停車用超聲波測距儀的研製

停車場用超聲波測距儀的研製

摘要: 本文介紹了採用微處理器技術開發的用於停車的超聲波測距儀的基本原理。 還討論了測量和計算的數學模型以及實現方法。 軟件校準方法用於提高測量精度和可靠性。 實際應用表明,停車時的安全性得到了極大的保障。

關鍵詞: 超聲波測距微處理器

隨著生活水平的不斷提高,汽車進入家庭的消費意識日益增強。 中國城市汽車保有量迅速增加。 因此,交通事故與日俱增,尤其是在城市。 智能交通系統的發展是21世紀交通的重要發展方向。 智能交通系統 (ITS) 正在充分發揮現有基礎設施的潛力,提高運輸效率。 保障交通安全、緩解交通擁堵、改善城市環境的卓越效能,受到各級政府的廣泛關注。 中國政府也高度重視信息技術的研究、開發、推廣和應用。 本文討論的重點是倒車保護,它可以有效地避開可能對倒車造成傷害的障礙物和行人。 有效避免倒車造成的經濟損失和人身安全問題。 國外高端車出廠時已經安裝了類似的系統。

該系統由三部分組成 :( 1) 兩個具有相同收發器的空氣超聲波探頭,用於檢測汽車尾部左右後部的障礙物。 (2) 控制電路由單片機和超聲波發射接收電路組成。 (3) 距離顯示電路和聲光報警電路。

該系統實現了以下技術指標; 雙向超聲波定位、數字顯示距離、語音提示距離範圍、排數碼管顯示距離範圍。

具體指標如下: 一. 兩個通道的超聲波定位,每個通道的檢測範圍角為14o

二三位數碼管距離顯示

III四段語音距離範圍提示,紅綠藍數碼管距離顯示

工作溫度:-20-60

測量分辨率1厘米,誤差小於0.5%。

該測試儀測量精度高,提示方式多樣化,能滿足不同工作環境的客觀需要。

3硬件電路組成及工作原理

3.1控制芯片

AT89C2051用作小型智能儀器中的控制器,具有很高的性價比。 該指令系統與8031完全兼容。 除P0和P2端口外,它具有8031的所有功能結構。 其組成的測量控制系統具有電路簡單、可靠性高、體積小的優點; 控制和發射接收電路的體積為,硬件組成框圖如圖1所示;

單片機的P1.4和P1.5端口被編程為輸出端口,交替輸出40khz的方波,持續時間為0.2ms,每19.8ms再次發送一次,即超聲兩個通道的重複頻率為。 室溫下超聲波在空氣中的傳播速度為340 m/s,這決定了儀器的最大檢測距離。 實際情況是,因為指令需要時間來運行,並且當所有的發送和接收都完成時,程序會發送一個顯示。 當重複頻率約為50hz時,最大檢測距離為1.5m。 P1.4和P1.5端口的波形如圖2所示。 P1.6和P1.7被編程為輸入端口,以相應地接收兩個超聲回波。

P3.2-p3.5編程為輸出端口,p3.2-p3.4控制isd1110語音芯片的語音數據段,p3.5控制何時播放。

顯示器採用動態掃描,串行端口RXD和TXD用於發送顯示數據,p1.0-p1.3用於發送顯示位。 由於P1.0和P1.1沒有內部上拉電阻,應用時應分別連接外部上拉電阻4.7K。

電路採用max810復位專用芯片。 因為車輛上的電源採用直流12V。 電池和發電機並聯。 在惡劣的工作條件下 (例如在發動機啟動期間),電壓下降到約6V。 單片機的電源取自車輛的12v,這將嚴重干擾單片機的正常運行,程序將運行。 Max810可以解決這個問題。 其功能是監測單片機的電源電壓,當電源電壓低於設定的閾值時,max810復位並繼續140ms,當電源電壓返回到閾值以上。 這樣可以很好地解決單片機電源電壓不穩定造成的干擾。

3.2超聲波發射和接收電路

兩個發射和接收電路結構相同,輪流工作。 這兩個電路具有相同的結構。 原理如圖3所示;

3.2.1發射電路

由於單片機的P1端口作為IO端口時可以提供20mA的電流填充能力,並且電流吸收能力小,因此外部連接NPN管以提高其輸出電流能力。 確保40khz脈衝信號具有一定的功率。

3.2.2接收電路

接收電路由前置放大器; 帶通濾波器放大; 回波整形和二值化組成。 前置放大器可以有效地放大小信號,提高整個放大電路的輸入阻抗。 在該電路中,設計了兩級二階無限增益反饋帶通濾波器放大,中心頻率為40KHz; 第一級的增加量為A1 =-120,第二級的增益為A1 =-320,這確保了微伏信號被放大到伏級進行整形和二值化。 整形和二值化電路的功能是將回波信號檢測為單極性信號; 二值化,即 一位a/D,設置閾值電平,將模擬回波轉換為電平信號並將其輸入到p1.6。

3.3語音報警電路

作為測量儀器的輸出,語音報警是一種非常直觀且易於理解的形式,人機界面友好。 考慮到駕駛員在倒車時一般沒有時間估計車輛上的儀表,並且注意車輛後部,所以在時機上採用了語音報警。 目前,市場上有多種語音技術產品。 該電路採用ISD公司的isd1110語音芯片,芯片採用 (DAST) 直接模擬存儲技術,集成度高。 錄製和播放時間為10秒,分為80個部分。 微電腦控制可以靈活組合,輸出所需的語音信號。 在應用中,需要自製的開發系統,並將語音記錄到芯片中,並使用PC的並行端口連接到系統。 總共記錄了4個片段,分別是; 「1.5m區」; 「1m區」; 「0.5m區」; 「極限警告音樂警報”。 根據測量的距離定期播放相應的段落。 如果測量結果為0.8m,則報告 「1m區域”。 控制電路接口如圖4所示; isd1110的A3、a4和A5選擇報警段,play連接到p3.5,下降沿觸發回放。

3.4顯示電路

除了聲音報警,光學報警是另一種有效的報警模式。 設計中有兩種形式的光學報警器。 三個數碼管顯示當前測試距離 (單位: mm),超範圍顯示 “---”,反向到障礙物的距離小於25毫米,顯示 “SOS” 閃爍,語音播放警告音樂。 排的數碼管有兩個紅色,兩個綠色和兩個藍色,顯示相對距離。 當測量值大於1m時,最多兩根綠色管開啟; 當測量值大於0.5m時,兩根綠色管開啟,最多兩根黃色管開啟; 當測量值大於0.3m時,兩個綠色和兩個黃色的管打開,最多兩個紅色的管打開。 行數碼管顯示測試距離的相對值。 距離越近,數碼管點亮的數字越多。

電氣原理圖如圖5所示。 RXD串行輸出用於顯示數據,TXD輸出同步脈衝,一塊164用於將串行數據轉換為並行數據-P1.3輸出作為位置控制,打開數碼管和發光二極管行。 由於P1.0和P1.1沒有上拉電阻,當它們用作IO端口時,應連接4.7K上拉電阻。 為了增加驅動能力,在位置控制中增加了一個mc1413。

該程序由主程序 (圖6) 、中斷服務程序 (圖7) 和顯示子程序 (圖8) 組成。 使用定時器T0 10ms,在定時開始時向P1.4發送40khz脈衝,以查詢p1.6中是否有回聲。 如果有回聲,則可以從t0定時時間t和聲速V (m) 獲得; 如果10ms已經到達沒有回聲,則t0定時溢出中斷。 在t0中斷服務子程序中,將顯示 “---” 寫入顯示緩衝區,設置一個標誌位,判斷該標誌位以確定服務子程序的退出,並在返回之前更新該標誌位。 Flag bit的作用是保證P1.4和P1.6; p1.5和P1.7依次發送和接收。 顯示器採用動態掃描。 主程序每次完成一個頻道的發送和接收時,都會發送一個顯示器。 每個顯示器啟動串口四次,相應的顯示位設置為低。 同時,根據測量結果播放相應的提示段。

汽車工作時,由於高壓電火,有很強的電磁輻射,電磁環境惡劣。 因此,硬件和軟件都考慮了抗干擾問題;

在硬件方面,超聲波接收是前級的小信號。 傳感器採用優質單芯屏蔽線連接,確保小信號的可靠傳輸。 在信號放大階段,採用兩級帶通濾波來濾除高頻和低頻干擾。 數字部分和模擬部分的電源分別提供。 控制箱使用金屬外殼屏蔽外部電磁場。 軟件採用總值消除法,每次測量結果為一組三次。 首先,消除總值,然後獲得發送到顯示器的平均測量結果。 三次平均的使用考慮了測量的實時性能。 倒車時,我不太關心離障礙物的確切距離; 就是是否有障礙物,離汽車後部有多遠。 實踐證明,這些措施取得了良好的效果。

儀器已經投入使用,達到了預定目標。 在倒車過程中,實現了對汽車左後方、右後方1.5米範圍內的障礙物和行人突然闖入危險區域的自動檢測,並報警提示駕駛員採取措施。 對於新司機來說,它的作用更加明顯。 他們在倒車的過程中很了解,這大大提高了倒車時的安全性。