1 超聲波測距原理
超聲波測距原理是利用超聲波從發(fā)射到接收過程中傳播的時間來計算出傳播距離。本文的倒車雷達系統(tǒng)采用反射接收回波方式,。設(shè)l為測量距離,，t為往返時間差，超聲波的傳播速度為c,，則有t=2l／c,，而聲波在空氣中傳輸速率為
。式中T為環(huán)境溫度,；cO為絕對溫度時的速度,，是常數(shù)。從上述兩式可以推出
，故利用超聲波測量的距離與時間和環(huán)境溫度有關(guān),，在本系統(tǒng)中利用AT89S52中的定時器測量超聲波傳播時間,，利用DSl8820測量環(huán)境溫度，從而提高測距精度,。
2 硬件設(shè)計
2．1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計
如圖1所示,，本系統(tǒng)硬件部分由AT89S52控制器、超聲波發(fā)射電路,、接收電路,、溫度測量電路，聲音報警電路和LCD顯示電路組成,。汽車行進時LCD顯示環(huán)境溫度,，當?shù)管嚂r，發(fā)射和接收電路工作,，經(jīng)過AT89S52數(shù)據(jù)處理將距離也顯示到LCD上,，如果距離小于設(shè)定時，報警電路會鳴叫,，提醒司機注意車距,。AT89S52是主控芯片，支持在線下載程序,，方便調(diào)試,，有8kB的Flash、32個I／O口,、三個16位定時／計數(shù)器,、八個中斷源、全雙工UART串行口和看門狗定時器等,，資源豐富,，既滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計要求，也滿足了日后擴展的需求,。
2．2 超聲波發(fā)射電路
超聲波發(fā)射器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩部分,，超聲波探頭選用CSB40T?？刹捎密浖l(fā)生法和硬件方法產(chǎn)生超聲波,。本系統(tǒng)利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，經(jīng)過74HC04兩次和一次反向放大驅(qū)動后輸出到CSB40T,，如圖2所示,。
74HC04是一個高速CMOS六反相器，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間,，而相對于LSTTL邏輯IC,，它的功耗減少很多,。對于HC類型，其工作電壓為2～6V,，它具有高抗擾度,，可以兼容直接輸入LSTTL邏輯信號和CMOS邏輯輸入。
2．3 超聲波接收電路
由于超聲波在空氣中傳播,，其能量會隨傳輸距離的增大而減小,，從遠距離障礙物反射的回波信號一般比較弱，所以在設(shè)計超聲波接收電路時,，要有較大的放大倍數(shù),；為減小環(huán)境噪聲對回波信號的影響，也要考慮選用濾波特性較好的電路,，使回波易于檢測,。超聲波接收電路使用集成電路CX20106A，可用來完成信號的放大,、限幅、帶通濾波,、峰值檢波和波形整形等功能,，如圖3所示。
其中的前置放大器具有自動增益控制功能,，可以保證在超聲傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時,，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時放大器不會過載,；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳的外接電阻調(diào)節(jié),，不需要外接電感，可避免外磁場對電路的干擾,，可靠性較高,。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求,。同時,，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲,。當接收到40kHz信號后,，芯片7腳會出現(xiàn)較短的低電平，接入單片機便可以使單片機產(chǎn)生中斷,。
2．4 溫度測量電路
由于超聲波的傳播速度v會受溫度,、濕度、壓強等的影響,，其中溫度的影響尤為嚴重,。因此在測量精度要求高的場合,，應(yīng)通過溫度補償對超聲波的傳播速度進行校正，以減小誤差,。
本系統(tǒng)采用DALLAS公司的DSl8820數(shù)字式溫度傳感器進行溫度測量,，它所測量的溫度值用9位二進制數(shù)直接表示，這些值通過DSl8820的數(shù)據(jù)總線直接輸入CPU,，無需A／D轉(zhuǎn)換,，而且讀寫指令、溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過數(shù)據(jù)總線傳入DSl8820,，無需外部電源,。DSl8820數(shù)字溫度傳感器與AD590、LM35等溫度傳感器相比,，具有相當?shù)臏y溫范圍和精度,，溫度測量精確、不受外界干擾等優(yōu)點,。硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示,。
2．5 顯示電路
本系統(tǒng)中的顯示部分采用1602LCD液晶顯示。具體接口如圖5所示,。
如上圖,，有兩組電源，一組是模塊的電源 一組是背光板的電源 均為5V供電,。R3是調(diào)節(jié)對比度的引腳,，調(diào)節(jié)此腳上的電壓可以改變黑白對比度。RS是很多液晶上都有的引腳,，是命令／數(shù)據(jù)選擇引腳,，該腳電平為高時表示將進行數(shù)據(jù)操作；為低時表示進行命令操作,。RW也是很多液晶上都有的引腳,，是讀寫選擇端，該腳電平為高時表示要對液晶進行讀操作,；為低時表示要進行寫操作,。同樣，很多液晶模塊有E引腳,，通常在總線上信號穩(wěn)定后給一正脈沖通知把數(shù)據(jù)讀走,，在此腳為高電平的時候總線不允許變化。DO～D7 8位雙向并行總線,，用來傳送命令和數(shù)據(jù),。BLA是背光源正極，BLK是背光源負極,。
3 軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計,，由主程序,、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序,、溫度補償子程序,、報警子程序以及顯示子程序組成。主程序流程圖如圖6所示,。
超聲波倒車雷達系統(tǒng),，最重要的就是對發(fā)射信號的控制及接收測量的時機控制。在設(shè)計中,，AT89S52對發(fā)射的控制就是對40kHz方波產(chǎn)生電路的控制,。由AT89S52的Pl．0口控制超聲波發(fā)射電路以6個脈沖的序列發(fā)射出去，在程序中用延時實現(xiàn),。脈沖發(fā)射同時打開定時器T0開始計時,，發(fā)射后等待1ms打開外部中斷INT0，等待回波反射到接收探頭,。等待1ms的原因是,，超聲波發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波一般都會存在余波干擾，有部分聲波會直接傳到接收探頭,，經(jīng)接收電路放大后,，系統(tǒng)就會把它誤認為是檢測的回波信號，發(fā)射后等待1ms可以避免檢測到余波信號,，當然這也會導(dǎo)致測量盲區(qū)的存在。
4 結(jié)論
為了證明本文設(shè)計的倒車雷達系統(tǒng)的可靠性,，在內(nèi)部進行了實地測量,。本系統(tǒng)測距范圍為0．2～5m。最大誤差小于3cm,。因此,，本系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、抗干擾能力強,、靈敏度高的特點,。