设计思路和实现指标原理是振动频率高于声波的机械波

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设计思路和实现指标超声波测距原理超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波测距是利用超声波遇到障碍物产生反射的特性，由超声波发生器发出一系列连续的脉冲（通常为40 kh z） ，送到超声波发射器（电声换能器） ，并同时给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器（声电换能器）在收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲，控制器先对脉冲数据进行处理，测出发射和接收回波的时间差自动计算出车与障碍物之间的距离，在警戒距离内发出语音报警并同时由数码管显示视觉警示信号。其原理框图。测距原理框图式中的c为超声波波速，与温度有关，列出了几种不同温度下的超声波波速。

不同温度下超声波波速分布表温度系统组成系统由三大部分组成：超声波发射接收电路； 单片机组成的控制电路；距离显示电路和声光报警电路。实现指标本系统采用下列技术指标：两路超声定位，数码管显示距离范围，语音提示距离。实现指标： 两路超声定位，每路探测范围角14；三位数码管距离显示； 语音距离提示；探测距离工作温度；测量分辨率1 cm，误差小于0. 5%.系统硬件组成及工作原理控制电路 （ p87）由于性价比较高，故选择为控制器。显示采用动态扫描，利用串行口串行发送显示数据，应用中应分别外接上拉4. 7 k的电阻。

单片机的电源来自电压为+ 12 v的车载电源，负荷变化会引起电压波动，它对单片机正常运行将是一种严重的干扰。电路采用了复位专用芯片，其作用是监控单片机的供电电压，避免程序跑非；当供电电压在恶劣的工况下（如发动机启动过程中）低于一个设定的阈值时， 复位并在供电电压恢复到阈值以上时延续140 ms.这样可以很好地解决单片机供电电压不稳对单片机造成的干扰。超声波发射接收电路超声波换能器习惯上称为超声波探头，主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。两路发射接收电路组成结构完全相同，轮番工作。原理如所示。

超声波发射接收原理图2. 3发射电路由于单片机p1口作为io口使用时能提供20 ma的灌电流能力，而吸电流能力小，所以外接一个npn管来提高其输出电流的能力，保证40 kh z的脉冲信号有一定的功率。接收电路接收电路由前置放大、带通滤波放大、回波整形及二值化电路组成。前置放大实现小信号有效放大，提高整个放大电路的输入阻抗。本电路设计了两级二阶无限增益反馈带通滤波放大，中心频率为40 kh z；第一级的增益为a1= - 120，第二级的增益a1= - 320，保证把微伏级的信号放大到伏级供整形和二值化处理。整形、二值化电路的作用是先把回波信号检波，变成单一极性的信号；二值化即一位a/ d，设置阈值电平，把模拟回波变成电平信号输入到语音报警电路 语音接口原理框图语音报警作为测量仪器的输出是一种很直观、易懂的形式，人机界面友好。考虑到驾驶员在倒车时一般无暇顾及车上的仪表，注意力在车的后方，故设计时采用了语音报警。

语音技术产品目前市场上品种很多，本电路采用的是isd公司的isd1110语音芯片，芯片采用了dast直接模拟存储技术，集成度高。录放音时间10秒，分80段，微机控制可灵活组合，利用pc的并行口，将语音录制到芯片中，连接到系统中。在本系统中，共录制了4段语音，分别是 1. 5米区% ； 1米区%； 0. 5米区%； 极限警示音乐报警%.依据测量距离的大小播放相应的语段。如测量结果为0. 8米，报 1米区%.控制电路接口如所示， isd1110的a3、a4、a5选择报警语段，，利用脉冲下降沿触发放音。显示电路除了声音报警之外，光报警是另一种有效的报警方式。设计3个数码管显示当前测试距离（单位mm） ，超量程显示 - - - % ，倒车离障碍物距离小于25 mm显示 sos%闪烁，语音系统播放警示音。数码管用两红、两黄、两绿排成一排，显示相对距离。当测量值大于1米，两绿管亮；当测量值在1 0. 5米，两绿管、两黄管次第发亮；测量值在米，两绿两黄两红管次第发亮。数码管排显示测试距离的相对值，距离越近，数码管亮得管数越多。显示电路原理图原理图，用rxd串行输出显示数据， t xd输出同步脉冲，一片ls164将串行数据转换为并行数据，用输出作为位控，轮流点亮数码管和数码管排。由于 没有上拉电阻，在当作io口使用中要接。软件编程（流程图）程序由主程序和中断服务程序及显示子程序组成。并设置一个标志位，判断标志位来确定服务子程序的出口，并在返回前更新标志位。标志位的作用是保证轮流发射接收。显示采用动态扫描，主程序每完成一路发送接收，送一次显示，每次显示启动串行口四次，并置相应显示位为低。同时根据测量结果播放相应提示语段。

抗干扰措施硬件方面：由于超声波接收在前级是小信号，传感器的连接最好采用质量好的单芯屏蔽线，保证小信号的可靠传输；在信号的放大级采用两级带通滤波，滤去高频和低频干扰；数字电路部分和模拟电路部分的电源最好分开供电。控制器盒用金属外壳进行屏蔽。软件方面：利用粗大值剔除法，每路测量结果3次为一组，先剔除粗大值，后将得出的平均测量结果送显示。采用3次平均是考虑到测量的实时性。安装要求该装置的两个发射接收头应并排安装在汽车的尾部，左右各一。为防止外界杂波干扰，使用约3 m带屏蔽的电缆线与控制器盒连接。接收、控制和显示电路封装于控制器盒内，安装在驾驶台或不阻碍驾驶员视线又能方便察看的位置。

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