汽车安全间距测量设计方案

1、汽车安全间距测量设计方案班级：应物1001班组员：崔东 金星 康华沛日期：2012-3-30目录、设计思路及原理31.1其原理如下图31.2设计思路3二、超声波发射、接受模块42.1 超声波测距原理及发射接受电路42.2超声波接受信号的处理5三、单片机选型及控制系统73.1单片机选型73.2 控制系统83.3 蜂鸣器电路93.4 系统报警电路10四、温度补偿电路11五、LCD1602显示模块12 、设计思路及原理1.1其原理如下图超声波接受模块超声波发射模块 单片机控制系统数据显示模块温度补偿模块1.2设计思路 超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播。由于超声波指向性强，能量

2、消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。利用超声波检测往往比较迅速、方便、

3、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。超声波测距的方法有多种，本超声波测中系统的原理为: 检测出从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，将这个时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度随温度变化，其对应值如表2-1 ，根据计时器记录的时间t (见图2-1)，就可以计算出发射点距障碍物的距离( s ) ，即: s = v t / 2 。表2-1 声速与温度的关系温度()3

4、020100102030100声速(m/s)313319325323338344349386图1-2超声波测距时序图二、超声波发射、接受模块2.1 超声波测距原理及发射接受电路谐振频率高于20k赫兹的声波称作超声波，频率越高其绕射能力就越弱，但其反射能力就会越强，利用超声波的这种性能， 就制作了超声波换能器，它是一种既能将电能转换成机械能（声波），又能把机械能（声波）转换为电能的装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。本实验采用压电式超声波发生器超声波发射、接收电路如图3-1。超声波发射部份由电阻R2及超声波

5、发送头T40板成；接收电路由BG1、BG2X组成的两组三级管放大电路组成；检波电路、比较整形电路由C7、D1、D2及BG3组成。40kHz的方波由MCS51单片机驱动超声波发射头发射超声波，经反射后由超声波接收头接收到40kHz的正弦波，由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低，经接收电路放大，整形，最后输出一负跳变，输入单片机的引脚。该测距电路的40kHz方波信号由单片机MCS51 的一个引脚5发出。方波的周期为1/40ms，即25s，半周期为12.5s。每隔半周期时间，让方波输出脚的电平取反，便可产生40kHz方波。由于单片机系统的晶振为12M晶振，因而单片机的时间分辨率是1s

6、，所以只能产生半周期为12s或13s的方波信号，频率分别为41.67kHz和38.46kHz。本系统在编程时选用了后者，让单片机产生约38.46kHz的方波。 2.2超声波接受信号的处理使用超声波接发芯片CX20106A对超声波信号进行处理，其主要优缺点如下：优点：简单易用，电路简单，减少了生产调试的麻烦。 缺点：必须保证接收到的信号为，否则无法解调出。 当 CX20106A 接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入 ，其主要电路为：CX20106A引脚说明：三、单片机选型及控制系统3.1单片机选型在此次设计中我们采用美国

7、公司推出的系列单片机，其主要性能指标如下：8位CPU4kbytes 程序存储器(ROM)128bytes的数据存储器(RAM)32条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地

8、增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距

9、离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。3.2 控制系统该控制系统应用单片机，晶振，复位电路，电源滤波电路构成，如上图。3.3 蜂鸣器电路 图 3.2.蜂鸣器电路 本次设计通过一只蜂鸣器来提示用户按键按下了，现在单片机开始了测距。蜂鸣器时一块压电晶片，在其两端加上35V的直流电压，就能产生3KHz的蜂鸣声。电路如图3.2. 通过单片机软件产生3KHz的信号从P3.7口送到三极管9.13的基极

10、，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。 3.4 系统报警电路系统报警电路由一个运算放大器、一个发光二极管和一个喇叭组成。R25的阻值为1K，R26的阻值为10K。对于二级运算放大,都采用F007芯片.两级放大电路均是负反馈接法,即反相比例运算电路.而反相比例运算电路中,输入信号从反相输入端输入,同相输入端接地.根据“虚短”和“虚断”的特点，即u_=u+,i_=i+=0.可得u+=0.而所谓“虚短”是由于理想集成运放Au0。所以可以认为两个输入端之间的差模电压近似为零，即Uid=u_=u+0.即u_=u+,而u0具有一定值。由于两个输入端间的电压为零，而又不是短路，故称为“虚短”。而“虚

11、断”是由于理想集成运放的输入电阻Rid，故可以认为输入端不取电流，即i_=i+0.这样，输入端相当于断路，而又不是断开，称为“虚断”。而电路中，反相输入端与地端等电位，但又不是真正接地，这种情况称为“虚地”。所以iI=,iF=，因为i_=0,iI=if,则可得u0=-uI.故可将信号进行放大。图3.7 系统报警电路当单片机通过P1.0，P1.1，P1.2三个I/O口，发射出超声波的信号，即输出一个高电平给这三个I/O口，大约5V的电压，同时单片机计数器T0开始计时。则信号经过三极管T1，T2，T3进行放大。使电流达到T40-16的工作电流，从而发射出超声波。当T40-16发射出去的超声波遇到障

12、碍物时会被反射回来，这时接收器R40-16便会将反射回来的超声波接收，并转换成电信号，经过运算放大器的两极放大，将信号送给LM567的输入端，当LM567的输入端电流大于25mA时，其8号输出引脚会产生一个信号，使得单片机AT89C51产生一个中断。这样，计数器便停止计数。单片机把计得的时间差进行运算，根据S=170*t这个公式来计算车与障碍物的距离，并把运算结果以十进制的方式送到七段LED显示电路去显示。如果距离小于0.5m，则单片机AT89C51便给P1.5口一个信号，使得报警电路工作，实现报警。 四、温度补偿电路温度传感器使用了DSl8B20数字温度计提供可选择的12位(二进制)温度读数

13、来指示周围环境的温度信息。经过单线接口DQ与单片机进行数据交互。从主机CPU到DSl8B20仅需一条数据接线(和地线)。DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要接外部电源。由于每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上实现多点温度测量。温度传感器DSl8B20的测温范围从-55摄 氏度到+125摄氏度增量值为0.5度可在l s(典型值)内把温度变换成数字量，因此采用DS18B20实现温度补偿电路的设计。图3-4 温度补偿电路原理图 五、LCD1602显示模块在本设计中采用LCD1602液晶显示器，主要因为其体积小，功耗低，不需要外