倒车雷达分析.docx

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倒车雷达分析

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1倒车雷达的意义和要求

随着汽车的迅速增加，停车难已是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，那么闯祸，烦事又烦人。

尽管每辆车都有后视镜，但不可幸免的都存在一个后视盲区。

倒车雷达是汽车停车或倒车时的平安辅助装置，能以声音或更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情形，解除驾驶员停车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引发的困扰，并帮忙驾驶员扫除利用死角和视线模糊的缺点，提高驾驶的平安性。

倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。

2整体方案

该设计的应用背景是基于AT89C51的超声信号检测的。

因此初步打算实在室内小范围的测试，限定在2.5米左右。

单片机（AT89C51）发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，锁相环对此型号进行技术判定后，把相应的计算结果送到LED显示电路显示，并进行声光报警[1]。

其发射电路通常分为调谐式和非调谐式。

在调谐式电路中有调谐线圈（有时装在探头内），谐振频率有调谐电路的电感、电容决定，发射的超声脉冲频带较窄。

在非调谐式电路中没有调谐元件，发射出的超声频率要紧由压电晶片的固定参数决定，频带较宽。

将必然频率、隔度的交流电压加到发射传感器的固有频率40KHz，使其工作在谐振频率，达到最优的特性。

发射电压从理论上说是越高越好，因为对同一支发射传感器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，如此能够在同意传感器上同意的回波功率就比较大，关于同意电路的设计就相对简单一些。

可是每一支实际的发生传感器有其工作电压的极限值，同时发射电路中的阻尼电阻决定了电路的阻尼情形。

通常采纳改变阻尼电阻的方式来改变发射强度。

发射部件的点脉冲电压很高，可是由于障碍物回波引发的压电晶片产生的射频电压只是几十毫伏，要对如此小的信号进行处置就必需放大到必然的幅度。

接收部份确实是有两级放大电路，检波电路及锁相环组成，其中包括杂波抑制电路。

最终达到对回波进行放大检测，产生一个单片机（AT89C51）能够识别的中断信号作为回波抵达的标志。

2.1超声波测距

2.1.1超声波测距原理

超声波测距是通过不断检测超声波发射后碰到障碍物所反射的回波，从而测动身射和接收回波的时刻差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。

由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，在

不同温度下的声速也不相同。

在利历时，若是温度转变不大，那么能够为声速是大体不变的。

若是测距精度要求很高，那么应通过温度补偿的方式加以校正。

声速确信后，只要测得超声波来回的时刻，即可求得距离。

这确实是超声波测距仪的机理。

图2-2即为超声波测距的具体流程图。

2.1.二、测量与操纵方式

声波在其传播介质中被概念为纵波。

当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。

假设声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源抵达目标然后返回声源的时刻能够测量取得，从声波到目标的距离就能够够精准地计算出来。

这确实是本系统的测量原理。

由于此超声波测距仪能够实现双向测距，因此需进行测距选择，而那个测距选择就以自动选择功能来实现.

2.1.3、理论计算

如图2-3所示为反射时刻，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时刻来测量距离其原理如下图，关于距离较短和要求不高的场合咱们能够为空气中的声速为常数，咱们通过测量回波时刻T利用公式：

其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时刻，

测距的原理

能够计算前途程，这种

方式不受声波强度的阻碍，直接耦合信号的阻碍也能够通过设置“时刻门”

来加以克服。

如此能够求出距离：

555时基电路振荡产生40Hz的超声波信号。

其振荡频率计算公式如下：

2.2超声波传感器

2.2.1超声波传感器的特性

超声波传感器的大体特性有频率特性和指向特性，那个地址以课题当选用的传感器SZW-S40-12M发射型超声波传感器的特性为例加以说明。

（1）频率特性

图是超声波发射传感器的升压能级和灵敏度。

其中，40KHz处为超声波发射传感器的中心频率，在40KHz处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也确实是说在40KHz处所产生的超声声压能级最高。

而在40KHz双侧，声压能级迅速衰减。

其频率特性如图2-7所示。

因此，超声波发射传感器必然要利用超级接近中心频率40KHz的交流电压来鼓励。

另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。

曲线在40KHz处曲线最尖锐，输出电信号的振幅最大，即在40KHz处接收灵敏度最高。

因此，超声波接收传感器具有专门好的频率选择特性。

超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R也有专门大关系，若是R专门大，频率特性是尖锐共振的，而且在那个共振频率上灵敏度很高。

若是R较小，频率特性变得滑腻而且有较宽的带宽，同时灵敏度以随之降低。

而且最大灵敏的向稍低的频率移动。

因此，超声接收传感器应与输入阻抗的前置放大器配合利用，才能有较高的接收灵敏度。

考虑到实际工程测量的要求，能够选用超声波频率f=40KHz，波长λ=0.85cm。

3硬件设计

该系统设计有超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、温度补偿电路、声报警电路、键盘操纵电路、单片机硬件接口电路及显示报警电路组成，该系统的核心部份采纳性能较好的AT89C51单片机，下面分步介绍各硬件部份的具体设计分析。

3.1超声波发射电路

超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射电路两个部份，探头（又称“超声波换能器”）选用压电式，可采纳软件发生法和硬件发生法产生超声波。

前者利用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。

这种方式的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流100mA以上的驱动电路。

第二种方式是利用超声波专业发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。

这种方式的优势是无需驱动电路，但缺点是灵活性低。

本设计采纳第二种方式产生超声波发射信号。

40KHz的超声波是利用LC震荡电路振荡产生的，其振荡频率计算公式如下：

脉冲发射采纳软件方式，利用AT89S51的P1.0口发射40kHz的方波信号，通过74HC04放大后输出到超声波换能器，产生超声波。

74LS04是一个高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有对称的传输延迟和转换时刻，而相关于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。

关于HC类型，其工作电压为2～6V，它具有高抗扰度，能够兼容直接输入LSTTL逻辑信号和CMOS逻辑输入等特点。

本系统将40KHz方波信号分成两路，别离由74LS04经两次和一次反向放大，从而组成推拉式反向放大。

电路图如图3-1所示。

发射电路要紧由反向器74LS04和超声波换能器组成，单片机P1.0端口输出40KHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极。

用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两头，能够提精湛声波的发射强度。

输出端采纳两个反向器并联，用以提高驱动能力，上拉电阻R八、R9一方面能够提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面能够增加超声波换能器的阻尼成效，缩短其自由振荡的时刻。

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它确实是一个超声波发生器；反之，若是两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。

超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，利历时应分清器件上的标志。

3.2超声波检测接收电路

3.2.1集成电路CX20206A

集成电路CX20206A是一款红外接收的专用芯片，经常使用于电视红外遥控器。

经常使用的载波频率38khz与测距的40khz较为相近，能够利用它来做接收电路。

适当的改变C3的大小，能够改变同意电路的灵敏度和抗干扰能力。

CX20206A（国内同类产品型号为D20206A）是日本索尼公司生产的在红外遥控系统中作接收预放用的双极型集成电路。

它还可普遍用于视频系统、家用电器遥控电路和通信系统等。

这种IC性能优越，封装形式及体积与许多遥控信号接收器IC相同或相似，故可用来代换多种型号的遥控信号接搜集成电路。

CX20206A可用来完成遥控信号，CX20206A是日本索尼公司生产的红外解集结成电路，采纳8脚单列直插式塑料超小型封装，+5v供电，内部含可前置放大、自动偏置、限幅放大、通带摅波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。

其要紧功能是从38KHz红外载波信号中，将编码信号解调出来，并加以放大和整形，然后再送到微处置器（CPU）进行处置，以实现遥控操作功能，其具体引脚图如下图。

集成电路CX20206A内部结构图

CX20206A的引脚注释：

（1）l脚：

超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

（2）2脚：

该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部份，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。

增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之那么放大倍数增大。

但C的改变会阻碍到频率特性，一样在实际利用中没必要改动，推荐选用参数为R=4.7Ω，C=3.3μF。

（3）3脚：

该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，刹时相应灵敏度低；假设容量小，那么为峰值检波，刹时相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变更大，易造成误动作，推荐参数为3.3μF。

（4）4脚：

接地端。

（5）5脚：

该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。

例如，取R=200kΩ时，fn≈42kHz，假设取R=220kΩ，那么中心频率f0≈38KHz。

（6）6脚：

该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，若是该电容取得太大，会使探测距离变短。

（7）7脚：

遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必需接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22kΩ，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时那么会下降。

（8）8脚：

电源正极，4.5V～5V。

3.2.2超声波接收电路

超声波接收电路包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部份。

超声波探头必需采纳与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采纳与发射端同型号的压电式超声波传感器，不然将因无法产生共振而阻碍接生成效，乃至无法接收。

由于经探头变换后的正弦波电信号超级弱，因此必需经放大电路进行放大。

超声波接收部份采纳集成芯片CX20206A，这是一款红外线检波接收的专用芯片。

内部电路由前置放大器、自动偏置电平操纵电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。

能够利用它作为超声波检测电路。

（1）前置放大器：

它是高增益的放大器，由于超声波在空气中直线传输时，传输距离越大，能量的衰减越厉害，故反射回来的超声波信号的幅值会有专门大的转变。

为了不使放大器的输出信号过强而产生失真，集成块内部有自动电平限制电路，对前置放大器的增益进行自动限制。

通过反馈将放大器设定于适当的状态，再由限制电平电路进行自动操纵。

（2）限度放大器：

当信号太强时为了避免放大器过载，限制高电平振幅，同时也可排除寄生调幅干扰。

（3）宽频带滤波器：

其频率范围为30Hz~60Hz，其中心频率可调。

（4）检测器：

将返回的超声波的包络解调回来。

（5）积分滤波器与整形电路：

检测器输出的信号经积分滤波器送到整形电路，输出较好的矩形波。

-

接收的回波信号先通过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到适合的幅值；再通过带通滤波器滤波取得有效信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时。

CX20206A的外部接线图如下图：

4软件图形

超声波倒车雷达系统的软件设计要紧由主程序、超声波发射子程序、INT0超声波接收中断程序及显示子程序四个要紧模块组成。

软件设计的整体结构框图如下:

（1）系统初始化模块：

即系统刚上电的时候对系统的各个引脚的电平分派和对各初值赋值。

（2）数码管显示模块：

通过该模块的设计能够让所测得的距离显示在数码管上。

（3）按键扫描模块：

此模块用来通过键盘操纵倒车雷达的工作。

（4）发射接收操纵模块：

发射操纵模块是软件操纵超声波发射电路发射超声脉冲启动按时器工作，同时启动接收电路工作，当接收电路有信号输入时，对输入信号进行处置。

（5）运算结果处置模块：

运算结果处置模块将多次所测得时刻进行处置，进行软件取大值工作，依照公式计算出距离，然后再对计算得出的结果进行修正处置，数据处置后送至数码显示模块。

（6）声光报警模块：

当所测距离小于必然值时，通过声光报警来挺行驾驶员。

咱们明白C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序那么具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时刻，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时刻（超声波测距时），因此操纵程序可采纳C语言和汇编语言混合编程。

主程序除完成按时器T0、中断源TNT0初始化外，要紧实现超声波的巡回发射（挪用超声波发射程序）和距离的动态扫描显示；INT0中断效劳程序计算车尾距离障碍物的距离数据，该数据一方面交由主程序显示，另一方面与设定值（比如1m）进行比较，如小于1m，接蜂鸣器报警，不然关闭报警；若是车尾距离障碍物的距离较远，超声波来回时刻就会超过了按时器T一次性最长的定不时刻，那么T0发生溢出而中断，这时进行距离计算，并显示“OFF”，以示车后无障碍物，可安心倒车。

4.1主程序

主程序是单片机程序的主体，依照有关知识设计图形如下：

终止语

通过这次倒车雷达的分析，让我明白了它的倒车原理。

即，通过超声波探头反射超声波，利用高速单片机计算测量车与障碍物之间的来回时刻然后再计算出车与障碍物的距离，并加入了软件补偿，提高了距离计算的精度，然后显示在LED数码管上，当在探测的范围有障碍物时，蜂鸣器提示报警，距离越近蜂鸣器的报警频率也越大，当距离小于最小平安距离时，蜂鸣器不中断报警。

致谢

通过几个礼拜的尽力，终于完成了这次关于雷达的分析，这关于我来讲是很不容易的。

由于第一次选的题目太过于复杂，让我花了很多时刻，可是仍是没有结果。

一次在外面用饭，看到一辆小车倒车，由于大意撞上了停在后面的车。

让我想到了设计倒车雷达来帮组倒车，于是在网上找了很多资料，由于知识的局限，让我很费力，还好有同窗的帮组和在网上查找相关资料，完成了这次分析，固然分析还不够全面，没考虑到的方面还很多，因此还需要我的继续尽力。

在此衷心地感激我的同窗，没有他们我是不能完成的，谢谢他们！

参考文献

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