Desenvolvimento de Rangefinder ultra-sônico para estacionamento

Desenvolvimento de Ultrassônico Range Finder para Estacionamento

Resumo: Este artigo descreve o princípio básico do telêmetro ultrassônico para estacionamento, desenvolvido pela tecnologia de microprocessador adopTIng. O modelo MathematiTIcs de medição e cálculo, bem como os métodos de realização, também é discutido. O método de calibração de software é usado para aumentar a precisão e a confiabilidade da medição. A aplicação real mostra que a segurança é muito segurada durante o estacionamento.

Palavras-chave: Microprocessador ultrassônico de localização de alcance

Com a melhoria contínua dos padrões de vida, a consciência de consumo dos carros que entram nas famílias está aumentando. A propriedade de carros urbanos da China aumentou rapidamente. Como resultado, os acidentes de trânsito estão aumentando dia a dia, especialmente nas cidades. O desenvolvimento do sistema de transporte inteligente é uma importante direção de desenvolvimento do transporte no século XXI. O sistema de transporte inteligente (ITS) está dando pleno desempenho ao potencial da infraestrutura existente e melhorando a eficiência do transporte. A excelente eficiência de garantir a segurança do tráfego, aliviar o congestionamento do tráfego e melhorar o ambiente urbano tem sido amplamente preocupada pelos governos em todos os níveis. O governo chinês também atribui grande importância à pesquisa, desenvolvimento, promoção e aplicação de sua. O discutido neste artigo enfoca a proteção de reversão, que pode efetivamente evitar obstáculos e pedestres que podem causar danos à reversão. Efetivamente, evite perdas econômicas e problemas de segurança pessoal causados pela reversão. Carros estrangeiros de última geração foram instalados com sistemas semelhantes quando saem da fábrica.

O sistema consiste em três partes: (1) duas sondas ultrassônicas de ar com o mesmo transceptor para detectar os obstáculos na parte traseira esquerda e direita da cauda do carro. (2) O circuito de controle composto de microcomputador de chip único e circuito de transmissão e recepção ultrassônico. (3) Circuito de exibição de distância e circuito de alarme sonoro e visual.

O sistema realiza os seguintes índices técnicos; Posicionamento ultrassônico bidirecional, distância de exibição digital, faixa de distância de prompt de voz, faixa de distância de exibição de tubo nixie de linha.

Os indicadores específicos são os seguintes: I. Dois canais de posicionamento ultra-sônico, e o ângulo de faixa de detecção de cada canal é 14o

II exibição de distância do tubo nixie de três dígitos

III display de distância de voz de quatro segmentos, display de distância de tubo nixie vermelho, verde e azul

Temperatura de trabalho:-20-60

A resolução de medição é de 1cm e o erro é inferior a 0,5%.

O testador tem alta precisão de medição e métodos imediatos diversificados, que podem atender às necessidades objetivas de diferentes ambientes de trabalho.

3 Composição do circuito de hardware e princípio de funcionamento

3.1 chip de controle

AT89C2051 é usado como o controlador em pequenos instrumentos inteligentes com alto desempenho de custo. O sistema de instrução é totalmente compatível com 8031. Possui todas as estruturas funcionais de 8031, exceto portas P0 e P2. O sistema de controle de medição composto por ele tem as vantagens de circuito simples, alta confiabilidade e pequeno volume; O volume de controle e circuito de transmissão e recepção é, e o diagrama de blocos de composição de hardware é mostrado na Figura 1;

As portas P1.4 e P1.5 do microcomputador de chip único são programadas como portas de saída para produzir alternadamente onda quadrada de 40KHz com uma duração de 0,2 ms e enviá-la novamente a cada 19,8 ms, ou seja, a frequência de repetição dos dois canais de ultrassom é. A velocidade de propagação do ultra-som no ar à temperatura ambiente é de 340 m/s, o que determina a distância máxima de detecção do instrumento. A situação real é que, como a instrução precisa de tempo para ser executada, e quando toda a transmissão e recepção são concluídas, o programa enviará uma exibição. Quando a frequência de repetição é de cerca de 50Hz, a distância máxima de detecção é de 1,5 m. As formas de onda das portas P1.4 e P1.5 são mostradas na Figura 2. P1.6 e P1.7 são programados como portas de entrada para receber dois ecos ultrassônicos de acordo.

P3.2-p3.5 é programado como a porta de saída, p3.2-p3.4 controla o segmento de dados de voz do chip de voz isd1110 e p3.5 controla quando jogar.

O display adota varredura dinâmica, as portas seriais RXD e TXD são usadas para enviar dados de exibição e p1.0-p1.3 são usadas para enviar bits de exibição. Uma vez que P1.0 e P1.1 não têm resistência pull-up interna, a resistência pull-up externa de 4,7 K deve ser conectada respectivamente na aplicação.

O circuito adota max810 chip especial de reset. Porque a fonte de alimentação no veículo adota DC 12V. A bateria e o gerador estão conectados em paralelo. Em más condições de trabalho (como durante a partida do motor), a tensão cai para cerca de 6V. A fonte de alimentação do microcomputador de chip único é retirada do 12V do veículo, o que será uma séria interferência na operação normal do microcomputador de chip único, e o programa será executado. Max810 pode resolver este problema. Sua função é monitorar a tensão de alimentação do microcomputador de chip único; Quando a tensão de alimentação é inferior a um limite definido, o max810 reinicia e continua por 140ms quando a tensão de alimentação retorna acima do limite. Isso pode resolver a interferência causada pela tensão de alimentação instável do microcomputador de chip único.

3.2 circuito de transmissão e recepção ultra-sônico

Os dois circuitos de transmissão e recepção têm a mesma estrutura e funcionam em turnos. Os dois circuitos têm a mesma estrutura. O princípio é mostrado na Figura 3;

3.2.1 circuito de transmissão

Como a porta P1 do microcomputador de chip único pode fornecer capacidade de enchimento de corrente de 20mA quando usada como porta IO, e a capacidade de absorção de corrente é pequena, um tubo NPN é conectado externamente para melhorar sua capacidade de corrente de saída. Certifique-se de que o sinal de pulso de 40KHz tenha uma certa potência.

3.2.2 circuito de recepção

O circuito de recepção consiste em pré-amplificador; Amplificação do filtro passa-banda; Modelagem e binarização de eco. O pré-amplificador pode efetivamente amplificar o pequeno sinal e melhorar a impedância de entrada de todo o circuito de amplificação. Neste circuito, a amplificação de filtro passa-banda de feedback de ganho infinito de segunda ordem de dois estágios é projetada, e a frequência central é de 40KHz; O aumento do primeiro estágio é A1 = - 120 e o ganho do segundo estágio é A1 = - 320, O que garante que o sinal de micro volt seja amplificado para o estágio de volt para modelagem e binarização. A função do circuito de modelagem e binarização é detectar o sinal de eco em um único sinal de polaridade; Binarização, ou seja, Um bit a / D, define o nível de limite, converte o eco analógico em sinal de nível e o insere para P1.6.

3.3 circuito de alarme de voz

Como a saída do instrumento de medição, o alarme de voz é uma forma muito intuitiva e fácil de entender, e a interface homem-máquina é amigável. Considerando que o motorista geralmente não tem tempo para estimar o instrumento no veículo ao reverter e presta atenção na parte traseira do veículo, o tempo adota o alarme de voz. Atualmente, existem muitos tipos de produtos de tecnologia de voz no mercado. Este circuito adota chip de voz isd1110 da empresa ISD, e o chip adota (DAST) tecnologia de armazenamento analógico direto, que tem um alto grau de integração. O tempo de gravação e reprodução é de 10 segundos e dividido em 80 seções. O controle do microcomputador pode ser combinado de forma flexível para emitir os sinais de voz necessários. Na aplicação, o sistema de desenvolvimento self-made deve ser necessário, e a voz deve ser gravada no chip e conectada ao sistema usando a porta paralela do PC. Um total de 4 segmentos foram registrados, a saber; "zona de 1,5 m"; "zona de 1m"; "zona de 0,5 m"; "Limite de alarme de música de aviso". Jogue o parágrafo correspondente regularmente de acordo com a distância medida. Se o resultado da medição for 0,8 m, informe "1m de área". A interface do circuito de controle é mostrada na Figura 4; A3, A4 e A5 de isd1110, selecione segmentos de alarme, a reprodução está conectada ao p3.5 e a borda decrescente aciona a reprodução.

3.4 circuito de exibição

Além do alarme sonoro, o alarme óptico é outro modo de alarme eficaz. Existem duas formas de alarme óptico no design. Os três tubos nixie exibem a distância de teste atual (unidade: mm), a tela de alcance "---", a distância do reverso ao obstáculo é inferior a 25mm, a tela "SOS" pisca e a voz reproduz música de aviso. A fileira de tubos nixie tem dois vermelhos, dois verdes e dois azuis, mostrando a distância relativa. Quando o valor medido é maior que 1m, no máximo dois tubos verdes estão ligados; Quando o valor medido é maior que 0,5 m, dois tubos verdes estão ligados e no máximo dois tubos amarelos estão ligados; Quando o valor medido é maior que 0,3 m, dois tubos verdes e dois amarelos estão ligados, E no máximo dois tubos vermelhos estão ligados. O tubo de linha nixie exibe o valor relativo da distância de teste. Quanto mais próxima a distância, mais dígitos o tubo nixie acende.

O diagrama esquemático elétrico é mostrado na Figura 5. A saída serial RXD é usada para exibir dados, o pulso de sincronização de saídas TXD e um pedaço de 164 é usado para converter dados seriais em dados paralelos-saída P1.3 como controle de posição, ligar o tubo nixie e a linha led. Como P1.0 e P1.1 não têm resistência pull-up, uma resistência pull-up de 4,7 K deve ser conectada quando eles são usados como portas IO. A fim de aumentar a capacidade de condução, um mc1413 é adicionado ao controle de posição.

O programa consiste no programa principal (Figura 6), programa de serviço de interrupção (Figura 7) e sub-rotina de exibição (Figura 8). O temporizador T0 é usado para 10ms e o pulso de 40KHz é enviado para P1.4 no início do tempo para consultar se há eco em P1.6. Se houver eco, ele pode ser obtido a partir do tempo de temporização t0 t e da velocidade do som V (m); Se 10ms chegou sem eco, a interrupção do transbordamento de temporização t0. Na sub-rotina de serviço de interrupção t0, escreva a exibição "---" no buffer de exibição, defina um bit de sinalizador, julgue o bit de sinalizador para determinar a saída da sub-rotina de serviço e atualize o bit de sinalizador antes de retornar. A função do bit de bandeira é garantir P1.4 e P1.6; P1.5 e P1.7 enviar e receber por sua vez. A exibição adota digitalização dinâmica. Cada vez que o programa principal completa a transmissão e recepção de um canal, ele envia um display. Cada exibição inicia a porta serial quatro vezes e o bit de exibição correspondente é definido como baixo. Ao mesmo tempo, reproduza o segmento de prompt correspondente de acordo com os resultados da medição.

Quando o carro está funcionando, há forte radiação eletromagnética devido ao fogo elétrico de alta tensão, e o ambiente eletromagnético é ruim. Portanto, o problema anti-interferência é considerado em hardware e software;

Em termos de hardware, a recepção ultra-sônica é um pequeno sinal no palco da frente. O sensor é conectado com um fio blindado de núcleo único de alta qualidade para garantir a transmissão confiável de pequenos sinais. No estágio de amplificação do sinal, a filtragem passa-banda de dois estágios é usada para filtrar interferências de alta e baixa frequência. A fonte de alimentação da parte digital e da parte analógica é fornecida separadamente. A caixa controladora usa uma carcaça de metal para proteger o campo eletromagnético externo. O software usa o método de eliminação do valor bruto e cada resultado da medição é um grupo de três vezes. Primeiro, o valor bruto é eliminado e, em seguida, o resultado médio da medição enviado para a exibição é obtido. O uso de média cúbica leva em consideração o desempenho em tempo real da medição. Durante a reversão, não me importo muito com a distância exata do obstáculo; É se existem obstáculos e a que distância da parte de trás do carro. A prática provou que essas medidas alcançaram bons resultados.

O instrumento foi colocado em uso e atingiu o objetivo predeterminado. No processo de reversão, ele percebe a detecção automática de obstáculos dentro de 1,5 m da traseira esquerda e traseira direita do carro e pedestres invadindo repentinamente a área perigosa, e dá um alarme e solicita que o motorista tome medidas. Para novos motoristas, seu papel é mais óbvio. Eles sabem bem no processo de reversão, o que melhora muito a segurança ao reverter.