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1、n摘 要采用超声波测距距原理，驾驶驶者在倒车时时，将汽车的的挡位推到R挡，启动倒倒车雷达，在在控制器的控控制下，由装装置于车尾保保险扛上的探探头发送超声声波，遇到障障碍物，产生生回波信号，传传感器接收到到回波信号后后经控制器进进行数据处理理，从而计算算出车体与障障碍物之间的的距离，判断断出障碍物的的位置，再由由LED显示器和蜂鸣器声发出出警示信号，从从而使驾驶者者倒车时不至至于撞上障碍物。整整个过程，驾驾驶者无须回回头便可知车车后的情况，使使停车和倒车车更容易，更更安全。本文在查阅、分分析国内外倒倒车雷达系统统相关技术的的基础上，结结合最新研究究成果，对基基于超声波测测距的倒车雷雷达预警系统统
2、的研制进行行了深入探讨讨和研究。该该系统分为测测距模块、系系统控制模块块和显示报警警模块，并分分别对其进行行方案分析，构构建了倒车雷雷达预警系统统的系统构架架和设计方案案；在硬件电电路中，详细细阐述了运用用单片机技术术实现的可视视倒车雷达预预警系统的测测距实现原理理，分析了以以AT89SS52单片机为主主控单元的系系统硬件设计计，并通过系统仿仿真研究，验验证了系统的的可靠性和可可行性。关键字：超声波波；倒车雷达达；传感器；AT89SS52单片机ABSTRACCTThe ulttrasonnic diistancce priinciplle, drriverss in rreversse, th
3、he geaars too pushh the car bback aand sttart aagainsst R rradar, undeer thee conttrol oof thee conttrolleer, thhe devvice tto carrry onn the rear insurrance send ultraasonicc probbe, obbstaclle, seensor, echoo signnal affter rreceivving eecho ssignall conttrolleer, whhich ccalcullated data proceess
4、ingg, thee disttance betweeen thhe boddy andd the obstaacles and oobstaccles, then LED bby a wwarninng siggnal aand nooise, thus make the ddriverrs revverse not mmask oobstaccles. The wwhole proceess, wwithouut turrning and ccar drriverss thatt afteer, paarkingg and reverrse eaasier, moree safeety.B
5、ased oon thee anallysis of doomestiic connsultiing, rreversse raddar syystem on thhe bassis off releevant technnologyy, commbininng thee lateest reesearcch ressults of thhe bassed onnultraasonicc rangging bback-ddraft radarr warnning ssystemm is ddiscusssed aand sttudiedd. Thiis sysstem iis divvided
6、 into rangeefindeer moddule, the ssystemm conttrol mmodulee and displlay allarminng moddule, and ccarriees on the aanalyssis, tto connstructt the backiing off the earlyy-warnning rradar systeem arcchiteccture and ddesignn scheeme, IIn thee harddware circuuit, tthis ppaper expouunds tthe appplicaatio
7、n of viisualiizatioon tecchnoloogy reealizaation of loocatioon bacck-draaft raadar wwarninng sysstem, and aanalyzzes thhe reaalizattion prrincipple foor thee conttrol uunit oof AT889S52 SCM ssystemm harddware and ssoftwaare deesign, and throuugh thhe sysstem ssimulaation veriffied tthe feeasibiility
8、 and rreliabbilityy of tthe syystem.Key worrds: uultrassonic sensoors, rradar, reveersingg AT899S52 SSCM.目 录1 绪论自2002年以以来，家用轿轿车成为继购购房之后的又又一大消费热热点。据新华华社报道，2003年4月份中国轿轿车产量高达达16.69万辆，同比比增长83；中国国国家汽车行业业“十五”规划研究组组预测，2005年和2010年，全国轿轿车总有量将分别别达到843869万辆和14231542万辆，轿车车需求量为110121万辆和193220万辆；国际际汽车制造商商协会也在最近近预测
9、，中国国今年将成为为第三大汽车车市场，同时时也证明中国国将成为全球球汽车配套服服务产业的第第四大市场，汽汽车用品及服服务行业正赶赶上历史上从从未有过的空空前繁荣期。另另据有关专业业机构统计，目目前有车一族族用于每辆新新购汽车的平平均装潢费用用4500元。现在是汽汽车越来越多多，车位越来来越多，泊位位越来越小，新新司机越来越越多，女司机机越来越多，刮刮蹭等倒车事事故越来越多多，因倒车事事故引发的纠纠纷越来越多多。以上的事事实及数字读读起来索然无无味，但却实实实在在地告告诉我们一种种消费的趋势势正在形成，一一片近乎空白白的市场已凸凸现眼前。现现在汽车出厂厂大多都不配配备倒车雷达达，有安装倒车雷达的
10、车车也是和倒车车雷达厂家合合作生产，基基于此，计划划自主设计开开发一种主要要用于售后市市场的、结构构简单、制作作方便、成本本低廉的倒车车雷达。1.1倒车雷达达防撞的意义义“往后倒一点，再再往后，打方方向盘，打多多了，回一点点再倒，好，停停。”相信一般的的车主在停车车场泊位时，都都会遇到车辆辆保管员的“热情招呼”。车技纯熟熟的倒也与人人工提示配合合默契；车技一般、方方向感较差的的，就经常使使负责指挥的的那位人士高高度紧张，脾脾气急躁的还还少不了挤兑兑车主几句。可可是，并不是是所有车主都都有幸得到人人工倒车指引引，比如，有有时回家晚了了，一个人慢慢倒倒车，不小心心还真容易磕磕磕碰碰，更有甚者，倒倒
11、车时没注意意到车后有个个小孩老人什什么的，后果果就会比较严严重。有鉴于于此，汽车高高科技产品家家族中，专为为汽车倒车泊泊位设置的“倒车雷达”因此应运而而生，而且，越越来越先进的的产品电投放放到市场中，广广为人知。倒倒车雷达是汽汽车泊车安全全辅助装置，能能以声音或者者更为直观的的显示告知驾驾驶员周围障障碍物的情况况，解除了驾驾驶员泊车和和起动车辆对对前后左右探探视所引起的的困扰，并帮帮助驾驶员扫扫除了视野死死角和视线模模糊的缺陷，提提高驾驶的安安全性。1.2倒车雷达达的发展过程程倒车雷达，又称称泊车辅助系系统，或称倒倒车电脑警示示系统。它是是汽车泊车或或者倒车时的的安全辅助装装置，由超声波传感感
12、器（俗称探探头）、控制制器和显示器器（或蜂鸣器器）等部分组组成。它能以以声音或者更更为直观的显显示告知驾驶驶员周围障碍碍物的情况，解解除了驾驶员员泊车、倒车车和启动车辆辆时前后左右右探视所引起起的困扰，并并帮助驾驶员员扫除了视野野死角和视线线模糊的缺陷陷，提高驾驶驶的安全性。 现在市面上的倒倒车雷达大多多采用超声波波测距原理，驾驾驶者在倒车车时，将汽车车的挡位推到到R挡，启动倒倒车雷达，在在控制器的控控制下，由装装置于车尾保保险杠上的探探头发送超声声波，遇到障障碍物，产生生回波信号，传传感器接收到到回波信号后后经控制器进进行数据处理理，从而计算算出车体与障障碍物之间的的距离，判断断出障碍物的位
13、置，再再由显示器显显示距离并发发出警示信号号，从而使驾驾驶者倒车时时不至于撞上上障碍物。整整个过程，驾驾驶者无须回回头便可知车车后的情况，使使停车和倒车车更容易、更更安全。 具体地说，倒车车雷达的工作作原理为：首首先连接电源源并打开，车车辆进入倒挡挡时，探测器器主机自动进进入工作状态态，同时显示示器波段亮起起。然后，用用专用钻头在在保险杠上开开孔，并将探探测器分别装装入孔内。根根据车主倒车车和停车的习习惯，四个探探头探测器分分别安装在汽汽车的尾部或或者两侧安装装两个。安装装好探测器主主机在适当的的位置，将显显示器夹在车车内后视镜上上，就开始正正常工作。通常，倒车雷达达由超声波传传感器(俗称探头
14、)、控制器和和显示器(或蜂鸣器)等部分组成成。倒车雷达达一般采用超超声波测距原原理，在控制制器的控制下下，由传感器器发射超声波波信号，当遇遇到障碍物时时，产生回波波信号，传感感器接收到回回波信号后经经控制器进行行数据处理、判判断出障碍物物的位置，由由显示器显示示距离并发出出其他警示信信号，得到及及时警示，从从而使驾驶者者倒车时做到到心中有数，使使倒车变得更更轻松。在几几年的时间里里，随着技术术发展和用户户需求的变化化，倒车雷达达经过了大致致六代的发展展。 第一代：倒车时时通过喇叭提提醒。“倒车请注意”想必不少人人还记得这种种声音，这就就是倒车雷达达的第一代产产品，现在只只有小部分商商用车还在使
15、用。只只要司机挂上上倒档，它就就会响起，提提醒周围的人人注意。从某某种意义上说说，它对司机机并没有直接接的帮助，不不是真正的倒倒车雷达。价格便宜，基基本属于淘汰汰产品。 第二代：采用蜂蜂鸣器不同声声音提示驾驶驶员。这是倒倒车雷达系统统的真正开始始。倒车时，如如果车后1.8米1.5米处有障碍碍物，蜂鸣器器就会开始工工作。蜂鸣声声越急，表示示车辆离障碍碍物越近。但但没有语音提提示，也没有有距离显示，虽虽然司机知道道有障碍物，但但不能确定障障碍物离车有有多远，对驾驾驶员帮助不不大。 第三代：数码波波段显示具体体距离或者距距离范围。这这代产品比第第二代进步很很多，可以显显示车后障碍碍物离车体的距离。如
16、如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。 第四代：液晶荧荧屏动态显示示。这一代产产品有一个质质的飞跃，特特别是屏幕显显示开始出现现动态显示系系统。不用挂挂倒档，只要要发动汽车，显显示器上就会会出现汽车图图案以及车辆辆周围障碍物物的距离，色色彩清晰漂亮亮，外表美观观，可以直接接粘贴在仪表表盘上，安装很很方便。不过过液晶显示器器外观虽精巧巧，但灵敏度
17、度较高，抗干干扰能力不强强，所以误报报也较多。 第五代：魔幻镜镜倒车雷达。结结合了前几代代产品的优点点，采用了最最新仿生超声声雷达技术，配配以高速电脑脑控制，可全全天候准确地地测知2米以内的障障碍物，并以以不同等级的的声音提示和和直观的显示示提醒驾驶员员。魔幻镜倒倒车雷达可以以把后视镜、倒倒车雷达、免免提电话、温温度显示和车车内空气污染染显示等多项项功能整合在在一起，并设设计了语音功功能。因为其其外形就是一一块倒车镜，所所以可以不占占用车内空间间，直接安装装在车内后视视镜的位置。而而且颜色款式式多样，可以以按照个人需需求和车内装装饰选配。 第六代：整合影影音系统。它它在第五代产产品的基础上上新
18、增了很多多功能，属于于第六代产品品，是专门为为高档轿车生生产的。从外外观上来看，这这套系统比第第五代产品更更为精致典雅雅；从功能上上来看，它除除了具备第五五代产品的所所有功能之外外，还整合了了高档轿车具具备的影音系系统，可以在在显示器上观观看DVD影像。 目前市场上倒车车雷达品牌多多达二十几种种，价格从上上百元到一两两千元不等，选选购倒车雷达达可以从如下下方面考虑：功能、性能能、外观、质质量、安装、价价格等。1.3本文主要要内容本文的主要研究究内容是汽车车倒车雷达预预警硬件系统的设设计和实现，以以及在此基础础上进行系统统的计算机仿真，以验证证系统的可靠靠性和有效性性。论文共分分5章，各章主主要
19、内容如下下：第l章绪论。包包括倒车雷达达的意义和发发展过程。第2章系统总体体方案设计。首首先介绍课题题的设计要求求，详细介绍绍系统测距模模块、控制模块和显示报报警模块的方案设设计，然后提提出本系统的的方案设计并并分析影响超声声波传感器工工作的多种因因素。第3章系统硬件件设计。详细细讨论了系统测距模模块、控制模模块、显示报报警模块的硬硬件电路设计计，具体讨论论测距模块中中的超声波发射电路路设计和超声声波接收电路路设计。第4章仿真。通通过MATLAAB对该设计系系统进行计算算机仿真，证证明该系统的的可行性和稳稳定性。第5章总结和展展望。对全文文进行总结，指指出不足之处处，对倒车雷雷达预警系统统的发
20、展前景景进行展望。2 系统构建与与方案设计2.1系统设计计要求汽车倒车雷达预预警系统由三三个部分组成成，分别为测测距部分、控控制系统部分分和显示报警警部分。本系统的主要功功能是：当车车挂入倒档后后，蜂鸣器发发出间隔频率率为1HZ的BiBi声；在汽车车距障碍物距距离小于0.60米时，报警警指示灯亮，同同时在显示屏屏上显示最小小车距以提醒醒驾驶者。2.2系统构建建按照系统设计要要求，重点介介绍硬件部分分，硬件系统统设计采用模模块化思想。系系统硬件结构构分为三个主主要模块：测测距系统模块块、控制系统模模块和显示报报警系统模块块。并对该系系统建立数学学模型，对其其进行了倒车车仿真试验研研究，以提供供较
21、为可靠的的方法给驾驶驶者完成倒车车任务。整个个系统根据“回波测距”的原理设计计的，其结构构框图如图2-1所示。控制系统发射模块接收模块数据显示蜂鸣器图2-1 汽车车倒车雷达预预警系统结构构原理图各模块所完成的的具体功能如如下：(1)测距系统统模块：针对对超声波传感器器设计的发送送模块、接收收模块和控制制系统共同完完成测距功能能。(2)控制系统统模块：本系系统以单片机机为控制核心心，控制整个个系统的运行行，对各个接口电路进进行控制，发发射脉冲，检测到回波波后，进行数数据处理，测测出从超声波波发射到接收收回波信号的的时刻差，从从而测出距离离。(3)显示报警警系统模块：显示最小距距离及报警以以提醒驾
22、驶员员。除此之外，系统统探测范围及及传感器的布布点对倒车也也有很大的影影响，如果系系统探测范围围及传感器的的布点设置不不当，那么就就容易出现盲盲区，对汽车车周围的障碍碍物探测不出出，容易出现现倒车事故。而而且在有的环环境下，易造造成无法侦测测及侦测不良良之情况。2.3系统方案案设计2.3.1测距距系统方案设设计目前汽车倒车雷雷达预警系统统测距技术主主要有激光、毫毫米波雷达、摄摄像系统、红红外线、超声声波等一些测测距技术，不不同的目标探测方式其其工作过程和和原理有不同同之处，但它它们的主要目目的都是通过过前方返回的的探测信息判判断前方车辆辆和本车间的的相对距离，并并根据两车间间的危险性程程度做出
23、相应应的预防措施施。由于题目要求，本系统的测距模块采用的是超声波测距，其他测距方法不做过多说明。所谓超声波，是指人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到16-20千赫兹（KHZ）的声波，低于16千赫兹的声波称为次声波或亚声波，超过20千赫兹的声波称为超声波。与光波不同，超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。电磁波的传播速度为310m/s，超声波在空气中的传播速度约为340m/s(常温下)。由于超声波指向向性强，能量量消耗缓慢，在在介质中传播播的距离较远远，并且利用用超声波检测测往往比较迅迅速、方便、计计算简单、易易于做到实时时控制，并且且在测量精度度方面能达到到工业实用的的要求
24、，因而而超声波经常常用于距离的的测量，如测测距仪和物位位测量仪等都都可以通过超超声波来实现现。由上述叙叙述可知，超超声波测量能能够达到系统统中所要求的的测量精度，一一般应用在汽汽车倒车系统统上。超声波传感器是是利用超声波波的特性研制制而成的传感感器。超声波波是一种振动动频率高于声声波的机械波波，由换能晶晶片在电压的的激励下发生振振动产生的，它它具有频率高高、波长短、绕绕射现象小，特特别是方向性性好、能够成成为射线而定定向传播等特特点。超声波波对液体、固固体的穿透本本领很大，尤尤其是在不透透明的固体中中，它可穿透透几十米的深深度。超声波波碰到杂质或或分界面会产产生显著反射射形成反射回回波，碰到活
25、活动物体能产产生多普勒效效应。因此超超声波检测广广泛应用在工工业、国防、生生物医学等方方面以超声波波作为检测手手段，必须产产生超声波和和接收超声波波。完成这种种功能的装置置就是超声波波传感器，习习惯上称为超超声换能器，或或者超声探头头。 超声波探头主要要由压电晶片片组成，既可可以发射超声声波，也可以以接收超声波波。小功率超超声探头多用作探测作用。它它有许多不同同的结构，可可分直探头（纵纵波）、斜探探头（横波）、表面波探探头（表面波波）、兰姆波波探头（兰姆姆波）、双探探头（一个探探头反射、一一个探头接收收）等。超声探头的核心心是其塑料外外套或者金属属外套中的一一块压电晶片片。构成晶片片的材料可以
26、以有许多种。晶晶片的大小，如如直径和厚度度也各不相同同，因此每个个探头的性能能是不同的，我我们使用前必必须预先了解解它的性能。超超声波传感器器的主要性能能指标包括：（1）工作频率率。工作频率率就是压电晶晶片的共振频频率。当加到到它两端的交交流电压的频频率和晶片的的共振频率相相等时，输出出的能量最大大，灵敏度也也最高。（2）工作温度度。由于压电电材料的居里里点一般比较较高，特别时时诊断用超声声波探头使用用功率较小，所所以工作温度度比较低，可可以长时间地地工作而不产产生失效。医医疗用的超声声探头的温度度比较高，需需要单独的制制冷设备。（3）灵敏度。主主要取决于压压电晶片本身身。机电耦合合系数大，灵
27、灵敏度高；反反之，灵敏度度低。当电压作用于压压电陶瓷时，就就会随电压和和频率的变化化产生机械变变形。另一方方面，当振动动压电陶瓷时时，则会产生生一个电荷。利利用这一原理理，当给由两两片压电陶瓷瓷或一片压电电陶瓷和一个个金属片构成成的振动器，所所谓叫双压电电晶片元件，施加一个电电信号时，就就会因弯曲振振动发射出超超声波。相反，当向双双压电晶片元元件施加超声声振动时，就就会产生一个个电信号。基基于以上作用用，便可以将将压电陶瓷用用作超声波传传感器。如超声波传感器器，一个复合合式振动器被被灵活地固定定在底座上。该该复合式振动动器是谐振器器以及由一个个金属片和一一个压电陶瓷瓷片组成的双双压电晶片元元件
28、振动器的的一个结合体体。谐振器呈呈喇叭形，目目的是能有效效地辐射由于于振动而产生生的超声波，并并且可以有效效地使超声波波聚集在振动动器的中央部部位。室外用途的超声声波传感器必必须具有良好好的密封性，以以便防止露水水、雨水和灰灰尘的侵入。压压电陶瓷被固固定在金属盒盒体的顶部内内侧。底座固固定在盒体的的开口端，并并且使用树脂脂进行覆盖。对对应用于工业业机器人的超超声波传感器器而言，要求求其精确度要要达到1mm，并且具有有较强的超声声波辐射。图2-2 超声声波探头的结结构图其原理为：在超超声波发射器器两端输入40KHZ脉冲串，脉脉冲信号经过过超声波内部部振子，振荡荡产生机械波波，并通过空空气介质传播
29、播到被测面，由由被测面反射射到超声波接接收器接收，在在超声波接收收器两端，信信号是毫伏级级的正弦波信信号，超声波波经气体介质质的传播到接接收器的时间间，即为往返返时间。往返返时间与气体体介质中的声声速相乘，就就是声波传输输的距离。而而所测距离为为声波传输距距离的一半，其其关系式可由由公式(1-1)表示：L=CT/2 (1-1)（1-1）式中中，L为待测距离离，C为超波的声声速，T为往返时间间。采用微处处理器脉冲计计数的方法，可以精确地测出T的值。假设微处理器的周期为t，则T=Nt，则探测距离可由公式(1-2)表示：L=CT/2=CNt/22 （1-2）因为超声波指向向性强，所以以超声波对障障碍
30、物面的入入射角对超声声波电子倒车车雷达的灵敏敏度影响较大大。理想的情情况是让超声声波垂直于入入射面，可最最大限度地接接收反射回波波以避免可能能使超声波电电子倒车雷达达失灵（进入超声测测距盲区）的的情况出现。图 2-3是超声波测距的原理图。超声波探头发射波反射波障碍物tV发射波反射波图2-3 超声波测距的原理图2.3.2控制制系统方案设设计在控制系统的方方案选择上，由由于整个系统统的设计涉及及到数据处理理，控制实时时性等问题，选选用基于微控控制器的系统统，电路的实实现不仅简单单而且成本低低、功耗低、能能大大缩小整整个系统的体体积。本系统统是精密实时时采集传输系系统，需要微微控制器有很很强的抗干扰
31、扰能力，而且且要求微控制制器内部有看看门狗定时器器，以便在程程序走飞时能能自动复位；执行指令速速度要快，以以便能高速处处理采集到实实时数据。所所以微控制器器选用Atmel公司的AT89SS52单片机的控控制系统。发射电路接收电路显示距离报警电路单片机控制发射传感器接收传感器图2-4 单片机控制系统AT89S522是一种低功功耗、高性能能CMOS8位微控制器器，具有8K在线可编程Flashh 存储器。使使用Atmeel公司高密度度非易失性存存储器技术制制造，与工业业80C51产品指令和和引脚完全兼兼容。片上Flash允许程序存存储器在系统统可编程，亦亦适于常规编编程器。在单单芯片上，拥拥有灵巧的
32、8位CPU和在系统可可编程Flash，使得AT89SS52为众多嵌入入式控制应用用系统提供高高灵活、超有有效的解决方方案。AT89SS52具有以以下标准功能能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门门狗定时器，2个数据指针针，三个16位定时器/计数器，一一个6向量2级中断结构构，全双工串串行口，片内内晶振及时钟钟电路。另外外，AT89SS52可降至0Hz 静态逻辑操操作，支持2种软件可选选择节电模式式。空闲模式式下，CPU停止工作，允允许RAM、定时器/计数器、串串口、中断继继续工作。掉掉电保护方式式下，RAM内容被保存存，振荡器被被冻结， 单片机一切切工作停止，直直到下
33、一个中中断或硬件复复位为止。2.3.3显示示报警系统方方案设计显示器应用极为为广泛，是一一种输出设备备，综合课题题的实际要求求、成本以及考虑单片片机的接口资资源，本设计计使用三个DPY_77-SEG_DP共阴二二极管显示器器，由于倒车车时距离障碍碍物的距离本本来就比较近近，大概在3米以内，所所以一个三位的LED显示器就可可以达到要求求。报警装置采用的的是有源蜂呜呜器，根据距距离远近进行行报警，以提提示驾驶员。2.3.4系统统探测范围及及传感器布点点的确定超声波传感器发发射超声波有有一定的角度度范围，下图图为常用超声声波传感器的的探测角度：图2-4 探测角度影响超声波探测测的因素以上上阴影区只是
34、是超声波传感感器发射超声声波的覆盖区区，而覆盖区区内的障碍物物是否能被探测到，则则与以下因素素有关：1从物理学的的反射原理可可知：超声波波的反射规律律为反射角等等于入射角，因因此，反射波波是否能被超超声波传感器器捕捉，与反反射面的角度度有关。2反射面的大大小不同，也也会影响反射射波的强度。3另外，障碍碍物会吸收掉掉一部分超声声波，反射回回去的只是其其中一部分，而而吸收多少，反反射又是多少少，则与障碍碍物的材质和和表面处理相相关。疏松、多多孔的表面较较易吸收音波波而导致反射射效率较低，不不易被侦测。4超声波在空空气中传输时时也会衰减，所所以同一个反反射面，同样样的角度，距距离越远，发发射和反射的
35、的超声波衰减减越大，越不不易被测到。5以上几点简简单的说就是是：角度、大大小、表面材材质和距离这这些因素综合合起来，决定定障碍物是否否会被探测到到。根据以上原理可可知，在下列列环境下，易易造成无法侦侦测及侦测不不良之情况：1铁丝网、绳绳索类细小物物体。2于草地行车车或崎岖不平平路面。3棉质或表面面易吸收声波波之物质。4传感器表面面附着异物。5同频率(440KHZ)之超声波杂杂音，如金属属声，高压气气体排放声，汽汽车喇叭正对对传感器鸣叫叫时。6障碍物为锐锐角反射体，锥锥状物体。为了满足安全距距离的要求，超超声波传感器器的最大探测测范围为10米，本系统统测距的范围围是08米。由于汽汽车工作环境境的
36、恶劣和各种干干扰，选择合合适的传感器器和在车体安安装适当的位位置是很重要要的。根据超超声波传感器器的灵敏度高高，可靠性和和稳定性好，耐耐高低温，振振动等特点，本本系统选择超超声波测距传传感器UCMM-T40KKI、UCM-RR40KI (T表示发射传传感器，R表示接收传传感器)，最大探测测距离为10m，发射扩散散角为60度。考虑到汽车的形形体、行驶的的需求和程序序控制的输入入输出点数，按按设计要求，本本系统在汽车车尾部安装多多个超声波传传感器，根据据一般要求装装46个较合适，本本系统设计成成4个测量通道道，具体安装装在汽车两侧侧中后部各安安装一个传感感器，尾部安安装两个传感感器，4个距离值由单
37、片机机进行处理运运算。2.4本章小结结本章首先根据系系统的设计要要求，介绍了了系统构建，然然后详细阐述述了系统的方方案设计，对对系统的三个个模块：测距距系统、控制制系统和显示示报警系统分分别方案设计计，确定了本本系统以AT89SS52单片机系统统为核心，以以UCM-TT40KI、UCM-RR40KI为为超声波发射射、接收器的的汽车倒车雷雷达预警系统统的方案设计计并分析影响超声声波传感器工工作的多种因因素。3 系统硬件设设计本章讲述倒车雷雷达系统的各各个模块的设设计和主要元元器件的介绍绍。包括测距距系统设计(超声波发送送接收系统)、单片机控制系系统设计和显显示报警系统统设计。其中中，测距系统统由
38、超声波发发射模块和超超声波接收模模块构成；控控制系统设计计主要对AT89SS52单片机机系统进行设设计；显示报报警系统设计计差要对数据据通讯、数据据转换、蜂鸣鸣器和静态显显示电路进行行设计。以下下就各模块的的电路图、功功能及设计思思路作详细说说明。3.1系统硬件件设计思想其硬件结构图如如图3-1所示。单片机发射电路发射传感器报警电路测温电路显示电路接收电路接受传感器障碍物图3-1 系统统硬件结构图图40kHz的超超声波发送脉脉冲信号由微微处理器的P1.0口送出，发发出一系列的的脉冲群，信信号经过放大大，再经过驱驱动电路，驱驱动超声波发射射头，使发射射换能器接收收高电压。其其内部的压电电晶片开始
39、震震动，经过换换能器发出40kHz的脉冲超声声波。当超声声波遇到障碍碍物发生反射射，反射波(回波)返回到超声声波传感器上上。反射回的的正弦波信号号经过放大、滤滤波、整形后后输入单片机机的INT0端，产生中中断。计数器器停止计数，测测出从超声波波发射脉冲群群时刻到接收收回波信号时时刻差，超声声波在同温同同介质中的传传播速度由测测温系统得知知，将时刻差差与声速相乘乘，得出距离离，并显示。3.2测距系统统设计测距系统模块由由超声波发射射与回波接收收电路组成，其其主要作用是是提高驱动超超声波传感器器的脉冲电压压辐值，有效效地进行电声转换，增增大超声波的的发射距离。并并通过收发一一体的超声波波传感器将返
40、返回的超声波波转变成微弱弱的电信号，供供单片机进行行处理。超声波的传播速速度一般来说说只跟介质有有关，相同的介质质在不同的条条件下传播速速度会有一些些不同，比如如温度不同它它的传播速度度也不相同，由由于本设计中中距离障碍物物的距离很近近，所以必须须考虑到温度度对超声波传传播速度的影影响。3.2.1超声声波发射模块块电路设计发射电路的实现现目的是为超超声波发射器器提供它所需需要的脉冲电电信号。要求求荡电路振荡荡频率可调，同同时具有一定定的驱动能力力可以驱动超超声波传感器器发出超声波波。振荡电路的目的的是为超声波波传感器提供40KHz脉冲。用555定时器器组成的多谐谐振荡器如图图所示。接通电源后，
41、电电容C被充电，当V上升到2V/3时，使V为低电平，同同时放电三极极管T导通。此时时电容C通过R和T放电，V下降。当V下降到V/3时，V翻转为高电电平。电容器器C放电所需的的时间为t= RClnn2=0.77 RC当放点结束时，T截止，V将通过R、R向电容器C充电，V由V/3上升到2V/3所需的时间间为t=（R+ RR）Cln2=0.7（R+ R）C当V上升到2VV/3时，电路又又翻转为低电电平。如此周周而复始，于于是，在电路的输输出端就一个个周期性的矩矩形波。其振振荡频率为f= 图3-2 震荡荡电路在控制信号P11.0为高电平平时，此振荡荡电路启振，调调节到R、R、C可得到40kHz左右的振
42、荡荡频率。声波在空气中的的传播速度受受空气介质影影响，距离越越远，衰减越越大。为能够够接收远距离离的回波，所所以要增加驱驱动电路来增增大功率。驱动电路的实现现目的是为超超声波发射器提供足够功功率的脉冲信信号。驱动电路要求产产生出具有一一定功率，一一定脉冲宽度度和一定频率率的超声波电电脉冲去激励励超声波发射射器，由超声声波发射器将将电能转换为为机械能。本文采用COMMS芯片CD40449组成超声波波驱动电路图图，芯片CD40449的引脚图如如图所示：13、16引出端是空空脚 ，与内部电电路无连接。V接地，V接9V电压。图3-3 CCD40499引脚图为了增加驱动能能力，把3个非门并列列起来。要求
43、求6个非门都来来自同一个芯芯片上，以保保证信号的上升沿和下下降沿的同步步。在非门输输出的两端直直接接上一个个电容是为了了防止直流直直接加载在超超声波发射器器上而导致其其损坏。其电电路图如图33-4所示：测距系统所用的的超声波探头头UCM-TT40KI在频率40KHz，幅值9V(可调)的电压驱动动下，各种性性能达到最佳佳，所以通过过单片机AT89SS52的P10管脚输出脉脉冲信号给振振荡电路。由由振荡电路发发出40KHz的脉冲信号号给驱动电路路。由于单片片机AT89SS52的P1口的输出电电压只有5V，其驱动能能力达不到要要求，所以用用一个CMOS芯片CD40669来驱动超声声波传感器的的发射探
44、头发发射超声波。它它的工作原理是：几个非非门并接，即即可提供较大大的驱动功率率，而且到达达发射器两端端的信号是反反向的，使得得超声波的发发射器得到足足够的能量。图3-4 CDD4069芯片组成超超声波驱动电电路3.2.2超声声波接收模块块电路设计因为超声波测距距只用于近距距离，当距离较远远时，衰减较较为严重，反反射回来的信信号相对也比比较微弱。因因此接收端应应先设置一个个放大电路，然然后通过检波波电路对其输输出信号进行行解调，最后后把检波输出出的信号送入入电压比较器器进行比较，电电压比较器输输出的方波信信号直接输入入单片机的INT0中断口，产产生中断，停停止计时，在在进行数据处处理运算。其其过
45、程如图所所示：+5V+5V+5V-5V-5V-5V图3-5 接收电路信号变化关系图如上图所示：微弱信号-放大信号-整形信号(1)放大电路路的设计放大电路的目的的：把超声波波探头接收到到的微弱信号号进行放大。为了提高抗干扰扰性，滤波电电路要针对40 kHHz信号进行高高带通滤波，并并对该频率信信号进行放大大增益。如图图：图3-6 运运放构成接收收电路图电路由集成运放放A1、A2构成二级放放大电路，R、C为无源滤波波网络，二极极管、R9为检波网络络。在回波信号的放放大过程中，由由于干扰信号号的存在，为为避免将干扰扰信号放大而而产生回波误误识别，必须须将干扰信号号去除，即回回波信号放大大过程中必须须
46、设计带通滤滤波器，只对对有效频带内的超声声波信号进行行选择放大。滤波器的功能是是让一定频率率范围内的信信号通过，而而把此频率范范围以外的信信号加以抑制制或使其急剧剧衰减。当干干扰信号与有有用信号不在在同一频率范范围之内时，可可使用滤波器器有效的抑制制干扰。由于超声波回波波信号具有频频率低、幅度度小、易受干干扰等特点，因因此，本系统统采用RC无源滤波方方式，用于微微弱回波信号号的放大。集集成运放主要要是把所得到到的有用信号号进行一定倍倍数的放大。由由二极管和电电容组成的检检波网络的主主要功能是通通过二阶带通通滤波网络，检检测到系统所所需要的40KHZ频率信号。(2)比较电路路的设计比较电路的目的
47、的：将放大电电路放大、滤波得得到的40KHZ频率信号整整形成能为单单片机的INT0口辨识的脉脉冲信号，也也就是将正弦弦波整形成方方波。采用集成电压比比较器LM393来实现这一一功能，LM393的内部结构构如图：图3-7 LLM393的内部结构构如图在本文中只用一一组比较器，另另一组比较器器的三个管脚脚必须接地，V接9V电压，GND接地。由LM393构成的比较较电路如图所所示：图3-8 LMM393构成比较电电路如图所示，放大大后的信号由由LM393第2脚进入，由由于R2电阻可调调，即根据输输入的信号可可以调节滞回电压。可以以有效地防止止干扰。LM393是+9V(可调)供电，需要要在输出端口口接上一个上上拉电阻10K，该电阻由+5V供电，将+9V高电平拉低低到+5V高电平，供供单片机INT0端口识别。3.2.3测温温电路设计超声波的传播速速度一般来说说只跟介质有有关，相同的介质质在不同的条条件下