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汽车倒车测距仪的设计

2014-5-21 20:28| 发布者: dzly| 查看: 705| 评论: 0|原作者: 李娣娜

摘要: 介绍了一种基于单片机的汽车倒车测距仪的软硬件设计过程,系统以STC89C52 为控制核心,采用温度补偿的超声波测 距系统,实现倒车防撞报警功能。该倒车测距仪能测量并显示车辆后部障碍物与车的距离,同时用间歇的“嘟嘟”声发出报警, “嘟嘟”声的间隙随离障碍物距离的缩短而缩短。该系统的测距范围是0.1m-10m,具有结构简单、体积小、使用方便等特点。

  0 引言
  随着国民经济的高速发展,我国汽车的拥有量在大幅增加,我们在日常生活中也享受到汽车给我们带来便利,然而也出现了一些问题,例如倒车引起的事故在交通事故中占一定的比例。
  汽车倒车测距仪是汽车泊车或倒车时的安全辅助装置,由超声波传感器、控制器、显示器和报警器组成。它能以声音和具体的数据来告诉驾驶员后方障碍物的情况,减小了驾驶员泊车和倒车难度,提高了驾驶的安全性。本文提出一种基于单片机的汽车倒车测距系统的设计方案,该系统测量精度可达到0.01m,并且能清晰稳定地显示测量数据。
  1 超声波测距原理
  超声波是一种指向性强、能量消耗缓慢、具有一定频率范围的声波,在同种介质中以恒定的速度传播,而在不同介质面处,会发生反射现象。由于超声波的这种特性,有相位、声波幅值和渡越时间三种测量方法,该系统采用的是渡越时间测量法。该方法的工作方式简单、直观,在硬件和软件两方面都容易实现。其原理为:测量超声波从发射到接收到回波信号的时间这个时间就是渡越时间。计算公式为:

  2 系统硬件的设计
  本系统硬件部分由单片机STC89C52、晶振和复位电路、超声波发射电路、超声波接收电路、温度补偿电路、LCD1602 显示电路、蜂鸣器报警电路等构成,如图1 所示。汽车进行倒车或泊车时,发射和接收电路工作,经过单片机数据处理将距离显示在LCD1602 上,如果距离大于5m 时为溢出,不显示距离,距离小于1.2m 时蜂鸣器发出频率为1Hz 的“嘟嘟”声,当距离小于0.9m时蜂鸣器发出4Hz 的声音,当距离小于0.3m 时蜂鸣器发出连续的“嘟嘟”声,表示危险。
  2.1 超声波发射电路
  超声波在空气中传播功率及精度与频率成正比,经过比较和分析几个常用超声波频率的特点,最终选取40KHz。超声波发射电路主要由超声波换能器和反相器74HC04 构成,单片机P1.0 端口输出40KHz 的方波,同时单片机的定时器开始计时,信号经两路反相器送到超声波换能器的两个电极上,这样可以提高超声波的发射强度,输出端将两个反相器并联,可以提高其驱动能力。
  2.2 超声波接收电路
  超声波接收电路采用索尼公司的集成芯片CX20106A,该芯片是一款红外线检波接收的专用芯片,有较强的抗干扰性和灵敏度。此芯片对接收探头接收到的信号进行放大、限幅、滤波、峰值检波和波形整形。
  具体工作过程如下:接收到的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器,将回波信号调整到合适幅值的矩形脉冲,经滤波器滤除干扰信号,整形后送给输出端7 脚。当接收到的信号与CX20106A 滤波器中心频率相符的回波信号时,其输出端7 脚输出低电平,将输出端7 脚直接与单片机的外部中断0 引脚相连,以触发外部中断。如果频率有一些误差,可调节5 脚的外接电阻,将滤波器的中心频率设置在40KHz,就可达到理想的效果。
  2.3 温度补偿电路
  超声波在空气中传播速度易受湿度、温度、压强等因素的影响,其中温度的影响最大。因此用常温下超声波传播速度331.5m/s 来计算不同温度下的距离有很大的误差,这就需要根据经验公式(1)对超声波的速度进行温度补偿。在空气中超声波传播速度和温度关系如表1 所示。


  表1 温度与声速的关系本系统采用DALLAS 公司的DS18B20 可以实时采集温度值,在进行测量时将温度补偿给波速,从而计算出该温度下的波速。
  DS18B20 是一总线器件,不需要外围电路,可以和单片机直接相连无需A/D 转换,控制简单易行。DS18B20 数字温度传感器与AD590、LM35 等温度传感器相比,具有相当的测量范围和精度、不受外界干扰等优点。
  2.4 报警电路
  本系统的报警电路采用蜂鸣器报警,单片机P1.2 引脚输出一定频率的信号,先通过三极管的放大,再接至蜂鸣器。当P1.2输出高电平时,三极管Q1 截止,蜂鸣器不发声;当P1.2 输出低电平时,三极管导通,这样蜂鸣器的电流形成回路,发出声音。因此,可以通过程序控制P1.2 引脚的电平来驱动蜂鸣器实现声音报警。另外可通过程序改变单片机P1.2 引脚输出波形的频率来调整控制蜂鸣器的音调及声音的大小。
  3 系统软件的设计
  本系统的软件部分采用模块化设计,主要由主程序、显示子程序、外部中断服务子程序、距离计算子程序、T1 中断服务子程序、延时子程序和报警子程序等组成,程序的流程图如图2 所示。
  4 结论
  本系统以STC89C52 单片机作为控制核心,利用反射超声波测量待测距离,检波接收电路采用了抗干扰性强的CX20106A芯片,距离的计算考虑了温度对超声波传播速度的影响,减小测距误差,提高测量精度。该倒车测距仪能测量并显示车辆后部障碍物与车的距离,实现倒车防撞报警功能。系统还具有结构简单、体积小、使用方便等特点。本系统的电路和程序稍作修改,还可以实现其他一些功能,比如液位、井深、管道长度的测量等场合。
  
  

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