基于溫度補(bǔ)償?shù)某暡ǖ管嚋y(cè)距儀的設(shè)計(jì)

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(cè)已在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。不過(guò)，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(cè)量的精確度很難得到保證。

在這一汽車倒車測(cè)距儀的研制中，充分考慮到環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，通過(guò)溫度補(bǔ)償方法予以校正,具有較高的測(cè)量精度，并能實(shí)時(shí)顯示及語(yǔ)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(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。

超聲波倒車測(cè)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(yǔ)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(guò)NE555復(fù)位端來(lái)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(hào)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(dòng)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(hào)在LM567的鎖定頻率范圍內(nèi)時(shí)，LM567的輸出端會(huì)從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑诵盘?hào)作為單片機(jī)的中斷信號(hào)，從而超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差即可得到準(zhǔn)確測(cè)量。根據(jù)公式S=V*T/2即可得到所測(cè)距離。超聲波檢測(cè)電路如圖4所示。

圖4 超聲波檢測(cè)電路

3 溫度補(bǔ)償模塊
目前, 大多數(shù)溫度測(cè)控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度檢測(cè)時(shí), 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(jiǎn)單，溫度測(cè)量準(zhǔn)確度高。

4 液晶顯示模塊
采用液晶LCD12864用來(lái)顯示測(cè)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(yǔ)音播報(bào)模塊
采用數(shù)碼語(yǔ)音芯片ISD2560做語(yǔ)音錄放部分。此芯片錄放時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60s，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(yǔ)音開發(fā)設(shè)備。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專利技術(shù)，省去了ADC和DAC。每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)EEPROM單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)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(jiǎn)單、使用方便。語(yǔ)音播報(bào)電路如圖5所示。

圖5 語(yǔ)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(cè)距儀軟件流程如圖6所示。

?????圖6 超聲波測(cè)距軟件流程

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超聲波倒車測(cè)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(cè)量結(jié)果，本系統(tǒng)采用了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?。?a target="_blank">高精度的溫度傳感器DS18B20測(cè)得環(huán)境溫度，通過(guò)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(cè)距大小及精度
通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，超聲波測(cè)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(xiǎn)距離”三等級(jí)提示。

3 液晶顯示功能
液晶12864在倒車測(cè)距語(yǔ)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(cè)距語(yǔ)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(cè)量得的數(shù)據(jù)，C為溫度的符號(hào)）。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(yǔ)音播報(bào)提示
ISD2560是一個(gè)性價(jià)比較高的語(yǔ)音錄放芯片，其可尋址錄放功能是其他語(yǔ)音芯片無(wú)法比擬的。把要讀的字連續(xù)的錄于其中，要讀測(cè)得的距離時(shí)，直接從語(yǔ)音段上把各個(gè)字取下來(lái)，然后進(jìn)行播放，很好的實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音播報(bào)功能。
　　
結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)解決了溫度變化帶來(lái)超聲波測(cè)距精度不高以及距離不遠(yuǎn)等問(wèn)題。此外，整機(jī)系統(tǒng)智能化，具有語(yǔ)音播報(bào)提示和液晶屏顯示功能，體現(xiàn)人性化，使用起來(lái)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(cè)車后障礙物情況，功能良好，效果顯著。