基于超声波防撞报警系统的设计

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1、基于超声波防撞报警系统的设计1超声波及其工作原理1．1超声波和超声波传感器人耳的听音范围是20Hz--20KHz，超声波是人耳听不到的一种声波，是一种频率高于20KHz的声波。通常频率高于20KHz的超声波不仅波长短、方向性好、能够成射线定向传播、纵向分辨率比较高、对色彩和光照度不敏感、对外界光线和电磁场不敏感，碰到界面就会有显著反射，而且能在有灰尘、烟雾、有毒等各种环境中稳定工作。这些特性都有利于选取超声波作为媒介，测定物体的位置、距离甚至形状等。经综合比较，基于超声波的汽车防撞报警系统的设计中，采用的是超声波频率为40KHz的超声波

2、传感器【l-5】。1．1．1超声波传感器的特性1)在自身特性谐振点40KHz附近可获得较高的灵敏度：2)谐振带宽、波束角可以通过制作控制得很窄，有利于抗声波干扰设计：3)不受无线电频谱的资源限制，易于进行抗电磁干扰设计：4)超声波系统成本低、性能稳定，应用前景好。1．1．2超声波的工作原理超声波测距的工作原理是超声波发射探头不断地发射出40KHz超声波，遇到障碍物后反射回反射波，超声波接收探头接收到反射波信号，并将其转变为电讯号。测出发射和接收回波的时间差△t，然后求出距离S。在已知速度c的情况下，求出S=C△t，2。式子中，C为超声波

3、音速，由于超声波也是声波，故c即为音速。音速为C=。式中，r—气体的绝热体积系数l：p一气体的气压(海平面为pa)：一气体密度(空气为1．29kg／m3)。对于lmol的空气，质量为m，体积为y，则密度=m／V，故c=C==C=，对于理想气体，有PV=RT，式中，R为摩尔气体常数；T为绝对温度。因此，C=，由于r、R、m均为已知常数，故声速C仅与温度T有关，若温度不变，则声音在空气中的速率与压强无关。在O'C的空气中，Co=331.5m／s，对于任何温度下，有Ci／Co=，即Ci=331．5，通过对上式的实际分析得，温度每升高1℃，声速

4、增加约为0．607m／s，故可以得出声速与现场温度的经验公式：C=331．5+0．607T。只要测得超声波发射和接收回波的时间差△t出以及现场温度T，就可以精确计算出从发射点到障碍物的距离【5-8】。1.2超声波探头的中心频率及主要参数一、主要参数（1）中心频率中心频率，即压电晶片的谐振频率。当施加于它两端的交变电压频率等于晶片的中心频率时，输出能量最大，传感器的灵敏度最高。中心频率最高，测距越短，而分辨力越高。常见超声波传感器的中心频率有30KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz等。（2）灵敏度灵敏度的单位是分贝(

5、dB)，数值为负，它主要取决于晶片材料及制造工艺。（3）指向角指向角是超声波传感器方向性的一个参数，指向角越小，方向性越强。一般为几度至几十度。4）工作温度工作温度是指能使传感器正常工作的温度范围，其温度上限应远于居里点温度。以石英晶片为例，当温度达至+290摄氏度时灵敏度可降低6％。一旦达到居里温度点(573摄氏度),就完全丧失压电性能。供诊断用的超声波传感器的功率较小，工作温度不高，在-20—+70摄氏度温度范围内可以长期工作。治疗用的超声波传感器温度较高，必须采取冷却降温措施。1.3单片机的选择单片机是系统软件的载体，是控制系统的

6、核心。因此其性能将直接影响系统的稳定性。选择好的单片机不仅关系到系统的精度、稳定性，而且还有利于减少系统成本。根据系统设计的要求以及总体设计思路对所选择的单片机要求进行进一步的概括。本设计由于超声波采用软件驱动，仅需要一个定时器，一个计数器，常用的51系列单片机满足需要。1.4其他元器件的选择显示部分是采用七段四位数码管，选用共阴极接法，CD4511控制段选码，74LS138控制位选信号。发射部分超声波探头的选用TCT40-16TR1，相应的信号处理元件选用TC4069、74LS138。超声波的接收信号选用CX20106芯片处理。单片机

7、的外围电路元件选用11.0592MHz的晶振，报警电路选用蜂鸣器。2超声波汽车防撞系设计2．1控制系统方框图超声波汽车防撞控制系统方框图如图1所示。该系统全部由单片机控制，超声波发射电路能在单片机的控制下发出超声波。接收电路接收到信号之后送入单片机进行处理，算出车尾与障碍物之间的距离，将处理结果送入显示电路进行显示，再按照技术指标的要求由声光报警电路进行报警。2．1．1AT89C2051AT89C2051是美国某公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2KB的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128查表的随机存取数据存

8、储器(RAM)，器件采ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元。基于超声波的汽车防撞报警系统的设计中，采用的是AT89C2051单片