超声波倒车报警器
第一章 课题任务
设计一个车用超声波倒车报警器，实现距离的检测，可自定义报警距离和车的宽度，在车尾与障碍物距离小于设定值时驱动蜂鸣器和发光二极管报警。
第二章 方案设计与论证
2.1 整体设计思路
2.1.1 超声波介绍
声波是物体机械振动状态通过媒质向四面八方传播。声音的传播速度与介质的种类、温度有关，一般说来，介质的密度越高传播的速度越大；温度越高传播的速度越大。超声波是指振动频率大于20KHz以上的声波，我们的耳朵只能分辨频率为二十至二万赫的声音，人在自然环境下无法听到和感受到的超声波。
超声波发生器可以分为两大类；一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、夜哨和气流旋笛等，它们所产生的超声波的频率，功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。 2.1.2 超声波测距原理
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，技术处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。
利用超声波测量距离的原理可简单描述为：超声波定期发送超声波，遭遇障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样只要测出发送和接收的时间差，然后按照下式即可求出距离：
S=CΔt/2 （2-1）
式中，C为超声波在空气中的传播速度。0℃时为331m/s，25℃时为347m/s，其与环境温度T(℃)的关系如下式：
C=331.4+0.61×T （2-2）
由此可见，声速与温度密切相关。在应用中，如果温度变化不大，并且无特殊精度要求，可认为声速是基本不变的，否则，必须进行温度补偿。
2.2 系统整体方案设计
根据设计要求并综合考虑各方面因素，决定采用STC89C52RC单片机作为主控器，用LCD1602实现实时距离显示。测距方面，选用HC-SR04超声波测距模块，测量距离2cm-450cm，探测精度0.3cm以下，供电电压5V，可与单片机共用同一电源。数字温度传感器DS18B20对温度实时监测，超声波测距仪系统设计框图如图2-1所示。
图 2-1
需要说明的是，由于缺少+12V电源，暂时采用5V USB口供电。
超声波测距模块可以完成超声波的产生和接受。单片机只需给出10uS的高电平触发信号，
1
模块即发出8个40kHz 超声波脉冲，然后单片机等待模块输出信号回响，回响电平时间即为超声波传播所用时间。
图 2-2
由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表2-1中列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
表 2-1
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386
可以看出，声速随温度变化很大，从零下20摄氏度到三十摄氏度，可以产生分米级的测量误差，这是不允许的，故加入温度补偿功能。
2.3 方案比较与选择
方案一 单个固定的超声波测距模块：
倒车时，车尾和障碍物不一定是平行的（如图2-3所示），可能存在一定夹角。单个超声波模块的测距结果不可能反映实际距离D。
方案二 采用步进电机带动单个超声波模块作扇形扫描：
测距时间长，控制复杂，难度大，耗电多。
2
方案三 使用双测距模块：
可靠且易于安装，抗干扰能力强，两个模块交替工作，避免干扰，用单片机的运算补偿夹角的影响，测距时间短。（如图2-3所示）
图 2-3
综上所述，采用方案三作为测距方案
3
第三章 电路设计
3.1 电源模块
图 3-1
电源模块如图3-1所示，采用LM7805三端集成稳压芯片，输入电压范围8-25V，输出电压5V左右。输入端加一个瞬态抑制二极管SMDA12防止浪涌脉冲损坏电路。二极管IN4007可以起到抑制反向电压的作用。
3.2 超声波模块(接口电路)
超声波模块接口电路如图3-2所示
图 3-2
4