駐車場用超音波レンジファインダーの開発

駐車場用超音波レンジファインダーの開発

要約: この論文では、adopTIngマイクロプロセッサ技術によって開発された駐車用超音波距離計の基本原理について説明します。 測定と計算のMathematTIcsモデル、およびrealizationメソッドについても説明します。 ソフトウェア校正方法は、測定精度と信頼性を高めるために使用されます。 実際のapplicaは、駐車時にセキュリティが大幅に保証されることを示しています。

キーワード: 超音波レンジ発見マイクロプロセッサ

生活水準の継続的な向上に伴い、家族に入る車の消費意識が高まっています。 中国の都市型自動車の所有権は急速に増加しています。 その結果、特に都市では、交通事故が日々増加しています。 インテリジェントな交通システムの开発は、21世纪の交通の重要な発展方向です。 インテリジェント輸送システム (ITS) は、既存のインフラストラクチャの可能性を十分に活用し、輸送効率を向上させています。 交通安全の確保、交通渋滞の緩和、都市環境の改善の優れた効率は、あらゆるレベルの政府によって広く懸念されてきました。 中国政府はまた、その研究、開発、促進、および応用を非常に重要視しています。 この論文で説明するのは、逆転に害を及ぼす可能性のある障害物や歩行者を効果的に回避できる逆転保護に焦点を当てています。 逆転によって引き起こされる経済的損失および個人の安全問題を効果的に避けて下さい。 外国のハイエンド車は、工場を出るときに同様のシステムでインストールされています。

システムは3つの部分から成ります :( 1) 車の尾の左右の障害物を検出するために同じトランシーバーが付いている2つの空気超音波プローブ。 (2) 制御回路は、単一チップのマイクロコンピュータと超音波の送受信回路で构成されます。 (3) 距離表示回路と可聴および視覚アラーム回路。

このシステムは、次の技術指標を実現します。双方向超音波測位、デジタル表示距離、音声プロンプト距離範囲、ローニクシー管表示距離範囲。

具体的なインジケータは以下の通りである: I. 超音波位置の2つのチャネルおよび各チャネルの検出の範囲の角度は14oです

II 3桁nixieチューブ距離ディスプレイ

III 4セグメント音声距離範囲プロンプト、赤、緑、青のニキシー管距離表示

働く温度:-20-60

测定分解能は1cmであり、エラーは0.5% 未満である。

テスターは高い測定精度と多様な迅速な方法を持ち、さまざまな作業環境の客観的なニーズを満たすことができます。

3ハードウェア回路の构成と働き原理

3.1制御チップ

AT89C2051は高いコストパフォーマンスの小さいインテリジェントな器械のコントローラーとして使用されます。 命令システムは8031と完全に互换性があります。 P0およびP2ポートを除くすべての機能構造は8031です。 それで構成される測定制御システムは、単純な回路、高い信頼性と小さな体積の利点を持っています。制御および送受信回路の量は、ハードウェア構成のブロック図を図1に示します。

シングルチップマイクロコンピュータのP1.4およびP1.5ポートは、0.2msの持続時間で40KHzの方形波を交互に出力し、19.8msごとに再度送信するように出力ポートとしてプログラムされています。つまり、超音波の2つのチャネルの繰り返し周波数はです。 室温での空気中の超音波の伝播速度は340メートル/秒であり、これにより機器の最大検出距離が決まります。 実際の状況は、命令を実行するのに時間が必要であり、すべての送信と受信が完了すると、プログラムがディスプレイを送信することです。 繰り返し周波数が約50Hzのとき、最大検出距離は1.5mである。 P1.4およびP1.5ポートの波形を図2に示す。 P1.6およびP1.7はそれに応じて2つの超音波エコーを受け取るために入力ポートとしてプログラムされます。

P3.2-p3.5は出力ポートとしてプログラムされ、p3.2-p3.4はisd1110音声チップの音声データセグメントを制御し、p3.5はいつ再生するかを制御します。

ディスプレイは動的スキャンを採用しており、シリアルポートRXDとTXDはディスプレイデータの送信に使用され、p1.0-p1.3はディスプレイビットの送信に使用されます。 P1.0とP1.1には内部プルアップ抵抗がないため、アプリケーションではそれぞれ4.7Kの外部プルアップ抵抗を接続する必要があります。

回路はmax810リセット特殊チップを採用しています。 車両の電源はDC 12Vを採用しているためです。 バッテリーと発電機は並列に接続されています。 悪い労働条件下 (エンジン始動中など) では、電圧は約6Vに低下します。 シングルチップマイクロコンピュータの電源は、車両の12Vから取得されます。これは、シングルチップマイクロコンピュータの通常の動作に深刻な干渉となり、プログラムが実行されます。 Max810はこの問題を解決できます。 その機能は、シングルチップマイクロコンピューターの電源電圧を監視することです。電源電圧が設定されたしきい値よりも低い場合、max810はリセットされ、電源電圧がしきい値を超えて戻ったときに140ms継続します。 これにより、シングルチップマイクロコンピュータの不安定な電源電圧によって引き起こされる干渉を十分に解決できます。

3.2超音波送信および受信回路

2つの送信回路と受信回路は同じ構造を持ち、順番に機能します。 2つの回路は同じ構造を有する。 原理は図3に示されています。

3.2.1送信回路

シングルチップマイクロコンピューターのP1ポートは、IOポートとして使用すると20mAの電流充填容量を提供でき、電流吸収容量が小さいため、NPNチューブを外部に接続して出力電流容量を改善します。 40KHzパルス信号が一定のパワーを有することを確認する。

3.2.2受信回路

受信回路はプリアンプで構成されています。バンドパスフィルター増幅; エコーシェーピングと二値化。 プリアンプは、小さな信号を効果的に増幅し、増幅回路全体の入力インピーダンスを改善できます。 この回路では、2段階の2次無限利得フィードバックバンドパスフィルター増幅が設計されており、中心周波数は40KHzです。第1段階の増加はA1 =-120であり、第2段階の増加はA1 =-320であり、これにより、マイクロボルト信号が整形と二値化のためにボルトステージに増幅されます。 シェーピングおよび二値化回路の機能は、エコー信号を単一の極性信号に検出することです。二値化、すなわち 1ビットa/D、しきい値レベルを設定し、アナログエコーをレベル信号に変換してP1.6に入力します。

3.3音声アラーム回路

測定器の出力として、音声アラームは非常に直感的で理解しやすい形式であり、マンマシンインターフェースはフレンドリーです。 ドライバーは通常、反転時に車両の計器を推定する時間がなく、車両の後部に注意を払うことを考慮すると、タイミングは音声アラームを採用します。 現在、市場には多くの種類の音声技術製品があります。 この回路はISD社のisd1110音声チップを採用し、チップは高度な統合を備えた (DAST) 直接アナログストレージ技術を採用しています。 記録と再生の時間は10秒で、80のセクションに分かれています。 マイクロコンピュータ制御は、必要な音声信号を出力するために柔軟に組み合わせることができる。 アプリケーションでは、自作の開発システムが必要であり、音声はチップに録音され、PCのパラレルポートを使用してシステムに接続されます。 合計4つのセグメントが記録されました。"1.5mゾーン"; "1mゾーン"; "0.5mゾーン"; 「警告音楽アラームを制限する」。 測定された距離に従って、対応する段落を定期的に再生します。 測定結果が0.8mの場合は、「1mの面積」と報告してください。 制御回路インターフェイスを図4に示します。isd1110のA3、A4、A5はアラームセグメントを選択し、再生はp3.5に接続され、立ち下がりエッジが再生をトリガーします。

3.4ディスプレイ回路

音アラームに加えて、光学アラームは別の効果的なアラームモードです。 デザインには2つの形式の光学アラームがあります。 3本のニキシーチューブには、現在のテスト距離 (単位: mm) 、オーバーレンジディスプレイ「 --- 」、リバースから障害物までの距離が25mm未満、ディスプレイ「SOS」が点滅し、音声が表示されます。警告音楽を再生します。 ニキシー管の列には、2つの赤、2つの緑、2つの青があり、相対距離を示しています。 測定値が1mを超える場合、最大2つの緑色のチューブがオンになります。測定値が0.5mを超える場合、2つの緑色のチューブがオンになり、最大で2つの黄色のチューブがオンになります。測定値が0.3mを超える場合、2つの緑と2つの黄色のチューブがオンになっています、最大で2つの赤いチューブがオンになっています。 行nixieの管はテストの距離の相対的な値を表示します。 距離が近いほど、nixieチューブが点灯する数字が多くなります。

電気的な概略図を図5に示す。 RXDシリアル出力はデータの表示に使用され、TXDは同期パルスを出力し、164の一部はシリアルデータをパラレルデータに変換するために使用されます-位置制御としてP1.3出力、nixieチューブとLED列をオンにします。 P1.0とP1.1にはプルアップ抵抗がないため、IOポートとして使用する場合は4.7Kプルアップ抵抗を接続する必要があります。 運転能力を高めるために、位置制御にmc1413が追加されています。

プログラムは、メインプログラム (図6) 、割り込みサービスプログラム (図7) 、および表示サブルーチン (図8) で構成されています。 タイマーT0は10msに使用され、タイミングの最初に40KHzのパルスがP1.4に送信され、P1.6にエコーがあるかどうかが照会されます。 エコーがある場合は、t0タイミング時間tと音速V (m) から取得できます。エコーなしで10msが到着した場合、t0タイミングのオーバーフローが割り込みます。 T0割り込みサービスサブルーチンでは、表示「 --- 」を表示バッファに書き込み、フラグビットを設定し、フラグビットを判断してサービスサブルーチンの終了を決定し、フラグビットを更新してから戻ります。 フラグビットの機能は、P1.4とP1.6を保証することです。P1.5とP1.7は順番に送受信します。 ディスプレイはダイナミックスキャンを採用しています。 メインプログラムが1つのチャンネルの送受信を完了するたびに、ディスプレイを送信します。 各ディスプレイはシリアルポートを4回開始し、対応するディスプレイビットはローに設定されます。 同時に、測定結果に従って対応するプロンプトセグメントを再生します。

車が働いているとき、高電圧の電気火災のために強い電磁放射があり、電磁環境は悪いです。 したがって、干渉防止の問題は、ハードウェアとソフトウェアの両方で考慮されます。

ハードウェアの面では、超音波受信はフロントステージの小さな信号です。 センサーは、高品質のシングルコアシールド線と接続され、小さな信号の信頼性の高い伝送を保証します。 信号増幅ステージでは、2段のバンドパスフィルタリングを使用して、高周波および低周波の干渉をフィルタリングします。 デジタル部分とアナログ部分の電源は別々に供給されます。 コントローラーボックスは、金属シェルを使用して外部電磁場をシールドします。 ソフトウェアはグロス値消去法を使用しており、各測定結果は3回のグループです。 まず、グロス値が削除され、次にディスプレイに送信された平均測定結果が取得されます。 立方体平均化の使用は、測定のリアルタイム性能を考慮に入れる。 逆転中、私は障害物からの正確な距離についてはあまり気にしません。障害物があるかどうか、そして車の後ろからどれだけ離れているかです。 実践は、これらの措置が良い結果を達成したことを証明しました。

楽器は使用され、所定の目標を達成しました。 逆転の過程で、車の左後部と右後部から1.5m以内の障害物の自動検出を実現し、歩行者が突然危険エリアに侵入し、アラームを発してドライバーに対策を促す。 新しいドライバーにとって、その役割はより明白です。 彼らは逆転の過程でよく知っています、そしてそれは逆転するとき安全性を大いに改善します。