汽车倒车超声测距仪的设计与制作（PPT ）课件.ppt

* 通信与电子学院 曾旺辉 2013年5月14日 汽车倒车超声测距仪的设计与制作 1 2 3 4 开发背景 任务与要求 测距原理与总体结构 单无电路设计 5 软件设计 主要内容 开发背景 近年来，随着汽车产业的迅速发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。在公路、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，稍微不小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能力不良造成的。因此。增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、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。 任务与要求 2．设计技术要求 （1）距离测量范围5---150cm （2）测量误差≤±5% （3）倒车距离≤20cm时自动报警 （4）数字显示距离 1．设计任务 利用8051单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、环境温度采集电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽车倒车距离显示与控制。 测距原理与总体结构 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离，如图2.2所示 图2-2中被测距离为H，两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用表示，由图可得： 当被测距离H远远大于M时 在整个传播过程中，超声波所走过的距离为： 这就是所谓的时间差测距法。只要测出超声波发出到接收的时间就可以算出距离。 测距原理与总体结构 系统方案一 测距原理与总体结构 系统方案二 单元电路设计 1、超声波发射电路 方案一：由555电路产生超声波（方波信号） 工作时，单片机通过P1.0口向超声波发生电路发出复位信号，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。 单元电路设计 1、超声波发射电路 由CD4069来驱动超声波传感器的发射探头发射超声波。 单元电路设计 1、超声波发射电路 超声波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间 方案二：由单片机P1.0端口输出超声波（40kHz的方波）信号 单元电路设计 2、超声波接收电路 由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物反射的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路CX20106A，可用完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。 方案1：采用专用芯片CX20106A及其外围电路构成接收电路。 单元电路设计 2、超声波接收电路 其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外拉电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。 单元电路设计 2、超声波接收电路 工作时，换能器CSB40R将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给CX20106A的输入端1，当CX20106A接收到信号时，7脚就会输出一个低电平，可用于单片机的中断信号源。当单片机接收到中断信号时，说明检测到了反射回来的超声波。单片机就进入中断处理程序，开始进行距离计算，分析计算结果后控制LED和蜂鸣器的工作。 单元电路设计 2、超声波接收电路 方案二：采用模拟电路 因为超声波测距只用于近距离，当距离较远时，衰减较为严重，反射回来的信号相对也比较微弱。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，最后把检波输出的信号送入电压比较器进行比较，电压比较器输出的方波信号直接输入单片机的INT0中断口，产生中断，停止计时，在进行数据处理运算。 单元电路设计 3、报警电路 本系统在输出电