超声波测距在倒车雷达中的应用.docx

摘要如今经济飞速发展，汽车逐渐作为一种必备品走进/每家每户之中.但是同时，由r停车或者倒车而导致的事故数量也在逐年增加。这种安全事故能够给人们的人身安全造成巨大的危害，基于此种现象，研发一种能够实时响应的、低障碍率的、高性价比的汽车预防碰撞报警系统是大势所趋。超声测距是一种使用率高的,效果良好的测距方法,这里描述了一种鞋于超声测距原理而研究的一种倒车宙达方法。其全称为“倒车防撞雷达”，是一种为了减少倒车事故的发生而研制出的一种设备。基于超声测距原理而实时的测星:汽车周围的障碍物，并且将其位置信息以显示器的方式传达给驾驶员，并在即将张近障碍物的时候做出预警，这样驾驶员在倒车的时候就知道在共视野自区范围内是否有障碍物，若有障碍物则及时避开，从而避免事故的出现。因为超声波的传播具有集中度高、传播距离远的特征而在测量工作中受到了人们的普遍喜爱。这里介绍一种以AT89C2051单片机为核心，拥有显示功能以及预警功能，并且费用低廉、精确性高的一种小型化倒车雷达系统。其基本原理是超声测距原理，在此基础上还融合了温度补偿、开机自检等些成熟的技术。所测量得到的位置信息实时的传送到显示器上现实出来，并且在靠近障碍物的时候以声音信号和图像信号做出预警.驾驶员发现预警信息就明白应该避开障碍物，泊车以及停车的安全性和有效性便会得到很大的提高。关键词：倒车宙达：超声波：AT89C2051单片机；测距AbstractNowadays,withtherapideconomicdeve1.opment,owningone'Sowncarisbecomingmoreandmorecommon.However,thenumberofaccidentscausedbyParkingandreversinghasa1.soincreasedsignificant1.y.Theharmcausedbytheaccidenttothedriver,s1.ifeandpropertyisinca1.cu1.ab1.e.Inviewofthissituation,itisthegenera1.trendtodesignafastresponse,highre1.iabi1.ityandhighcostperformancecarco1.1.isionpreventiona1.armsystem.Themostcommonmethodofdetectingdistanceisu1.trasonicranging.Thispaperintroducesareversingradarmethoddesignedbyu1.trasonicranging.“Reverseco1.1.isionavoidanceradar*isthefu1.1nameofreverseradar,a1.soknownas"parkingaid”,whichisasafetyaidforparking.I1.canIe1.1.theobstac1.esaroundthedriverwithsoundormoreobviousrea1.ity,reducethetroub1.escausedbythefront,rear,1.eftandrightwa1.kingwhenthedriverstopsandstartsthevehic1.e,andhe1.pthedrivere1.iminatethedefectsofdeadcornersandb1.urredvision.DUetoitsstrongdirectivity,s1.owenergyconsumptionand1.ongpropagationdistanceinmedia,u1.trasonicwavesarecurrent1.ycommon1.yusedtomeasuredistance.Thispaperintroducesa1.ow-cost,high-prccisionandminiaturizedreversingradarsystemwithAT89C2051sing1.echipmicrocomputerasIhecoreandwithdigita1.disp1.ayandHCOUSio-OPIiCa1.armfunctions.Thereversingradarisdeve1.opedbasedontheprincip1.eofu1.trasonicrangingandadoptstemperaturecompensationtechno1.ogy,post-bootse1.f-checkingtechno1.ogyandoptimizedsoftwareandhardwaretechno1.ogy.Themeasuredresu1.tswi11besentIoIhedigita1.tubedisp1.ay,andattheSanIe1.imea1.hree-IeveIaudib1.eandvisua1.a1.armwi1.1.bestarted.Thedrivercanunderstandfromthecabinsidea1.onethatthesafetyandefficiencyofparkingandparkinghavebeengreat1.yimproved.Keyword:BaCk-draftradar;U1.trasonic;T89C2051SCM;Ranging第一章超声波测距原理1.1 超声波测距的基本原理1、超声测距的原理类似于雷达，声波在空气中以340米每秒的速度传播，招超声波在传播过程中所经历的时间计量出来，再乘以速度便可以计算出传感罂和障碍物之间的距离。用公式表示如下：1.=-C×T2其中1.表示测距装置和障碍物之间的距离，C表示的是声波的波速，T表示的是从超声波发出到接收到经历的时间,乘以"2的系数是因为从超声波发出到接收所走的路程是一个来回，将两者间的隹惑走了两次。其工作原理如下：图I超小波测距原理2、超声波发生器为了更大潜力的挖掘出超声波的用途，有各种不同类型的超声波发生涔被研发出来。其类型通常有两种,第一种是电气式的，具体又可分为压电型、电动型等：第二种是机械式，有高尔通长笛等。不同类型的发生器所发出的超声波的性质各不同，包括频率、振幅等等，性质不同，用途也不同，现在使用率域高的一种是压电型。3、压电式超声波发生器原理在发生器内部最核心的元件一个谐振片，其两例各有一个压电晶片。对这两个压电晶片秣放脉冲信号，若频率等于其固有频率，则会发生共振，然后便会引动谐振片发生振动,谐振片发生振动便产生了超声波。如果将这个过程发过来的话，外部用电.接收到的超声波引起谐振片的振动，然后谐振片的振动引起电晶片的振动，这样便成了一个接收器.1.1.1 超声波的简介超声波仅仅意味着音须超过了人耳能听到的范用。般来说，超声波是指声音超过20KHz.与光波相比，超声波是一种机械波,只能在介质中传播，而不能在真空中传播,而且其传播速度会因为介质的不同而发生变化。有相关资料表明，在海水温度为十三摄氏度的时候，声音在其中的传播速度为1500米每秒,当海水的含盐量为百分之3.5,温度为零摄氏度的时候，声音在海平面的传播速度为1449米每秒，当温度为常温的时候，在空气中的传播速度是344米每秒，并且随着温度的降低，传播速度也会降低，在零度的时候,会降低至334米每秒。其传播距离和声波的振幅成正比,振幅越大，表示其内蕴含能量越高，传播的越远：和大气的吸收能力成反比，大气的吸收能力越强，则其在传播过程中的能量损耗越大，传播的距窗就越短。温度是影响传播速度的一个就要因素，声速与温度之间的关系通过公式表示为：C=331.45+0.61t,在实际应用过程中，如果温差不大的话,则忽略温度影响，认为声速是一个定制。如果要求的测量精度比较高，则可以以温度补偿来校正。确定声速后，再测量出超声波从发出到反射回来被接受所经历的时间，就能筋计能出距离，这便是测距原理。1.1.2 超声波测距的应用用单片机控制发出超声波，同时开始计时，在传播过程中碰到障碍物发生反射，再接收反射回的波，计量出这段过程所经历的时间，然后根据当前声速便可完成测距。有相关研究成果表明，当波频为四百千加的时候，传播效率最高。所以，为了使得测员范闱能够到达最大，在发出超声波以前对其调制，将嫌率统统变成四百赫，然后以固定间隔来发出超声波，形成脉冲信号,如图2：_发W一30ms.:700建j>tj三nn11nj11Jin11Jif1.m2超声波邮道工作时序1.2 超声波倒车雷达系统工作原理在倒车的时候，后方的障碍物分布情况可以由倒车雷达显示出来。因为汽车在倒车时速度较为缓慢，若以声速为参照物，可认为汽车处于静止状态，所以，这里忽略多普勒效应对波速带来的影响.在各种不同的测距方式中，脉冲法只需要测量个参数.也就是所经历的时间即可，此种方法易于实践。所以这里使用了这种测距方法来探测障碍物。1.2.1 超声波倒车雷达系统工作原理其工作原理如下图，在开始倒车以后，雷达系统同步开始运行，超声发生器发出频率为四十千赫的超声信号，其在传播的过程中若遇到障碍物.则会发生反射，发生器则又成为接收器接收反射回来的信号。单片机AT89C2051在把这个信号传递到显示设备处，同时根据距离的长短由语音系统进行语音提示。图3系统1：作IS理框图第三章超声波倒车雷达硬件设计3.1超声波倒车雷达的工作原理倒车宙达的作用在于当驾驶员倒车的时候，将车辆后方的用码物信息传达给驾驶员.因为汽车在倒车时速度较为缓慢，若以声速为参照物，可以认为汽车处于静止状态，所以,这里忽略多普勒效应可能导致的声速提高或者降低。测距方法有很一种，豚冲法是其中一种可行性比较高的方法,所以，这里在宙达中用这种方法来测蹈。如图3,在开始倒车以后，倒车宙达同步启动，发生器发出频率为四十千赫的超声信号，在传播的过程中碰到障碍物发生反射，然后超声接收器接收。雎片机根据所经历的时间计算出距离以后，将其发送绐显示装置，同时根据距离的长短给出不同的语音提示。图3系统工作原理里图3.2超声波发射电路超声发射器是发出超声波的装置，其由两个部分构成，其一是发生电路，用来生成超声波，其二是控制电路，用来控制超声的发射。探头的型号选择为CSB40T,生成超声波的手段有两种，其一为软件，软件生产超声信号，然后经由输出引脚传递到聊动涔，由其驱动探头来发出超声波：此种方法的优点在于其灵活程度高，容易改动信号，缺点在于需要配套的驱动电路，而且电路的电潦不能低于一百宅安。其二是硬件，由发生器生成超声信号，然后邪动换能潺发出超声波，此种方法灵活程度差，但也不需要出动电路。这里使用软件的方法生成超声波，下图为其电路设计。生成声波的元件是时基电路.振荡频率根据公式=kT：C来计算,变/调节信号频率,这里以Rm为可调电路,+2*RM)XCS为r确保时基拥有足以产生满足要求的超声波的能力，这里选r+i2伏的电源,Cnt为控制信号。3. 3超声波接收电路接收淞主要有几个部分构成，分别是探头、放大电路、波形变换电路。为/使其和发射器拥有相同的频率，这里选择的探头和发射器的探头型号一致，为CSB1.OR。由于探头根据接受到的信号所转换出的电信号比较狠预，因此需要用放大电路来放大信号。而且因为单片机无法接受正弦波信号，所以漉波也成必须要考虑的事项.接收电路既可以设计为专用电路,也可以设计为通用电路。园声波在空气中进行传播的过程中，其所携带的能尿随著传输的越来越远而逐渐衰减，也及时跟离近的地方信号覆度离，通常不会超过Iv,距离远的地方，信号强度低，通常不会低于Imv.对于不同强度的信号,需要用不用的接收探头来接收.由于输入信号的范围比较大，