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1、,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
2、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
3、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。,
4、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
5、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
6、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
7、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,本系统在输出电路上加上蜂鸣器作为声音报警，当距离小于20CM时，蜂鸣器发出间隔频率为IHZ的BiBi声。其电路设计如图所示。,单元电路设计,4、温度检测电路,由于超声波的传播速度v会受温度、湿度、压强等的影响，其中温度的影响尤为严重。因此在测量精度要求高的场合，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正，以减小误差。,本系统采用DALLAS公司的D
8、Sl8B20数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的温度值用9位二进制数直接表示，这些值通过DSl8B20的数据总线直接输入CPU，无需AD转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入DSl8B20，无需外部电源。DSl8B20数字温度传感器与AD590、LM35等温度传感器相比，具有相当的测温范围和精度，温度测量精确、不受外界干扰等优点。硬件结构如上图5示。,单元电路设计,5、显示电路,方案一：显示部分采用1602LCD液晶显示。具体接口如右图所示。,单元电路设计,5、显示电路,方案二：LED显示电路。,单元电路设计,6、单片机最小系统,系统软件设计,1、主程序的设计,系统软件设计,2、中断程序的设计,系统软件设计,3、测距模块的设计,4、显示及报警模块设计,Thank you!,
