超声波测距装置研究.doc

超声波测距装置研究学生：解东海指导老师：吴正平（三峡大学 电气与新能源学院）摘要：本文主要介绍超声波测量距离系统的基本原理，设计了一种超声波测距系统在汽车上的使用，该系统包括低位微机系统和上层微机系统。低位的微机系统，主要是由超声波发射电路，超声波接收电路，无线通信模块和微机系统组成。从低位微机系统的数据通过无线方式传输到上层微机系统。超声波测距系统对电路设计原理进行了分析。该设计思想对数据传输系统进行了介绍。该系统具有测量方便，反应快捷和稳定的特点。1 引言在汽车和电子领域，超声波测量距离是安全的辅助设备主要用于汽车泊车或者倒车时，该设备主要为汽车倒车设计，因为驾驶者无法从视觉对象之间判断汽车和汽车后方障碍物的距离。倒车预警系统将提供一个倒车报警器，为驾驶人员提供距离，现实的应用意义包括以下几个方面：这将导致从被动防撞倒车方向，智能控制自动;它反映了以人为本的理念，倒车时，司机的注意力可以集中在车前没有考虑到在汽车后部的情况，增加了倒车安全性和可靠性驾驶，减少驾驶员的体力和精神压力;安全可靠的防碰撞预警，使司机可以在白天或晚上实现安全停车;本装置是安装的系统小组件避免了汽车移动对其的影响，它的应用和推广在创造更好的经济条件下，易于推广。测距预警系统的应用可以大大减少驾驶员的体力和精神压力，从而降低倒车困难，避免了因司机方向感不强造成操作失误事故，而这将提高汽车的智能化水平，并对无人驾驶车辆的使研究具有积极意义。2.倒车预警系统发展现状倒车预警系统已经历了三个阶段，六代技术的改进，从早期的碰撞装置，它只能检测后方障碍物的范围有限分层次按距离报警，前两个阶段的倒车，倒车报警装置使用简单专用集成电路，具有易于使用的改善驾驶的作用，随着微控制器发展和广泛应用，汽车电子网络系统价格下降，新的备份预警系统是基于单片机技术作为智能测距传感器系统内核的主芯片。请求的备份预警系统，显示连续障碍，并与来自不同频率的声音断断续续的报警范围，让司机集中注意力观看现场。汽车电子系统的发展也需要停车驾驶辅助系统的传感器子系统网络具有通信功能，将数据传送到车辆总线。作为最先进的智能视频倒车雷达系统，是在车后方置针孔摄像头，倒车的汽车DVD屏幕显示真正的广角影像的备份预警系统。在由东风汽车有限公司乘用车公司由一代知识分子研制的全新的蓝鸟系统于近期上市，它最引人注目的是，它是一个反向的图像显示和Navi卫星导航系统，配备同级的两种配置的车已相当独特，有效地提高蓝鸟级，直接从概念到应用程序的高级智能汽车。在进入司机挂倒挡，中心控制台上的液晶屏幕会自动切换屏幕，后方摄像头拍下的环境条件显示在驾驶员前面，最大限度地使停车便利，特别是在夜晚。它是引用的NAVI卫星导航系统，丰田，日产的产品也应用该系统，下一代GPS导航系统将引进更高版本的产品。3.系统设计1. 硬件设计可视倒车预警系统可以实现车辆之间和障碍后方的距离测量。测距系统的硬件设计包括：超声波发送和接收系统，微机控制系统的设计和报警系统。其中，测距系统由超声波发射器模块和超声波接收器模块，控制系统的设计主要由AT89C51单片机系统设计组成;显示报警系统主要是：数据通信，数据转换，蜂鸣器和静态显示电路的设计。其硬件结构如图A所示：2. 定位系统公式中的测距系统的工作原理：距离（s）=时间（T）*速度（V）。在设计过程中，实时地获取时间和速度，然后距离可以用自乘法运算。测量时间的方法可以使用超声波相位检测，振幅检测和声学渡越时间的方法检测。虽然相位检测精度高，检测范围是非常有限的，本文利用时差超声波测距2-6。超声波测量原理如图B所示，超声波发射器都是10 -40kHz的脉冲序列输入端，通过内部振荡器的脉冲超声波信号，机械波通过空气的振动，介质传播到被测表面，测量表面反射率，由超声波接收器接收的信号在两端的超声波接收毫伏级设备为正弦波信号。将过境时间超声波发射器发出的蔓延应的反射和传输媒体的时间来接收超声波的时间差。这个距离是2秒，从发射点到被测物体表面，关于V=344m/s（20时），S是根据公式得到超声波的传播速度接收点：s=（1 / 2）V*T图B超声波测距原理3.超声波发射电路超声波发射器的超声波传感器（或超声波振动头）和超声波发生器组成电路如下图所示，在C中，超声换能器模型CSB40T，超声波发生器将提供电信号转换成机械振动并发射出去。40KHz的超声波信号使用时基电路NE555振荡，振荡频率f 1.44 / (R22 +2 R23) C21),由信号频率调整R23，使传感器与40KHz的自然频率相接近。4.超声波接收电路 超声波接收电路采用了集成电路CX20106A，CX20106A是由索尼生产的红外遥控信号接收电路，前置放大器，自动偏置控制，振幅放大，峰值检测和整形电路组成。该集成电路的红外频率为38KHZ，超声换能器的自然频率是40kHz，适当的外围电路设计CX20106A参数，可用于超声波接收放大器，如图D所示所示，管脚1 为CX20106A输入信号，引脚2 为CX20106A的RC网络接线端子，引脚3 CX20106A连接探测器电容，引脚4为CX20106A接地端子，5脚是CX20106A带通滤波器中心设置，CX20106A集成了6针连接器端电容，引脚7 CX20106A信号输出，8针到CX20106A电源供应端。 图D超声波接收电路5.报警电路设计作为蜂鸣器报警电路，当系统输出电路距离小于0.35米时，蜂鸣器会发出频率1Hz比比声音。该电路设计图如图E所示，在图E中，由多谐振荡器，蜂鸣器主要压电式蜂鸣器电路，谐振器阻抗匹配装置，发光二极管等组成。接通电源（1.515V的直流工作电压）后，多谐振荡器起振，输出1.52.5KHZ音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣声。蜂鸣器电路由单片机电路控制。系统的警告灯触发微控制器，当距离小于0.6米，距强光脉冲信号。该电路的目的将显示实时远程测量结果。它的显示使用一个16*2字符液晶模块LCM1602模型，由它读取和写入操作，操作屏幕和光标是由程序指令的实现，显示内容丰富，美观，灵活的编程和微控制器接口设计更简单，方便。单片机将需要显示的数据发送到相关显示界面显示完成的工作，既简单又方便，节省时间，保证了单芯片的主要程序的正常运行。图E 有源蜂鸣器电路6.总结测量距离的超声波传感器，最主要的是要确保电路必须满足可靠性和电路的稳定性，该装置的实际测试完全符合测距准确，报警时间精确，灵敏度高的优点，设计规范;是利用实际设备避免事故，具有较高的应用价值。由于超声传播较慢，再加上传输时延，影响了报警系统的反应速度，所以只应用于低速车，高速车辆需要进一步加以改进。参考文献：1H.Elmer;H.Schweinzer,G.Magerl.High 长距离超声波测距 Technisches信使研究J.2003,70（4）:173- 179。 2E.Francis Gueuning,Mihai Varlan,Christian E.Eugene,etal. 精确的距离测量超声波相结合的自主时间飞行和相移方法体系。电机及电子学工程师联合会交易对仪表与测量，1997,46（6）：12361240。 3 H. Peremans 宽束宽度为三的感知超声波传感器 J. Acoust. Soc. Amer. 102 (3) (1997) 1567 4R.Ka_zys 智能超声波传感器的半自主机器人 Mechatronics98，电力系统及其机电一体化国际会议第六届英国 舍夫