與單片機接口電路 24 語音提示電路 25第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 28 28 29 30 31 31第五章 系統(tǒng)誤差分析 33第六章 總結(jié) 34參考文獻 35附錄1：總電路圖 36附錄2：翻譯 37超聲波測距離在汽車上的應(yīng)用摘 要本文探討了超聲波測距離在汽車上的應(yīng)用問題，也就是我們常說的倒車雷達，即一種汽車倒車雷達測量預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)在常見的汽車倒車預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上采用計算機控制技術(shù)和超聲波測距技術(shù)，通過顯示障礙物與汽車的距離并根據(jù)其距離遠近實時發(fā)出報警，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，提高了駕駛安全性。本文在研究汽車倒車雷達測量預(yù)警系統(tǒng)過程中,運用理論分析，電路設(shè)計和計算機仿真等研究手段,完成了倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計。在硬件電路中詳細闡述了運用單片機技術(shù)實現(xiàn)的倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的測距原理，分析了以MSP430單片機為主控單元的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計,并對該系統(tǒng)進行了試驗和誤差分析，給出了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。關(guān)鍵詞：超聲波；倒車雷達；溫度補償；MSP430；距離測量Ultrasonic distance measurement in automotiveapplicationsAbstractThis article treats of ultrasonic pacing out distances in cars in which the application, we often say that a radar, reversing the car into reverse in the early warning radar system, in mon the car into reverse warning apparatus on the basis of puter controlled by technology and ultrasound range of technical and obstacles to show the distance, according to its distance from far and near realtime a call the police, from parking and start when the vehicle and visit the trouble of driving security. Based on the research vehicle reversing early warning radar system process, the use of theoretical analysis, design and puter simulation, and other research tools, pleted a reverse early warning radar system hardware and software design. Ranging module into the system, the system control module and display alarm module, respectively, and their program of construction of a reversing early warning radar system of systems architecture and design programs in the hardware circuit in detail the use of the SCM technology Visual reversing range early warning radar system to achieve the principle of a MSP430 MCU control unit for the system hardware and software design, and the system was tested and error analysis, given the stability of the system indicators The results show that the system of limited indoor range of distance measurement with higher precision, to achieve a prompt and distance, reversing alarm function.Keywords：Ultrasound；reversing radar； temperature pensation；MSP430；distance measurement第一章 緒論隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，越來越多的家庭擁有自己的汽車。一方面汽車的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車場和車庫擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動的空間越來越少；另一方面，新司機及非專職司機越來越多，因倒車引起的糾紛越來越多，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發(fā)生。駕駛者只能依賴后視鏡觀察后方障礙物，后視鏡受其位置的限制，視野狹窄、清晰度差，根本無法達到倒車過程中后視的目的。其三，倒車是一個復(fù)雜的工程，它依賴于駕駛者的駕駛經(jīng)驗、駕駛技巧及反應(yīng)靈敏程度，任意環(huán)節(jié)出問題都導(dǎo)致駕駛員無法快速準(zhǔn)確地完成倒車任務(wù)。本文研究的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)屬于第二種思路，它在常見的汽車倒車預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上進行改進，能在很大程度地解決倒車難題，同時也為汽車自動駕駛的研究應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)不僅深受駕駛員的青睞，也逐漸成為汽車電子產(chǎn)業(yè)中新的增長點。倒車雷達系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段，六代的技術(shù)改良。隨著人們對汽車駕駛輔助系統(tǒng)易用性要求的提高，以及單片機價格不斷下降和汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求，新型的倒車雷達都是以單片機為核心的智能測距傳感系統(tǒng)。汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展還要求作為駕駛輔助系統(tǒng)子系統(tǒng)的倒車雷達具有通信功能，能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上。在前段時間上市的由東風(fēng)日產(chǎn)汽車有限公司乘用車公司推出的全新一代藍鳥至尊，最引人注目的是它配備倒車影像顯示和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這兩項配置在同級別的轎車上可謂絕無僅有，有效提升了藍鳥的檔次。在駕駛者掛入倒擋時，中控臺上的液晶顯示屏?xí)詣忧袚Q畫面，將車尾攝像頭拍下的環(huán)境狀況展示在駕駛者眼前，最大程度的方便泊車，這項功能在夜間尤其具有價值。本文采用脈沖回波法，選用TI公司的MSP430高速低功耗單片機作為整個測量系統(tǒng)的核心部件，并運用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行溫度補償，加以用液晶顯示模塊和聲音提示模塊，能夠直觀的顯示出測量內(nèi)容，設(shè)計出了結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，功能完善，性能穩(wěn)定的硬件結(jié)構(gòu)和較為合理的系統(tǒng)軟件，并對硬件和軟件進行了相關(guān)的測試。第二章 超聲波倒車雷達測量儀的測量原理超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，是機械振動在媒介中的傳播過程，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波是人耳聽覺范圍值以上的振動，頻率范圍在 10kHz 到 1THz 之間，常用頻率大約在 10kHz 到 10MHz之間。超聲波按傳播方式可分為縱波和橫波。橫波的傳播方向垂直于質(zhì)點的振動方向橫波只能在固體中傳播。由于超聲波也是一種聲波，超聲波在傳播介質(zhì)中的傳播的速度和介質(zhì)的特性有關(guān)。在25℃的空氣中傳播的速度是344m/s，在溫度為0℃時的速度是334m/s。超聲波在空氣中傳播時，傳輸速度和溫度的關(guān)系可以由公式（21）來表示： （21）在測量過程中，如果溫度變化不大，則可以認為聲速是不變的。超聲波在傳播過程中，衰減系數(shù)與聲波介質(zhì)以及頻率的關(guān)系為 （22）其中，a為衰減系數(shù)，b為介質(zhì)常數(shù)，f為振動頻率。其物理意義為，聲波在空氣中傳播，由于空氣運動摩擦的原因，能量被吸收損耗。傳播到空氣中的超聲波強度隨距離的變化成比例地減弱，這是因為衍射現(xiàn)象所導(dǎo)致的在地球表面上的擴散損失，也是因為介質(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失。圖21 聲壓在不同距離下的衰減特性超聲波傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要參數(shù)，它直接影響超聲波的擴散和吸收損耗，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛型、液哨型和氣流旋笛型等。在超聲波測距的應(yīng)用中，最為常用的是壓電型傳感器。超聲波傳感器習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超