超声波测距系统的研究与应用

摘 要:安全避障是机器人上最重要部分之一,乃至与我们生活习习相关的汽车也要注意安全避障。本文研究的是基于AT89C2051的超声波测距系统在汽车安全装置上的应用。该系统由超声波发射电路,回波接收电路和PC机数据采集显示系统及其报警电路组成。这类研究将会让汽车的安全系数得到极大的提高,是一个值得深入的方向。

关键词:AT89C2051 超声波测距系统 数据采集显示系统 报警系统

中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)11-0050-01

随着我国经济突飞猛进的发展,人们生活水平得到很大的提高。越来越多的家庭有多余的钱来买爱车了,但是公路、街道的宽度是一定的,这样给驾驶员泊车、倒车带来很大的不方便。与此同时,汽车行业也在飞速的发展,人们买车的一个硬性指标考虑汽车的安全系数问题。本文研究的超声波测距系统能消除泊车,倒车中的不安全因数,能让驾驶员做到心中有数,极大的提高了泊车和倒车的安全和效率。

1 超声波测距的基本原理

超声波测距是通过超声波发射探头不断发送超声波,并检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差T,然后求出距离S=CT／2,式中的C为超声波波速。为了能测量汽车四周不同位置障碍物的距离,我们可以在汽车周身安装传感器排组。经大量实验验证频率为40KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳,因此,为了便于处理,发射的超声波被调制成40KHZ左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号。

2 超声波倒车辅助装置系统的介绍

本装置根据超声波测距原理研制,由超声发射电路、超声接收电路、放大电路、锁相鉴频电路和显示报警电路组成,采用单片机控制技术进行处理。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送,然后单片机不停的检测INT0引脚,当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。将测得的数据进行处理通过数码管显示,并进行声光报警。由于倒车时汽车的行驶速度较慢,和声速相比可以认为汽车是静止的,因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响（图2）。

3 系统硬件设计

3.1 超声波发射电路的设计

超声发射电路主要由脉冲调制信号产生电路,隔离电路以及驱动电路组成。脉冲调制信号产生电路中通过单片机对 555定时器的复位端的控制,使555定时器分时工作从而生产生脉冲频率为40KHz,周期为30ms的脉冲调制信号电路设计如下图所示,40kzh的超声波的振荡频率计算式为f=1.43/((R1+2·R·4)·C6)。将R4设计为可调电阻方便调节信号频率,使之与换能器的40kHz固有频率一致。为保证555时基具有足够的驱动能力,宜采用+15V电源,从而保证超声波能够发送较远的距离,提高了测量量程。

3.2 超声波接收电路

超声波接收电路使用超声波接收传感器MA40EIR,其接收信号一般在1mV～1V之间,MA40EIR的输出由放大器放大。图3为运算放大器组成的超声波接收电路,一个运放的电路的增益最好在100倍以下,若要求更高的增益,要再增加一级放大电路。所以本接收电路采用了两级放大。两级放大之间的连接用电容。采用两级放大能很好的达到这个效果。

3.3 声光报警电路的设计

我们选取M3720芯片来进行声光电路设计。M3720是单声一闪灯报警集成电路,芯片内存储一种报警音效,可直接驱动蜂鸣器发声或经外接功放三极管.推动扬声器放音,同时还能驱动一只LED闪烁。该芯片各引脚功能为:5脚VDD;1脚VSS分别为电源输入端与负端,VDD电压3～3.5V;8脚X和7脚Y分别为芯片外接振荡电阻器;6脚TG为触发控制端,低电平触发有效;3脚BZ和2脚BB分别为报警音效输出端,可直接外接压电陶瓷蜂鸣器,如果驱动扬声器则由3脚BZ端引出;4脚L为闪灯输出端,可直接驱动LED发光。

4 系统软件设计

本系统以单片机为核心,采用汇编语言编程,使用了VU2Keil软件进行设计。软件设计包括三个部分:主程序,定时中断程序和外部中断程序,其流程图如图3。

5 结语

本系统的研究是对汽车防撞报警系统由被动防撞向主动防撞做的一项新的探索,它针对部分司机对方位的不敏感和倒车操作不熟练进行设计从而辅助驾驶员倒车和泊车,它可以极大的提高汽车的安全系数有很好的应用前景。

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