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超声波倒车雷达系统设计与AT89S52单片机应用
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更新于2024-06-30
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本文主要探讨的是06级自动化专业的超声波倒车雷达系统的设计。超声波倒车雷达系统利用超声波测距原理,为驾驶者提供倒车时的安全辅助。当车辆挂入倒车挡时,安装在车尾保险杠上的超声波传感器会发射出声波脉冲,这些脉冲在遇到障碍物时会被反射回来。传感器接收到回波信号后,通过控制器进行实时处理,计算出车体与障碍物之间的精确距离,这有助于驾驶者判断车辆周围的环境,防止发生碰撞。 系统结构被划分为三个主要模块:测距模块、系统控制模块和显示报警模块。测距模块负责接收和解析回波信号,系统控制模块则根据测距结果执行相应的指令,如调整警告音量或点亮LED指示灯。显示报警模块通过LED显示器和蜂鸣器提供直观的视觉和听觉反馈,确保驾驶者在倒车时能清晰地了解周围状况。 本文的研究重点在于硬件电路设计,特别是利用AT89S52单片机作为核心控制器的部分。作者详细解释了如何利用单片机技术实现测距功能,包括信号处理、数据采集和距离计算等步骤。通过系统仿真研究,验证了基于AT89S52单片机的倒车雷达预警系统在实际应用中的稳定性和可靠性。 此外,文章还参考了国内外的相关技术进展,对比分析了不同设计思路和技术路线,以确保系统性能的先进性和实用性。关键词的选用——超声波、倒车雷达、传感器和AT89S52单片机,突出了本文的核心技术要点。 这篇论文不仅介绍了超声波倒车雷达系统的工作原理,而且深入探讨了其硬件设计和控制策略,为同类系统的研发提供了有价值的参考依据,对于提升汽车安全性和驾驶便利性具有重要意义。通过阅读本文,读者可以了解到超声波倒车雷达技术在现代汽车电子系统中的重要地位及其对未来汽车安全技术发展的影响。
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器的一个结合体。谐振器呈喇叭形,目的是能有效地辐射由于振动而产生的超
声波,并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。
室外用途的超声波传感器必须具有良好的密封性,以便防止露水、雨水和
灰尘的侵入。压电陶瓷被固定在金属盒体的顶部内侧。底座固定在盒体的开口
端,并且使用树脂进行覆盖。对应用于工业机器人的超声波传感器而言,要求
其精确度要达到 1mm,并且具有较强的超声波辐射。
图 2-2 超声波探头的结构图
其原理为:在超声波发射器两端输入 40KHZ 脉冲串,脉冲信号经过超声波
内部振子,振荡产生机械波,并通过空气介质传播到被测面,由被测面反射到
超声波接收器接收,在超声波接收器两端,信号是毫伏级的正弦波信号,超声
波经气体介质的传播到接收器的时间,即为往返时间。往返时间与气体介质中
的声速相乘,就是声波传输的距离。而所测距离为声波传输距离的一半,其关
系式可由公式(1-1)表示:
L=CT/2 (1-1)
(1-1)式中,L 为待测距离,C 为超波的声速,T 为往返时间。采用微处理
器脉冲计数的方法,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/2 (1-2)
因为超声波指向性强,所以超声波对障碍物面的入射角对超声波电子倒车
雷达的灵敏度影响较大。理想的情况是让超声波垂直于入射面,可最大限度地
接收反射回波以避免可能使超声波电子倒车雷达失灵(进入超声测距盲区)的
情况出现。图 2-3 是超声波测距的原理图。
2.3.2 控制系统方案设计
在控制系统的方案选择上,由于整个系统的设计涉及到数据处理,控制实
时性等问题,选用基于微控制器的系统,电路的实现不仅简单而且成本低、功
耗低、能大大缩小整个系统的体积。本系统是精密实时采集传输系统,需要微
控制器有很强的抗干扰能力,而且要求微控制器内部有看门狗定时器,以便在
程序走飞时能自动复位;执行指令速度要快,以便能高速处理采集到实时数据。
所以微控制器选用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机的控制系统。
超
声
波
探
头
发射波
反射波
障
碍
物
t
V
发射波
反射波
图 2-3 超声波测距的原理图
AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在线可编程
Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业 80C51
产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于
常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得
AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52
具有以下标准功能:8k 字节 Flash,256 字节 RAM,32 位 I/O 口线,看门狗定时
器,2 个数据指针,三个 16 位定时器/计数器,一个 6 向量 2 级中断结构,全双
工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作,支
持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许 RAM、定时器/
计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM 内容被保存,振荡器被冻
结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
2.3.3 显示报警系统方案设计
显示器应用极为广泛,是一种输出设备,综合课题的实际要求、成本以及
考虑单片机的接口资源,本设计使用三个 DPY_7-SEG_DP 共阴二极管显示器,由
于倒车时距离障碍物的距离本来就比较近,大概在 3 米以内,所以一个三位的
LED 显示器就可以达到要求。
报警装置采用的是有源蜂呜器,根据距离远近进行报警,以提示驾驶员。
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
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