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1、汽车倒车测距仪的设计赵文龙1 苑鸿骥1 万卫强1 许光泞1 万泽亮2(1.南昌航空工业学院测控工程系 江西南昌 330034;2.江铃汽车集团公司江西南昌330001)摘 要 本文介绍了汽车倒车测距仪的功能确定、测距原理、设计方法及技术实现,介绍了汽车与障碍物间距离测量的信号处理方法。论述了如何有效地测出并实时地显示出汽车与障碍物的距离,规定了各种不同的报警类型,对于相关类测量系统设计有一定的参考意义。关键词 超声 单片机 测距 信号调理中图分类号 TB551 文献标识码:A前言随着汽车产业的发展和人们生活水平的不断提高,汽车的数量逐年增加,例如1999年,我国的汽车年产量
2、已突破了180万辆,造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤不堪。汽车驾驶员越来越为车的安全担心了,其中倒车就是一个典型,在繁忙、拥挤、狭窄的地方倒车时,驾驶员即得“瞻前”,又要“顾后”,往往一不小心,就会与汽车尾部障碍物发生碰撞事件。经过调查,对绝大部分非职业汽车驾驶员都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼”———倒车测距仪,因此我们设计了一种经济实惠的汽车倒车测距仪,可以解决驾驶员的“后顾之忧”。1 汽车倒车测距仪的功能指标确定经过对许多汽车驾驶员的调查,确定主要功能指标如下:(1)最大测距5.00米,最小测距0.35米,实时数字显示测得距离,显示分辨率0.01米;(2)
3、超过5.00米为溢出,仅显示小数点,当距离小于0.35米时,显示为0.00,表示很危险;(3)灯光报警:当距离小于0.60米时,报警指示灯亮;(4)声音报警:当距离小于1.20米时蜂鸣器发出间隔频率为1Hz的Bi⋯Bi⋯声,当距离小于0.90米时蜂鸣器发出间隔频率为2Hz的Bi⋯Bi⋯声,当距离小于0.60米时蜂鸣器发出间隔频率为5Hz的Bi⋯Bi⋯声,当距离小于0.35米时蜂鸣器连续发出BiBiBi声。2 测距原理根据声音传播过程中遇到障碍物会发生反射这一原理可以测量距离,超声波测距也是这个原理,即用超声脉冲发射和接收其回波之间的时间差来计算距离,计算公式如下:V=331.5+
4、0.607T式中:V———超声波在空气中传播速度,其单位为米/秒,T———环境温度,单位为℃。D=V×Δt/2=V×(t1-t0)/2式中:D———被测距离,单位为米,Δt———超声脉冲发射与接收其回波的时间差,单位为秒,t1———超声回波接收时刻,t0———超声脉冲发射时刻。利用单片机的定时器/计数器可以较方便地实现该测距原理,设单片机的T0端为起始发射同步定时器(确定起点t0),单片机的T1端为回波测量定时器(确定起点t1),单片机的P1.0(称F端)输出窄脉冲串,各端工作波形如图1所示。测量出t1和t0,就可以算出障碍物和超声探头之间的距离。3 技术实现3.1 系统框图说明
5、系统框图如图2所示,采用AT89C2051单片机作为智能处理部件,配有各种接口电路可实现实时时间差采样、距离运算、显示及声光报警等功能。由于系统的一项重要任务是测量超声脉冲发射与其回波的时间间隔,故单片机与超声信号处理部分的连接端的工作时序是关键,而超声信号处理部分主要由超声脉冲发射、超声回波接收两部分构成,超声信号处理部分的工作受单片机控制的,那么单片机是怎样控制超声信号处理电路呢?图1 测量原理时序图图2 系统框图单片机需要和超声信号处理电路共同完成测量过程,一次测量的全过程定为38.5毫秒(见图1所示)。首先通过T0端给超声信号处理电路发出一个1.8毫秒的同步负脉冲信号,超
6、声信号处理电路开始新一轮的测量过程。单片机将此时刻定为初始时刻t0,而且T0端在低电平期间还控制超声信号处理部分工作在超声脉冲发射状态。单片机在T0端给出同步负脉冲的同时,还通过F端向超声信号处理电路发出16个40KHz的方波(需0.4毫秒),该信号经驱动后耦合到换能器最终发射出超声脉冲串。在T0端的负脉冲结束时,超声信号处理部分自动转变为超声回波接收状态。超声波在空气中传播时不会折返,仅当超声波遇障碍物后才被反射,当返回的超声波通过换能器时会转换成电压信号,如果在气温为20℃时,超声脉冲6.615米内的遇障碍产生的回波有一定强度(声压),经过特定电路处理后,能够在38.5毫秒之
7、内获得一个触发脉冲,单片机的定时器T1记录下该脉冲下降沿时刻t1,单片机根据初始时刻t0(也称发射时刻)和接收时刻t1就可以算出,该距离的一半即为所测距离。当介于6.615米和6.924米之间的障碍物产生的回波仍然有一定的强度时,应由T0端低电平控制不允许产生触发脉冲,而超过6.924米以外的障碍物产生的回波的声压,应该低于允许触发的阈值,这样可以确保本次测量发出的超声脉冲不会影响到下一个测量周期的计时。再说,由于要求的最大测距为5.00米,当计算出的距离超过5.00米时,仅显示
