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作者：桂林電子科技大學(xué) 王守華 日期：2009-9 超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，根據(jù)超聲波這些特性進(jìn)行障礙物有效距離的探測已在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。不過，超聲波在空中傳播速度深受溫度的影響，若不考慮此項(xiàng)因素，測量的精確度很難得到保證。 在這一汽車倒車測距儀的研制中，充分考慮到環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響，通過溫度補(bǔ)償方法予以校正,具有較高的測量精度，并能實(shí)時顯示及語音播報(bào)車后障礙物距離,讓司機(jī)視聽結(jié)合，更加人性化。整機(jī)電路具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、測量誤差小等特點(diǎn)。 超聲波倒車測距儀整機(jī)電路 本系統(tǒng)整機(jī)電路采用單片機(jī)AT89S52做主控單元，其他部分包括超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、DS18B20溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、語音播報(bào)模塊等。整機(jī)框架如圖1所示。 
圖1 系統(tǒng)框架 1 超聲波發(fā)射模塊 采用NE555芯片產(chǎn)生40kHz的振蕩方波，單片機(jī)通過NE555復(fù)位端來控制超聲波的發(fā)送。由于 NE555最大能夠產(chǎn)生200mA的輸出電流，發(fā)射信號功率有限，需經(jīng)NE5532AF構(gòu)成的功率放大電路后，產(chǎn)生足夠的功率推動超聲波的發(fā)射，這樣才能滿足發(fā)射距離的要求。超聲波發(fā)生電路如圖2所示，功率放大電路如圖3所示。
圖2 超聲波發(fā)生器
圖3 功率放大電路 2 超聲波接收模塊 采用LM567鎖相環(huán)電路，當(dāng)接收信號在LM567的鎖定頻率范圍內(nèi)時，LM567的輸出端會從高電平跳變?yōu)榈碗娖�，此信號作為單片機(jī)的中斷信號，從而超聲波從發(fā)射到接收的時間差即可得到準(zhǔn)確測量。根據(jù)公式S=V*T/2即可得到所測距離。超聲波檢測電路如圖4所示。
圖4 超聲波檢測電路 3 溫度補(bǔ)償模塊 目前, 大多數(shù)溫度測控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度檢測時, 都是用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電量后, 經(jīng)調(diào)理電路, 由ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行后續(xù)處理。這種電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試煩瑣、精度易受元器件參數(shù)的影響。 本設(shè)計(jì)中采用溫度傳感器DS18B20模塊，該傳感器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換可直接使用。因其外部電路簡單，溫度測量準(zhǔn)確度高。 4 液晶顯示模塊 采用液晶LCD12864用來顯示測距信息，內(nèi)容方便直觀，而且可以顯示相關(guān)提示信息，更加人性化。 5 語音播報(bào)模塊 采用數(shù)碼語音芯片ISD2560做語音錄放部分。此芯片錄放時間長達(dá)60s，可實(shí)現(xiàn)語音的分段錄取、組合回放和循環(huán)播放，而且不必使用專門的ISD語音開發(fā)設(shè)備。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，省去了ADC和DAC。每個采樣值直接存儲在片內(nèi)單個 EEPROM單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。另外，ISD2560控制電平與TTL電平兼容，接口簡單、使用方便。語音播報(bào)電路如圖5所示。
圖5 語音播報(bào)電路 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)非常重要，它是系統(tǒng)的中樞，影響著整機(jī)性能的優(yōu)劣。本超聲波測距儀軟件流程如圖6所示。
圖6 超聲波測距軟件流程 超聲波倒車測距儀功能效果 1 溫度補(bǔ)償作用 超聲波在空氣中傳播的速度受溫度的影響很大，為了得到更精確的測量結(jié)果，本系統(tǒng)采用了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒āＳ酶呔鹊臏囟葌鞲衅鱀S18B20測得環(huán)境溫度，通過軟件編程查表的方法得到超聲波實(shí)際的傳播速度，再由單片機(jī)計(jì)算出精確的距離。 2 測距大小及精度 通過實(shí)踐驗(yàn)證，超聲波測距達(dá)到8m，精確度達(dá)到0.01m。并且根據(jù)車后障礙物距離大小劃分成“安全距離”、“保持距離”、“危險距離”三等級提示。 3 液晶顯示功能 液晶12864在倒車測距語音系統(tǒng)中用于顯示文字和相關(guān)信息。系統(tǒng)上電后在液晶上分行顯示：第一行顯示：倒車測距語音系統(tǒng)；第二行顯示：離目標(biāo)余：×點(diǎn)××米；第三行顯示：狀態(tài)：××距離；第四行顯示：環(huán)境溫度：××.××××C。（×為系統(tǒng)上電后自行測量得的數(shù)據(jù)，C為溫度的符號）。這樣顯示使用戶清楚的知道自己目前所處的位置和安全程度，從而知道如何下一步的操作。 4 語音播報(bào)提示 ISD2560是一個性價比較高的語音錄放芯片，其可尋址錄放功能是其他語音芯片無法比擬的。把要讀的字連續(xù)的錄于其中，要讀測得的距離時，直接從語音段上把各個字取下來，然后進(jìn)行播放，很好的實(shí)現(xiàn)了語音播報(bào)功能。 結(jié)束語 本系統(tǒng)解決了溫度變化帶來超聲波測距精度不高以及距離不遠(yuǎn)等問題。此外，整機(jī)系統(tǒng)智能化，具有語音播報(bào)提示和液晶屏顯示功能，體現(xiàn)人性化，使用起來非常方便。這一系統(tǒng)可以安裝在各種汽車尾部，用于倒車監(jiān)測車后障礙物情況，功能良好，效果顯著。 |
