超声波检测系统倒车雷达的设计(传感器的设计).docx

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1、超声波检测系统倒车雷达的设计一、 设计背景。工程来源、需要解决的问题等。随着社会的不断进展，尤其是近几年来，汽车已渐渐成为人们不行或缺的交通工具。然而，由于汽车的普及，汽车所萌生的一系列问题正渐渐凸显出来。倒车，是每位驾驶员都必需把握的技能，如同前行一样需要留神慎重，每年都有倒车引起事故的报道，轻则对自己的车和他人的财物造成损伤，重则可能危及人的性命，尤其是对儿童危害较大，他们体型较小，仅从后视镜来猎取视野指导倒车仍有可能会对人们造成损害。现如今后视镜已越来越不能满足人们安全倒车的需求了。因此，增加汽车的后视力量，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。安全避开障碍物的前提是

2、快速、准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。本系统介绍了一种基于 51 单片机的超声波测距倒车系统的设计，该系统可以准确测得车尾与障碍物的距离，指导司机安全倒车。倒车雷达是汽车倒车停车时的安全关心装置，能够以声音或者直观的显示来告知驾驶员驾驶车辆四周障碍物的状况，帮助驾驶员解决泊车倒车时前后左右探视所引起的困扰。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器、掌握器和报警装置等局部组成。现如今市场上的倒车雷达大多承受超声波测距原理，驾驶员在倒车时，启动倒车雷达，在掌握器的掌握下，由超声波探头发送超声波，在遇到障碍物后产生回波信号，传感器接收

3、到回波信号后经处理器进展数据处理，推断出障碍物的位置，通过声音、数据、图像等形式为驾驶员供给信息和警示来告知驾驶员四周状况，从而使驾驶员倒车时做到心中有数，提高了驾驶的安全性。二、 设计指标要求。（1） 测量距离 40400cm（2） 倒车距离大于 150cm 时，报警器不响； 倒车距离在 80150cm 时，报警器断续的响；倒车距离在 4080cm 时，报警器较急促的响;倒车距离小于 40cm 时，报警器连续响，并且发光二极管发光。三、 设计过程。依据指标要求选择传感器、采集系统、处理系统、掌握显示系统等，并给出具体公司、型号等。1. 超声波测距原理超声波测距是通过不断检测超声波放射后遇到障

4、碍物所反射的回波，从而测动身射和接收回波的时间差 t,然后求出距离 S=ct/2，式中的 C 为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速 C 与温度有关.在使用时，假设温度变化不大，则可认为声速是根本不变的。假设测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波来回的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。2. 系统设计原理整个系统由单片机 AT89C51 掌握，超声波传感器承受收发分体式，分别是一支超声波放射换能器和一支超声波接收换能器。超声波信号通过超声波放射换能器放射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。进展相关处理后，输入单片机的 INT

5、0 脚产生中断，计算中间经受的时间，同时再依据具体的温度计算相应的声速，依据计算公式就可得出相应的距离用来显示，固然在一些场合也可依据需要，设置距离报警值。系统框图如以下图 1 所示：超声波放射模块显示模块AT89C51超声波接收模块报警模块图 1系统框图3. 单片机选用与设计5l 系列单片机中典型芯片(AT89C51)承受 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 T0 和 T1，4个 8B 的 I/O 端： P0，P1，P2，P3，一个全双工串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的 Flash 可编程

6、、可擦除只读存储器(EPROM)，使其在实际中有着格外广泛的用途，在便携式、省电及特别信息保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 2 所示。图 2AT89C51 单片机构造及引脚图5l 系列单片机供给以下功能：4 KB 存储器；256 B RAM；32 条 I/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。空闲方式：CPU 停顿工作，而让 RAM、定时计数器、串行口和中断系统连续工作。掉电方式：保存 RAM 的内容，振荡器停振，制止芯片全部的其他功能直到下一次硬件复位。4. 超声波传感器的选择与设计超声波传感器按收发方式一般可分为两

7、类：一类是发送和接收是两种不同的分体式超声波传感器，此类传感器测距有效范围比较大，但不具备防尘防水功能； 另一类是具有双向的放射/接收功能的收发一体式超声波传感器，如 TR40-16， 不仅用于放射超声波，也用于接收超声波，此类超声波测距范围比较小，防尘、防水性能好。依据本设计所处的环境要求，本系统选用的超声波传感器为TR40-16。超声波传感器选用西安敏电子公司的 TR40-16O01-01工作频率为：40KHz工作温度为：-2070 存储温度为：-3080（1） 超声波的放射电路设计555 构成的超声波放射电路从 555 的 3 脚输出的 40kHz 的振荡脉冲驱动T-40-16 工作，使

8、之放射出 40kHz 的超声波信号。电路工作电压为 9V，工作电流为 4045mA。超声波放射单路的设计如以下图 3 所示：图 3放射电路图（2） 超声波接收电路设计集成电路 CX20226A 是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率 38HKz 与测距的超声波频率 40HKz 较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。超声波接收电路图的设计如以下图4 所示：图 4接收电路图CX20226A 的引脚注释：1 脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗为 40K W 。2 脚：该脚与 GND 之间连接 RC 串联网络，它们是负反响串联网络的一个组成局部

9、，转变它们的数值能转变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻 R 或减小C，将使负反响增大，放大倍数下降，反之放大倍数增大。但 C 的转变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推举选用参数为 R = 4.7W, C = 3.3m F 。3 脚：该脚与 GND 之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，推举参数为3.3m F 。4 脚：接地端。5 脚：该脚与电源端 VCC 接入一个电阻，用以设置贷通滤波器的中心频率， 阻值越大，中心频率越低。6 脚：该脚与 GND 之间接入一个积分电容，标准值为 330pF，假设该电容取得太大，会使探测距离变短。7 脚：遥控命令输出端。8 脚：电源正极，4.5

10、V -5V。5. 报警电路的设计报警信号由单片机输出，供给声光报警信号，电路由电阻 R2、R3、三极管Q2、蜂鸣器 BUZL、发光二极管 D1 组成。当汽车距离障碍物的距离不同响铃不同； 当汽车距离障碍物的距离小于 40cm 时，发光二极管发光，并且铃声响。当测量值高于设定的报警值时，停顿发光报警声响。报警电路的设计如以下图 5 所示：图 5报警电路图6. LCD 显示电路的设计本设计承受 LCD1602 液晶显示，该显示器内部 CGROM 已存储了 160 个不同字符图形，其中包括：阿拉伯数字、英文字母大小写、常用字符等。显示的时候只需要把响应代码写入即可以显示响应符号。显示电路图如以下图 6 所示：图 6显示电路图四、 分析所设计系统满足指标状况。当温度变化不大时就可以满足指标状况，温度变化大了就不满足指标状况了。