倒车雷达的系统设计毕业论文

1 引言近年来, 随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高, 我国的汽车数量正逐年增加。 同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、 街道、 停车场、车库等拥挤、 狭窄的地方倒车时, 驾驶员既要前瞻, 又要后顾,稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计, 15%的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。 因此, 增加汽车的后视能力, 研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。 安全避免障碍物的前提是快速、 准确地测量障碍物与汽车之间的距离。 为此, 设计了以单片机为核心, 利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。2 整体设计及原理超声波一般指频率在 20 kHz 以上的机械波, 具有穿透性强,衰减小,反射能力强等特点[1]。工作时, 超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲, 给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理, 自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单,成本低,制作方便, 但其传输速度受天气影响较大, 不能精确测距; 另外, 超声波能量与距离的平方成正比衰减,因此, 距离越远, 灵敏度越低,从而使超声波测距方式只适用于较短距离。目前, 国内外一般的超声波测距仪, 其理想的测量距离为 4～ 5 m, 因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。该倒车雷达系统采用单片机控制, 如图 1 所示。利用超声波实现无接触测距, 并考虑测量环境温度对超声波波速的影响, 而且通过温度补偿法对速度进行校正。使用由集成数字传感器 DS18B20 构成的温度测量电路, 可直接读取温度值, 再根据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速, 由单片机计数脉冲个数获得传播时间, 根据超声波测距原理测得并显示距离, 再根据显示的距离控制蜂鸣器的发声频率。图 1 整体设计框图基于超声波测距的倒车雷达系统设计王红云(军械工程学院, 河北 石家庄 050003)摘要: 介绍了以单片机为核心的倒车雷达系统, 它利用超声波实现无接触测距。 系统主要包括超声波发射接触以及温度测量电路, 突出点是利用数字传感器 DS18B20 对温度进行测量, 并利用声速与温度之间的校正公式对声速进行校正, 提高了渡越时间的测量精度, 进而提高了测量距离的准确度。适合测量的距离在 5 m以下, 可以满足倒车安全的要求。关 键 词: 汽车; 超声波; 倒车雷达; 温度补偿; 单片机中图分类号: TP368 文献标识码: A 文章编号: 1006- 6977(2008)08- 0070- 03Design of automobile- r ever sing r ader system based on ultr asounddistance- measur ementWANG Hong- yun(Ordnance Engineering college, Shijiazhuang 050003, China)Abstr act:In this paper,the automobile- reversing rader system which uses the single chip as core is systemuses the ultrasound to realized distance measurement without system mainly includes the blast - off receivingand temperature measurement electric temperature measurement circuit which uses a digital sensor DS18B20 accurate degree of distance is system is suited to mesure distance which below 5 meterses canmeet the safety requestment of reversing a words: automobile; ultrasound; automobile- reversing rader; temperature compensate; MCU收稿日期: 2008- 05- 16 稿件编号: 200805048作者简介: 王红云(1980- ), 女, 河北衡水人, 教师。研究方向: 测量控制。自动控制与仪器仪表 基于超声波测距的倒车雷达系统设计- 69-《 国外电子元器件》 2008 年第 8 期 超声波测距原理目前, 利用超声波测距的方法[2]有相位检测法、 声波幅值检测法、 渡越时间检测法三种。 相位检测的精度高, 但检测范围有限; 声波幅值检测易受反射波的影响; 渡越时间检测工作方式简单、直观, 在硬件控制和软件设计容易实现, 其原理是检测从发射传感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差, 即渡越时间 t。距离 s=ct/2( c 为声速) ,t 可由单片机计脉冲个数的方法实现。 温度与声速的关系由于超声波也是一种声波, 其声速 v与温度 T有关。表1 列出了几种不同温度下的声速[2- 3]。使用时, 若温度变化不大, 则可视声速基本不变; 若测距精度要求很高, 则应通过温度补偿法予以校正。一般情况下, 利用 v=331+进行温度补偿, 以适应不同温度下的工作要求。表 2 给出补偿后声速与温度的关系。可以看出, 0℃以下时声速值完全吻合;0℃以上最大误差不超过 5%。由上述分析可知, 温度测量的精度不仅直接影响了速度的测量精度, 而且也间接影响距离的测量精度, 所以温度的测量很关键。3 硬件电路设计倒车雷达系统主要由超声波发射电路、超声波接收电路、 温度测量电路及显示报警电路构成。 超声波发射电路在单片机控制下, 使脉冲发生器输出超声波。脉冲发生器由 555 构成, 其连接如图2 所示。7 引脚和 6、 2 引脚的上下为 R 和 C; 中间 R 与RP 并联, RA=R1+RA’ , RA=R2+RB’ , 且 T1= , T2=, 通过调节 RA 和RB 的阻值, 实现输出波形的占空比的可调。但是, 这里需要 50%占空比的方波, 因此调节滑动变阻器, 使 T1=T2, 频率的计算公式为:f=( RA+RB) C ( 1)合理选择 R,C可使超声波获得 40 kHz的输出脉冲。因为超声波的传输要有一段距离, 为了使信号便于传输, 通常要在发射电路的后面加上一个调制电路。 超声波接收电路因为超声波测距只用于近距离, 当距离较远时, 衰减较为严重, 反射回来的信号相对也比较微弱, 因此接收端应先设置一个放大电路, 然后通过检波电路对其输出信号进行解调, 最后对检波输出信号进行比较整形。超声波接收电路的需要考虑以下几个方面:( 1) 环境噪声、 干扰、 温度等影响图 3 给出放大电路图。它选择一个自举组合电路, 该电路通过减小向输入回路索取的电流来提高输入阻抗, 其值为Rin=R1R2/(R1- R2), 该值可根据前序电路确定 R1 和R2, 使其与前序电路级间匹配。电路中用到的是反相比例放大电路, 增益比较稳定, 通常 K=-R3/R1 不会引起自激, 可降 低 干 扰 对 电 路 的 影响。因此, 合理地选择 R3和 R1, 可使输出电压达到 V级。( 2)检波精度设计中采用了图 4 所示的全波精密检波电路。为了提高电路的信噪比, 衰减掉不需要的频率信号, 在输入端加上谐振回 路 。二 极 管 VD1 和 VD2 选 择 高 频 性 能 比 较 好 的IN60。 这种检波方式可以使二极管的死区电压和非线性得到很大的改善。( 3) 比较整形电路图 5 示出比较整形电路。 首先在静态下测量距离等于 5 m,检波器的输出电压值(该电压同样是经过放大检波电路 得 到的) , 并以此电压值作为比较器的参 考 电压 uR。比 较 器选 用LM339, 具有失调电压小, 电源电压范围宽, 其单电源电压为2～ 36 V, 双电源电压为± 1～ ± 18 V,而且对比较信号源的内阻限制较宽等优点。对于 LM339 来说, 当两个输入端电压差大于 10 mV 时, 就能确保其输出从一种状态可(下转第 73 页)图 5 比较整形电路图 2 占空比可调脉冲振荡电路图 3 放大电路图 4 精密全波检波电路- 70-(上接第 70 页)靠地转换到另一种状态。因此, 把 LM339 用在弱信号检测等场合是比较理想的。一般情况下, 比较电路的输出波形的上升沿和下降沿都有延时, 可在其后面加一个与门, 以改善输出特性。 将比较整形电路的输出送到单片机, 对脉冲计数, 得到渡越时间。单片机选用 AT89C52。 温度测量电路目前, 大多数温度测控系统在检测温度时,都采用温度传感器将温度转化为电量, 经信号放大电路放大到适当的范围, 再由 A/D 转换器转换成数字量来完成。这种电路结构复杂, 调试繁杂, 精度易受元器件参数的影响。为此, 利用一线性数字温度计即集成温度传感器 DS18B20 和单片机,构成一个高精度的数字温度检测系统。 DS18B20 数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同, 能够直接读出被测温度值, 并且可根据实际要求, 通过简单的编程, 实现 9～ 12 位的A/D 转换。 因而,使用 DS18B20 可使系统结构更简单, 同时可靠性更高。温度测量范围从- 55~+125℃, 在- 10~+85℃检 测 误 差 不 超 过℃[4], 而在整个温度测量范围内具有± 2℃的测量精度, 其电路连接如图6 所示。 显示及报警电路显示电路采用 4 位共阳LED 数码管, 码段由 74LS244驱动电路驱动; 驱动电路由PNP 晶体管 8550 驱动。图 7给出报警电路。它采用晶体管驱动。4 结语该倒车雷达系统利用超声波实现了无接触测距; 采用高精度温度传感器实现了对超声波测距系统的温度测量和补偿, 即根据 v=331+, 对声速进行了补偿, 提高了测量精度。具有电路设计简单, 价格便宜, 测量精度比较高的优点,目前已批量生产。参考文献:[1]冯 诺.超声手册[M].南京: 南京大学出版社, 2002.[2]肖质红.超声波测距仪在汽车安全系统中的应用[J].浙江万里学院学报,2007, ( 5) : 43- 46.[3]徐国华.超声波测距系统的设计与实现[J].电子技术应用,1995,( 12) :6- 7.[4]田胜军 ,秦宣云,何永强.基于超声波测距系统的温度补偿电路设计[J].微计算机信息, 2007, ( 22) : 307- 309.图 7 报警电路图 6 DS18B20 温度采集电路作电压 30 min。 电解电容器应储存在正常大气条件的环境下。 焊锡不适当的焊锡温度及时间均可造成表面胶管的异常收缩破裂, 有时高温也会由导针及端子导热至素子内部, 对产品造成不良影响。 因此必须尽量避免过高温度及过长时间的焊锡。8 电解电容在冰箱电源电路中的实际应用图 3 给出电解电容在冰箱电源电路中的应用实例。输入电压经过压敏电阻保护电路、 变压器变压、 整流桥电路整流后, 将交流变成脉动的 12 V直流, 在整流电路之后接入较大容量的电解电容 E101/E102, 利用其充放电特性, 使整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。实际应用中, 为了防止电路各部分供电电压因负载变化而改变时, 通过计算峰值电压和电解电容的纹波电流, 选用两级滤波电解电容器。第一级为 2 200 μ F/35 V; 第二级为 470 μ F/35 V。 由于大容量电解电容一般都具有一定的电感, 不能有效地滤除高频及脉冲干扰信号, 因此, 应在其两端并联一只容量为 μ F 的C102/C103 电容器, 用以滤除高频及脉冲干扰。9 结语为了更好地应用并提高电路设计的可靠性, 这里介绍了铝电解电容器的相关技术参数和使用知识。目前, 新型电解电容的发展非常快, 正向小型化、 低阻抗化、 片式化、 高速制造化、 宽温度化、 高电压化、 长寿命化以及环保绿色化方向发展, 因此铝电解电容器应用前景广阔。参考文献:[1] 于安红.简明电子元器件手册[M]. 上海: 上海交大出版社,2005.[2] 沈任元, 吴 勇.常用电子元器件简明手册[M].北京: 机械工业出版社, 2004.[3] 舒正国. 高效、 高容、 低阻抗、 长寿命的表面安装电容的选型[J]. 世界电子元器件, 2006( 11) : 55- 57.图 3 电解电容在冰箱电源电路中的应用基于铝电解电容器的技术详解及应用原则- 73-

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