2022年超声波测距倒车雷达系统设计方案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 基于超声波测距倒车雷达系统设计 1 引言 近年来,随着汽车产业的快速进展和人们生活水平的不断提高,我国的汽车数量正逐年增加；同 时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加；在大路、街道、停车场、车库等拥挤、狭 窄的地方倒车时,驾驶员既要前瞻,又要后顾,略微不当心就会发生追尾事故；据相关调查统计,15的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视才能不良造成的；因此；增加汽车的后视才能,研制汽车 后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的争论热点；安全防止障碍物的前提是快速、精确地测量 障碍物与汽车之间的距离；为此,设计了以单片机为核心,利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系 统；2 整体设计及原理 超声波一般指频率在 20 kHz 以上的机械波,具有穿透性强,衰减小,反射才能强等特点；工作 时,超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲,给测量规律电路供应一个短脉冲；最终由信号处理装 置对接收的信号依据时间差进行处理,自动运算出车与障碍物之间的距离；超声波测距原理简洁,成 本低,制作便利,但其传输速度受天气影响较大,不能精确测距；另外,超声波能量与距离的平方成 正比衰减,因此,距离越远,灵敏度越低,从而使超声波测距方式只适用于较短距离；目前,国内外一般的超声波测距仪,其抱负的测量距离为 该倒车雷达系统采纳单片机掌握,如图45 m,因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中；1 所示；利用超声波实现无接触测距,并考虑测量环境温度对超声波波速的影响,而且通过温度补偿法对速度进行校正；使用由集成数字传感器 DS18B20构成 的温度测量电路,可直接读取温度值,再依据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速,由单片机计 数脉冲个数获得传播时间,依据超声波测距原理测得并显示距离,再依据显示的距离掌握蜂鸣器的发 声频率；2.1 超声波测距原理 目前,利用超声波测距的方法有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法三种；相位检测 的精度高,但检测范畴有限；声波幅值检测易受反射波的影响；渡越时间检测工作方式简洁、直观,在硬件掌握和软件设计简洁实现,其原理是检测从发射传感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差,即渡越时间 实现；t ；距离 s=ct 2c 为声速 >,t 可由单片机计脉冲个数的方法1 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 基于超声波测距的倒车雷达系统设计1 引言近年来,随着汽车产业的快速进展和人们生活水平的不断提高,我国的汽车数量正逐年增加；同时汽车 驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加；在大路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方 倒车时,驾驶员既要前瞻,又要后顾,略微不当心就会发生追尾事故；据相关调查统计,15的汽车碰 撞事故是因倒车时汽车的后视才能不良造成的；因此；增加汽车的后视才能,研制汽车后部探测障碍物 的倒车雷达便成为近些年来的争论热点；安全防止障碍物的前提是快速、精确地测量障碍物与汽车之间 的距离；为此,设计了以单片机为核心,利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统； 2整体设计及原理超声波一般指频率在 20 khz以上的机械波,具有穿透性强,衰减小,反射才能强等特点；工作时,超声波发射器不断发射出一系 列连续脉冲,给测量规律电路供应一个短脉冲；最终由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理,自动运算出车与障碍物之间的距离；超声波测距原理简洁,成本低,制作便利,但其传输速度受天气 影响较大,不能精确测距；另外,超声波能量与距离的平方成正比衰减,因此,距离越远,灵敏度越低,从而使超声波测距方式只适用于较短距离；目前,国内外一般的超声波测距仪,其抱负的测量距离为 45 m,因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中；该倒车雷达系统采纳单片机掌握,如图1所示；利用超声波实现无接触测距,并考虑测量环境温度对超声波波速的影响,而且通过温度补偿法对速度进行校正；使用由集成数字传感器 ds18b20构成的温度测量电 路,可直接读取温度值,再依据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速,由单片机计数脉冲个数获得 传播时间,依据超声波测距原理测得并显示距离,再依据显示的距离掌握蜂鸣器的发声频率；2.1超声波测距原理目前,利用超声波测距的方法有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法三种；相位检测的精度 高,但检测范畴有限；声波幅值检测易受反射波的影响；渡越时间检测工作方式简洁、直观,在硬件控 制和软件设计简洁实现,其原理是检测从发射传感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超 声波的时间差,即渡越时间 t；距离 s=ct2c为声速 >,t可由单片机计脉冲个数的方法实现；2.2温度与声速的关系由于超声波也是一种声波,其声速v与温度 t有关；表 1列出了几种不同温度下的声速；使用时,如温度变化不大,就可视声速基本不变；如测距精度要求很高,就应通过温度补偿法予以校正；一般情形下,利用v=331+0.60t 进行温度补偿,以适应不同温度下的工作要求；表2给出补偿后声速与温度的关系；可以看出,0以下时声速值完全吻合；0以上最大误差不超过5；2 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由上述分析可知,温度测量的精度不仅直接影响了速度的测量精度,而且也间接影响距离的测量精度,所以温度的测量很关键；3硬件电路设计倒车雷达系统主要由超声波发射电路、超声波接收电路、温度测量电路及显示报警电路构成；3.1超声波发射电路在单片机掌握下,使脉冲发生器输出超声波；脉冲发生器由555构成,其连接如图2所示； 7引脚和 6、2引脚的上下为 r和c；中间 r与rp并联, ra=rl+ra' ,ra=r2+rb' ,且 t1=0.693rac,t2=0.693rbc ,通过调剂 ra和 rb的阻值,实现输出波形的占空比的可调；但是,这里需要50占空比的方波,因此调剂滑动变阻器,使t1=t2,频率的运算公式为：f=1.443 ra+rb>c 1> 合理挑选 r,c可使超声波获得 40 khz的输出脉冲；由于超声波的传输要有一段距离,为了使信号便于传输,通常要在发射电路的后面加上一个调制电路；3.2超声波接收电路由于超声波测距只用于近距离,当距离较远时,衰减较为严峻,反射回来的信号相对也比较柔弱,因此接收端应先设置一个放大电路,然后通过检波电路对其输出信号进行解调,最终对检波输出信号进行比较整形；超声波接收电路的需要考虑以下几个方面：1>环境噪声、干扰、温度等影响图3给出放大电路图；它挑选一个自举组合电路,该电路通过减小向输入回路索取的电流来提高输入阻抗,其值为 rin=r1r2 r1-r2>,该值可依据前序电路确定 r1和r2,使其与前序电路级间匹配；电路中用到的是反相比例放大电路,增益比较稳固,通常 k=-r3r1不会引起自激,可降低干扰对电路的影响；因此,合理地挑选 r3和r1,可使输出电压达到 v级；2>检波精度设计中采纳了图 4所示的全波精密检波电路；为了提高电路的信噪比,衰减掉不需要的频率信号,在输人端加上谐振回路；二极管 vd1和vd2挑选高频性能比较好的 in60；这种检波方式可以使二极管的死区电压和非线性得到很大的改善；3>比较整形电路图 5示出比较整形电路；第一在静态下测量距离等于 5 m,检波器的输出电压值 该电压同样是经过放大检波电路得到的 >,并以此电压值作为比较器的参考电压ur；比较器选用 lm339,具有失调电压小,电源电压范畴宽,其单电源电压为 2 36 v,双电源电压为±1 ±18 v,而且对比较信号源的内阻限制较宽等优点；对于 lm339来说,当两个输入端电压差大于 10 mv时,就能确保其输出从一种状态牢靠地转换到另一种状态；因此,把lm339用在弱信号检测等场合是比较抱负的；一般情形下,比较电路的输出波形的上升沿和下降沿都有延时,可在其后面加一个与门,以3 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 改善输出特性；将比较整形电骼的输出送到单片机,对脉冲计数,得到渡越时间；单片机选用 at89c52；3.3温度测量电路目前,大多数温度测控系统在检测温度时,都采纳温度传感器将温度转化为电量,经信号放大电路放大到适当的范畴,再由 a d转换器转换成数字量来完成；这种电路结构复杂,调试纷杂,精度易受元器件参数的影响；为此,利用一线性数字温度计即集成温度传感器ds18b20和单片机,构成一个高精度的数字温度检测系统；ds18b20数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同,能够直接读出被测温度值,并且可依据实际要求,通过简洁的编程,实现 912位的ad转换；因而,使用 ds18b20可使系统结构更简洁,同时牢靠性更高；温度测量范畴从-55+125,在 -10+85检测误差不超过0.5,而在整个温度测量范畴内具有±2的测量精度,其电路连接如图6所示；3.4显示及报警电路显示电路采纳 4位共阳 led数码管,码段由74ls244驱动电路驱动；驱动电路由pnp晶体管 8550驱动；图 7给出报警电路；它采纳晶体管驱动；4结语该倒车雷达系统利用超声波实现了无接触测距；采纳高精度温度传感器实现了对超声波测距系统的温度 测量和补偿,即依据 v=331+0.60t ,对声速进行了补偿,提高了测量精度；具有电路设计简洁,价格廉价,测量精度比较高的优点,目前已批量生产；军械工程学院 王红云基于超声波时差测距法的倒车雷达设计2007-09-14 嵌入式在线 保藏 | 打印 引言倒车雷达是用来探测车身四周的障碍物并显示其距离,以帮忙驾驶员安全倒车或泊车的帮助电子设施 1,在中高档汽车上的应用已逐步普及,但多为无源探头倒车雷达；目前高性能的倒车雷达大都采纳有源探头,接收的回波信号在探头内部放大整理后输出,发射信号也在 探头内部耦合驱动传感器,其抗干扰性更强,探头的互换性、一样性也更高；本文给出一种有源倒车雷 达设计方案,使用超声波传感器,利用时差法来确定传感器和反射物之间的距离,在驾驶员挑选倒车挡 时,向驾驶员供应监视范畴内是否存在障碍物的指示；设计要求4 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 倒车雷达常用的超声波传感器直径为14毫 M ,工作频率 40KHz ,驱动电压最高为140Vp-p,其他的参数,如声压、阻抗、余震时间等参数请参看所用产品的说明书；依据 ISO17386 标准,主要的 设计要求有： <1）额定电压 -DC 12 V ,工作电流 -500mA MAX. 工作温度 -30+80 ； <2）测量范畴：最大有效测量距离140厘 M ,最小测量距离40厘M ；<3）测量原理：采纳飞行时间测量原理；激活的探头将创建超声波区域,在接收到探测区域内对象所反 射的能量后,测量出车辆与该对象之间的距离；<4）距离显示：通过段式液晶屏显示测量距离；在MCU 处理以后,距离数值应传送到显示屏进行显示并打开相应的声音报警；假如超过测量范畴,显示连续,声音报警关闭；一旦进入有效范畴,就自动打开声音报警功能； <5）警告级别：使用三级警告级别,通过缓急不同的报警信号进行表示；<6）上电以后,系统进行自测,工作过程中不会进行故障自测；假如没有探头故障,就自测时间不超过 100毫秒；为保证明时性,探测到障碍物到传送显示数值的时间不应超过 600毫秒； <7）系统启动后进行自测,检查传感器是否故障；<8）打到倒车档时,假如倒车速度不大于0.5M/ 秒,系统将从静止模式转变为启动模式,对四周的障碍物进行测量；同时有手动开启开关,驾驶员可以使用开关打开和关闭此系统；功能框图系统包括 4个超声探头、 1个主机和 1个报警显示装置；为了提高性能,采纳有源探头；接收的信号在探头内部进行放大后输出；同样,发射信号也在探头内耦合以驱动传感器；作为典型的传感器处理应用设计,本电路的设计难点仍是环绕在传感器部分：一是接收信号的放大；二是发射电路的驱动匹配；硬件电路设计接收放大电路在接收到反射的超声波后,传感器会产生压电共振,输出振幅微小的正弦波；超声传感器能对只有-5 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 70分贝的回波产生感应,声压是如此之小,所以感应产生的电压也只有微伏级,一般的测量工具是看不出来的；这么小的电压信号,假如要服务于后续电路,必需要进行放大；本电路使用了三级放大,前两级为一般反相放大电路,第三级为带通放大电路,理论放大倍数约为 2所示：2030万倍；前两级的放大电路如图运算放大器采纳美国国家半导体公司的TL074 ,这是一种很常见的运放,使用比较简洁；为JFET输入,阻抗极高,不必考虑输入端的阻抗平稳；另外它的噪声较小,工作带宽较大2 ；电路采纳单电源供电,第一级前的输入电阻图中未画出,在后面的接口电路中可以找到；Ca1跨接到运放的 1、2脚两端,可以部分地滤除高频信号,放大倍数的大小可以由 Rb动态调剂；信号在经过以上两级放大后,在示波器上已经可以模糊地看出接收的波形；但仍是太小,后续电路不能使用,必需再次放大；但此时,输入干扰信号也已经被放大了很多,加上运放的噪声,假如第三级运放不能有效地滤除它们的话,放大后的信号成效会特别差,几乎不能使用；为此,第三级运放采纳了带通放大电路,如图 3所示；第三级是典型的多反馈带通放大电路；它的Q值、放大倍数 A和中心频率 f均可调；中心频率可以通过调剂Rc进行调整,而且 Rc的变化不会影响到 Q值和带宽 3 ；将中心频率设定为 40kHz ,可以有效地滤除大部分干扰波形,输出清楚的回波放大信号；从示波器上观看,其背景噪声信号应当不超过 200mV ；经过三级放大后的回波信号,依据距离的不同幅值也相应变化；假如想通过级联第四级运来增加测量距离的想法是不太现实的,由于级数太多,运放很简洁处于自激状态而变成一个振荡电路；不行限制地增大其中某一级的放大倍数也是不行取的,在增益带宽积限定的情形下,必需折衷取舍增益和带宽的大小；况且放大倍数太大,失调电压和噪声、温漂等都将变得不行控,严峻影响电路的正常工作；假如想使运放较为抱负的工作,采纳负反馈放大的时候,其放大倍数尽量不要太大；整形电路放大后回波信号幅值不定,要被单片机读取使用,需要通过比较器整形为数字信号；假如单片机本身带有比较器功能,信号可以直接接入,假如没有这项功能,就必需外接模拟比较器；由于 PIC18F2480 本身不带有比较器,本设计选用了 LM2903 对放大信号进行整形；模拟整形电路的主要工作是将幅值不定的一簇正弦波整理为一个有明确上升沿的脉冲信号,以供单片机中断使用；利用 LM2903 的整形电路如图 4所示：上面的电路可以很好地完成对回波整形加工的任务,并使整个电路的抗干扰性大大增强；通过 RX_CON的开关,可以很简洁地掌握回波信号的进入；这对收发同体的超声传感电路来说是特别必要的,它可以有效地滤除发射信号和余振信号对整体电路的干扰；通过调整RL3 的大小,可以隔离那些不能被滤除的背6 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 景噪声信号；第一级比较之后的输出信号仍是一簇40kHz 、幅值较小的脉冲波,它们通过二极管对CL2 进行充电,利用 CL2 电平引发其次级比较器输出一个数字脉冲信号；上面电路的另一个优点是,假如进入比较器的是间或的一两个干扰脉冲,假如它没有充分的电量使 不会有输出,在硬件上提高了抗干扰才能；通道挑选电路由于系统使用了四路探头,所以无论接收或发射,都将有 通道开关芯片 CD4051；接收部分的电路如图 5所示；发射驱动电路CL2 的电压上升到足够值,其次级比较电路便4路信号进出；为了将它们分开,本电路选用了发射驱动电路的主要功能是产生足够的功率来利用 40kHz 的脉冲波驱动超声传感器发射超声信号；假如想要测量的距离足够远,除了探头的性能外,发射功率是否足够至关重要；本电路中采纳中周变压器耦合放大来驱动超声传感器,设计电路如图 6所示；其中, Q1和 Q2组成达林顿管用来为中周变压器供应驱动电流,通过TX 进行掌握； CT1在发射时为中周的初级线圈供应所需的瞬时大电流；在发射的时候,中周变压器的次级线圈供应的电压峰峰值可以达到 100V以上；由于超声传感器是收发同体的,所以在发射的时候,发射信号也会毫无阻碍地到达第一级运放进行放大；为了爱护运放,有必要设置过渡电路；过渡电路的主要功能是在发射时,限制运放端的信号幅值在安全范畴以内,同时又不能影响接收信号的传输；通过D11和 D12,可以将运放端的信号掌握在700mV左右；在加上电源处理、温度检测电路和显示报警电路后,倒车雷达硬件电路设计基本完成了；要强调的是,模拟部分的电源肯定要足够平滑稳固,以免影响电路正常工作；软件设计倒车雷达的功能较为单一,任务不多,所以使用前后台工作方式,主程序流程如图 7所示；系统初始化过程中要认真设置 PIC18F2480 I/O口的输入输出掌握位,以及 A口的模数复用脚掌握位,否就不能精确工作；在功能实现方面,要留意的主要问题有： <1）发射后,超声传感器会有 2mS左右的余震时间,这段时间要关闭接收； <2）假如 4个探头同时工作,要挑选测量距离最短的数值进行显示；在技术实现上,充分利用了 T0和T1两个定时器； T0设置为 16位定时方式,以它的溢出为标志开头一个发7 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 射测量循环； T1定时器用于确定发射和接收之间的时间差,假如T1溢出,就表示没有检测到障碍物,置相应标志位；假如车后有障碍物,就接收到的信号会引发 INT0 中断； INT0 中断会停止 T1计时,并置位标志位；发射时的驱动脉冲通过单片机引脚输出产生,为了防止干扰,使发射频率精确无误,发射时应关闭中断；也可以使用硬件产生发射脉冲；假如需要利用 PIC单片机的 CAN 通讯功能,将倒车雷达连入车身CAN 网络中,硬件上只需要联入CAN 收发器,软件上就需要补充大量的设计工作；为了使软件的工作流程更加直观清楚,下面以时间轴方式列出在Debugger模式下各函数运行情形；这里使用了8M的晶振, T0设为 16位定时方式, 4分频,初值为 0,用于掌握工作循环；T1设为 16位定时方式,未分频,初值为0x60 ,用于定时测量时间；图8是测试程序在 Debugger模式下各任务占用时间的明细,目的是直观地明白在哪一个阶段时间比较富裕,可以支配别的工作,比如通讯 <这里假设通讯是异步的,位于从属位置；假如通讯是周期性的,周期时 间又比较短的话,就应当充分考虑各任务的优先级并合理支配时间）；由于前后台编程模式的局限性,每个任务发生的时刻并不能严格确定,这里只大约运算到了毫秒；其中-10到0的区间是初始化时间 <这是没有故障的正常初始化时间,假如有探头故障,由于要供应声音提示,所以占用的时间将依据故障探头的数目多少达到几秒或是十几秒）,0到131mS的区间是循环程序时间；在每个循环的开头,都要发射一组脉冲,并在循环时间内终止测量；发射时间约为 100 S,这期间各中断是关闭的；接下来的 2mS是余震时间,外部中断要关闭,别的中断,如有需要,可以开启；2mS以后开启接收中断,依据障碍物距离的远近,接收占用的时间也不同,假如没有障碍物反射回波引发中断,那么 T1最终会溢出,耗时约为 20mS；假如接收到了回波并引发中断的话,中断程序将会停止 T1计时并读取数值,同时置位接收标志位；主循环检测到接收有效位后,会调用距离运算函数运算出距离并储存到数组；最终的距离显示并不是每个循环都有的,而是4个循环发生一次<这里是假设 4个探头均工作在自发自收状态,假如需要使探头相互收发进行交叉测量,那么循环数依据实际次数重新确定）；测试设计完成的电路系统可以很好地完成所要求的测距功能,加上液晶显示和蜂鸣报警后,便可以作为后装产品安装到汽车上；假如再加上 CAN 驱动器芯片,并设计好通讯部分的软件协议,也可以作为一个节点联入车身 CAN 网络中；图9是利用一个探头工作在自发自收时的测距情形,障碍物为距离150cm左右的 A4纸张；示波器通道1用于测量运放输出的波形,电压比例常数为2V ；通道 2测量单片机的 INT 引脚,电压比例常数为5V；时基为2mS；不足由图 9可以看出,传感器发射时的余震信号超过了2mS,这样在自收发测距的情形下,最小的测距范畴限8 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 制在了 40cm左右 <小于 40cm的距离测量可以通过发射和接收使用不同探头的方法来进行,通过三角换算得出距离,以减小余震的影响,只是精度会差一些）；这是由于中周性能不良造成的,有待于进一步完善；另外,一些超声波探测的传统处理难点仍不尽如人意,如扫地波的滤除仍旧要部分地借助外壳或安装；斜坡或石子路面的回波干扰问题仍难以辨别等等；单片机设计超声波测距仪原理及应用1 51 系列单片机的功能特点5l 系列单片机中典型芯片 女1AT89C51> 采纳 40 引脚双列直插封装 DIP> 形式,内部由 CPU,4kB 的 ROM ,256 B 的 RAM ,2 个 16b 的定时计数器 TO 和 T1 ,4 个 8 b 的工 O 端 I： IP0,P1,P2,P3,一个全双功串行通信口等组成；特殊是该系列单片机片内的 Flash 可编程、可擦除只读储备器 EPROM> ,使其在实际中有着特别广泛的用途,在便携式、省电及特殊信息储存的仪器和系统中更为有用；该系列单片机引脚与封装如图1 所示；5l 系列单片机供应以下功能：4 kB 储备器； 256 BRAM ；32 条工 O 线； 2 个 16b 定时计数器；5 个 2 级中断源； 1 个全双向的串行口以准时钟电路；闲暇方式： CPU 停止工作,而让 RAM 、定时计数器、串行口和中断系统连续工作；掉电方式：储存 RAM 的内容,振荡器停振,禁止芯片全部的其他功能直到下一次硬件复位；5l 系列单片机为很多掌握供应了高度敏捷和低成本的解决方法；充分利用他的片内资源,即可在较少外围电路的情形下构胜利能完善的超声波测距系统；9 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 单片机实现测距原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测动身射和接收回波的时间差 tr,然后求出距离 SCt2,式中的 C 为超声波波速；限制该系统的最大可测距离存在 4 个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度；接收换能器对声波脉冲的直接接收能 力将打算最小的可测距离；为了增加所测量的掩盖范围、减小测量误差,可采纳多个超声波换能器分别作为多路超声波发射接收的设计方法；由于超声波属于声波 范畴,其波速 C 与温度有关,表 1；列出了几种不同温度下的波速；在测距时由于温度变化,可通过温度传感器自动探测环境温度、确定运算距离时的波速 C,较精确地得出该环境下超声波经过的路程,提高了测量精确度；波速确定后,只要测得超声波来回的时间 r,即可求得距离 5；其系统原理框图如图 2 所示；单片机 AT89C51> 发出短暂的 40kHz 信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间 t,再由系统软件对其进行运算、判别后,相应的运算结果被送至 LED 显示电路进行显示,如测得的距离超出设定范 围系统将提示声音报警电路报警；AT89C51 通过外部引脚 P20 输出脉冲宽度为 25us、载波为 40kHz 的超声波脉冲串,加到射随器的基级,经功率放大推动超声波发射器发射出 去；超声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大,然后用锁相环电路进行检波；经处理后输出低电平,送到 AT89C51 的引脚利用该原理设计的实 例：汽车防撞雷达31 系统硬件设计汽车防撞雷达可以帮忙驾驶员准时明白车四周阻碍情形,防止汽车在转弯、倒车等情形下撞伤、划伤；其接收部分硬件电路如图3 所示,发射、预置掌握、显示部分硬件电路如图4 所示；10 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - sP32,供应应软件进行处理；经过AT89C51 对接收到的信息进行处理后,被测的距离茬LED 上显示,显示的数据由串口线 RXD 和 TXD 输出到 74LSl64 ,转化为并行数据掌握 LED 的显示,采纳动态显示；两位 LED可表示 4901 m 的距离,满意显示精度；如该距离小于预置的汽车低速安全刹车范畴 如： 1 n>或05m> ,报警电路发出适当的警告提示音,由32 系统软件设计P21 的输出掌握报警电路的工作；汽车防撞雷达依据超声测距原理用 AT89C51 单片机开发设计；整个软件采纳模块化设计,由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成；软件设计的主要思路是将预置、发射、接收、显示、声音报警等功能编成独立的模块,在主程序中采纳键控循环的方式,当按下掌握键后,在肯定周期内,依次执行 各个模块,调用预置子程序、发射子程序、查询接收子程序、定时子程序,并把测量的结果进行分析处理,依据处理结果打算显示程序的内容以及是否调用声音报警 程序；当测得距离小于预置距离时,声音报警程序被调用；图 5 所示为程序的流程图；11 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 结 语利用 51 系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观；经实际测试证明,该类测距仪工作稳固,能满意一般近距离测距的要求,且成本较低、有良好的性价比；由 于该系统中锁相环锁定需要肯定时间,测得的距离有误差,在汽车雷达应用中此误差为 3C111 可忽视不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面,此误差不能忽视,只有通过转变 031llnl ,可以满意更高要求；超声波测距电路设计一、引言-些硬件的应用实现对超声波的快速锁定,使误差进一步减小到由 于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波常常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现；利用超声波检 测往往比较快速、便利、运算简洁、易 于做到实时掌握,并且在测量精度方面能达到工业有用的要求,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的 应用；为了使移动机器人能自动避障行走,就必需装备测距系统,以使其准时猎取距障碍物的距离信息 <距离 <前、左、右）超声波测距系统,就是为机器人明白其前方、左侧和右侧的 和方向）；本文所介绍的三方向 环境而供应一个运动距离信息；12 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、超声波测距原理1、 超声波发生器为 了争论和利用超声波,人们已经设计和制成了很多超声波发生器；总体上讲,超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生 超声波；电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等；它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同；目前较为常用的是压电式超声波发生器；2、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的；超声波发生器内部结构如图 1 所 示,它有两个压电晶片和一个共振板；当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电 晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声 波；反之,假如两电极间未外加电压,当共振板接收 到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了；3、超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开头计时,超声波在空气中传播,途中遇到障碍物就立刻返回来,超声波接收器收到图 1 超声波传感器结构反射波就立刻停止计时；超声波在空气中的传播速度为340m/s,依据计时器记录的时间t ,就可以运算动身射点距障碍物的距离s> ,即：s=340t /2 这就是所谓的时间差测距法；三、超声波测距系统的电路设计 本系统的特点是利用单片机掌握超声波的发射和对超声波自发射至接收来回时间的计时,单片机选用8751,经济易用,且片内有4K 的 ROM,便于编程；电路原理图如图2 所示；其中只画出前方测距电路的接线图,左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同,故省略之；1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射测距系统中的超声波传感器采纳UCM40的压电陶瓷传感器,它的工作电压是40kHz 的脉冲信号,这由单片机执行下面程序来产生；PUZEL ： MOV 14H, #12H ；超声波发射连续 200 s 13 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - HERE ： CPL P1.0 ；输出 40kHz 方波 NOP ； NOP ； NOP ； DJNZ 14H ,HERE； RET前方测距电路的输入端接单片机 P1.0 端口,单片机执行上面的程序后,在 P1.0 端口输出一个 40kHz的脉冲信号,经过三极管 T 放大,驱动超声波发射头 UCM40T,发出 40kHz 的脉冲超声波,且连续发射200 s；右侧和左侧测距电路的输入端分别接 P1.1 和 P1.2 端口,工作原理与前方测距电路相同；2、超声波的接收与处理接收头采纳与发射头配对的 UCM40R,将超声波调制脉冲变为交变电压信号,经运算放大器 IC1A和 IC1B两极放大后加至 IC 2； IC 2 是带有锁定环的音频译码集成块 LM567,内部的压控振荡器的中心频率 f 0=1/1.1 R8C3,电容 C4 打算其锁定带宽；调剂 R8 在发射的载频上,就 LM567 输入信号大于 25mV,输出端 8 脚由高电平跃变为低电平,作为中断恳求信号,送至单片机处理；前方测距电路的输出端接单片机INT0 端口,中断优先级最高,左、右测距电路的输出通过与门IC 3A的输出接单片机INT1 端口,同时单片机P1.3 和 P1.4 接到 IC3A的输入端,中断源的识别由程序查询来处理,中断优先级为先右后左；部分源程序如下：14 / 28 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 超声测距数据的采集与处理摘要： 介绍一种基于单片机掌握的三种超声测距系统的构成、工作原理和误差分析；利用本系统及其设计方法可以作为农业机器人帮助视觉系统；关键词： 机器人 超声波测距单片机 串行通讯数据采集机 器人作为一种能代替人工作业的智能机器,有着广泛的应用前景；其关键技术取决于机器人视觉系统设计的精确与否；超声波传感器以其价格低廉、硬件简洁实现等 现定位及环境建模；越声波测距作为帮助视觉系统与其他视觉系统 实现整个视觉功能 7；优点,被广泛用作测距传感器,实 <如 CCD 图象传感器）协作使用,可超 声测距原理很简洁,一般采纳渡越时间法：即 D=CT/2 ,其中 D 为机器人与视测物之间的距离,C为声波在介质中的传播速度 <C=331.4 乘以根呈号 1+t/273>m/s ,t 为摄氏温度）,T 为超声发射到返回的时间间隔；本超声测距系统共有 3 对超声换能器,分别放在智能移动车的上、中、下三个位置 上；本系15 / 28 名师归纳总结 - -