摘要
分析了汽车倒车防撞系统的基本设计原理以及目前国内外此类防撞系统存在的问题，较详细的介绍超声波测距系统以及根据该系统设计原理、方法和步骤，研制的汽车倒车防撞报警器。这种报警器在汽车倒车过程中达到极限位置的时候，能自动检测车尾障碍物的距离并发出声光警报，提醒司机刹车。本设计利用超声波传感器进行信号的发射和接收，包括发射、接受以及报警电路三个部分。超声传感器的主要元件是采用压电元件锆钛化铅，具有很强的方向性，报警电路部分是利用声光报警器，将信号传递之后，可实现声音报警，本设计利用国内生产假的通用元件，成本低，性能可靠。有利于推广。
关键字：超声波，防撞，汽车倒车，报警器，传感器。
目录
第1章绪论..........................................................................................................................3 1.1超声波检测技术发展综术...................................................................................................................3
1.2 研究的目的及意义.............................................................................................................................3
第2章 超声波测距................................................................................................................4
2.1 超声波传感器的介绍.........................................................................................................................4 2.2 超声波测距的原理及实现................................................................................................................5
第3章单片机的测距系统 ...................................................................................................................6
3.1 单片机的选择.....................................................................................................................................6 3.2 超声波发射与接受电路设计..........................................................................................................7 3.3 显示与报警单元方案设计.................................................................................................................17 3.3.1 系统显示电路.................................................................................................................................17
3.3.2 系统报警电路 ...........................................................................................................18 3.4 单片机复位电路.............................................................................................................................19 3.5稳压电源.........................................................................................................................20 第4章 系统的硬件及软件设计..........................................................................................21 4.1单片机AT89C51介绍..........................................................................................................................21
4.2 运算放大器...........................................................................................................................................24 4.3探头UCM介绍....................................................................................................................................25 4.4系统软件设计.......................................................................................................................................25 4.5主程序....................................................................................................................................................27
第5章 系统调试与优化....................................................................................................30
5.1 发射器探头对接收器探头的影响......................................................................................................30 5.2 补偿温度.............................................................................................................................................30. 5.3 相关优化.............................................................................................................................................31
第6章 参考文献..............................................................................................................32
第1 章 绪论
1.1 超声波检测技术发展综述
众所周知，关于超声波的研究起始于1876年，这是人类首次有效产生的高频声波，这些年来，随着超声波技术的不断深入，再加上其具有高精度，无损，非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及，多年来已在一些领域的要应用，而用于汽车防装却是近年的事情。这主要原因是传统的超声波传感器不能达到汽车行业的特殊要求。 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视的生物作为防御以及捕捉猎物的生存手段，也就是有生物体发出而不被人们所听到的超声波，借助空气媒质传播由被呆捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍物位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定位发射，方向性好，轻度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。
汽车倒车防撞测距报警器,是我国八·五期间需重点开发的重大科研项目之一,也是汽车六大类汽车电子产品中的一种。以往的汽车倒车报警器可分为四大类,即嘀嘀声加闪光,音乐声加闪光,语言声加闪光和倒车至危险距离(如015m)时发出报警声的超声波倒车报警器。本研究综合了第3、4类报警器各功能,并将第4类报警器加以改进、发展,使其不仅可发出警告行人的语言声,而且还能在整个倒车过程中自动测量车尾与最近障碍物之间的距离,并用数字显示出来,在倒车至极限安全距离(如016m)时,会发出急促的警告声,提醒驾驶员注意刹车。另外当蓄电池电压过低时,还会发出声光警告,提醒驾驶员及时充电,以保证仪器及汽车正常工作。 1.2 研究的目的及意义
本产品一旦问世,可望成为驾驶员,特别是货及公共汽车驾驶员的好帮手,可有效地减少或避免些后视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装厢车、圾车、食品车、载货汽车、公共汽车等倒车交通事另外还特别适于夜间辅助倒车、倒车入库及进入停场停车到位,甚至还能防止盗贼扒车。由于本仪器能多,成本低廉,性能优良,目前处于国内领先水又是国家八·五重点开发项目,市场极其广阔,对高我国汽车电子工业水平,具有较大的实际意义。
第2.1 超声波传感器的介绍
2章 超声波测距
超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1压电传感器；2磁致伸缩传感器；3静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”。
压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。探头由压电晶片、楔块、接头等组成，是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分。压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。属于晶体的如石英，铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。其具有下列的特性：把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；相反，对这种材料施以外力，则由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。因此，用这种材料可以制成超声传感器。
传感器的主要组成部分是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷上加有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为f0交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会发出超声波。如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波相同的电信号。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发内部结构如图2.1所示，它有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为波传感器。
压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率f0。发射超声波时，在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。这样，超声传感器较高的灵敏度。当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就常方便的改变其固有谐振频率。利用这一特性可制成各种频率的超声传感器超声波传感器的内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响 与接收超声波。
2.2 超声波测距原理及实现
超声波的指向性强,能量消耗缓慢,遇到障碍物后反射效率高,是测距的良好载体。测距时由安装在同一位置的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收,由定时器计时。首先由发射器向特定方向发射超声波并同时启动定时器计时,超声波在介质传