超声波倒车测距系统设计.doc

南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文) 信息工程学院 系（院） 电子信息工程 专业毕业设计（论文）题目 基于超声波检测的倒车雷达 设计（硬件设计） 学生姓名 崔 凯 班 级 2007电子信息工程 学 号 2007100153 指导教师 曾 任 贤 完成日期 2011 年 06 月 24 日基于超声波检测的倒车雷达设计(硬件设计) Parking Sensor Design Based On Ultrasonic Testing (hardware design)总计 毕业设计（论文） 41 页 表 格 3 个插 图 24 幅摘要 近年来，我国的汽车数量进一步增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。为此，设计了以单片机为控制核心，利用超声波检测实现无接触测距的倒车雷达系统。工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。目前，国内外一般的超声波倒车雷达系统，其理想的测量距离为1m5 m，因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。本文根据超声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件，设计了基于AT89C2051单片机控制的超声波倒车雷达系统。该设计由超声波发射模块、信号接收模块、多路通道选择模块、单片机处理模块及声光告警显示模块等部分组成，文中详细介绍了超声波倒车雷达的硬件组成、检测原理、测量方法以及软件结构。超声波接收电路使用SONY公司的CX20106红外检测专用芯片，该芯片常用于38kHz的检波电路，文中通过对芯片内部电路的仔细分析，设计出能够成功对40kHz超声波检波的硬件电路。 关键词： 超声波 测距 AT89C2051 倒车Abstract In recent years, China's number of cars is increasing every year. Highways, streets, parking, garage and other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur. So after the increase of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. The ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. Finally, signal processing devices based on the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and the distance between obstacles. Ultrasonic Ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range; In addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensitivity and thus Ultrasonic Ranging way so that only apply to a shorter distance. At present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 1 5 m, based on AT89C2051 ultrasonic range-finder. Receiving circuit using the SONY company dedicated CX20106 infrared detecting chip, the chip used in the detector circuit 38KHz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40kHz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain. Key Words: Ultrasonic wave; Measure distance; AT89C2051; Parking 目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 倒车雷达技术的发展概况11.3 课题设计要求2第二章 总体设计方案32.1 本课题研究主要内容32.2 本课题的设计思路3 2.2.1 超声波测距原理3 2.2.2 本系统总体方案5第三章 硬件电路设计及描述63.1 单片机最小系统简介6 3.1.1 AT89C2051封装引脚说明63.1.2 AT89C2051内部结构83.2 超声波通道选择电路设计93.3 超声波发送电路模块设计103.4 超声波检测接收电路设计123.5声光报警电路设计143.6 电源电路设计153.7 温度补偿电路设计163.7.1 DS18B20特性介绍163.7.2 DS18B20引脚说明及工作原理173.7.3 DS18B20温度补偿电路设计19第四章 软件设计214.1 软件设计的要求214.2程序编译系统简介.214.3总体设计框图224.4 子程序设计框图234.4.1 超声波发生子程序234.4.2 超声波接收子程序234.4.3 测距及报警子程序244.3.4 温度补偿流程图26第五章 系统软硬件调试285.1 系统的整体测试285.2 系统测量与误差分析285.3 系统的优化措施29结束语30参考文献31附录33附录1: 系统总原理图33附录2： 软件程序清单34致谢41第一章 绪论本设计的超声波倒车雷达系统是以MCS-51系列的AT89C2051单片机应用为核心，基本完成了倒车雷达控制系统的基本功能，其主要由超声波发送模块和超声波接收模块组成，同时连接语音电路和显示电路，并在整个设计过程中考虑温度对超声波的影响，系统完善的解决“倒车难”的问题。1.1 课题研究的背景及意义随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升，交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种此类倒车雷达系统的方法。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波倒车雷达设计即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全预警的作用。现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经主控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更安全。由于超声波具有能够进行非接触测量和可以达到较高的测量精度这两大优点，历来为人们所重视。就目前发展形势来看，汽车市场的快速发展将进一步带动倒车雷达市场的繁荣。国内倒车雷达主流市场已经开始由进口高档汽车向中低档汽车发展。技术上更加倾向于向单芯片集成化功能、灵敏度更高、可视化模式方向发展，设备方面则更加趋于小型化、人性化、智能化。由此可见，超声波汽车倒车雷达系统将会在人类今后的生活中扮演越来越重的角色【1】。 1.2 倒车雷达技术的发展概况倒车雷达（Car Reversing Aid Systems）的全称是“倒车防撞雷达”，也称“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，以提高倒车的安全性。汽车倒车防撞雷达系统曾经是是国家重点开发的科研项目之一，足见其重要的实际应用价值【2】。经过多年的发展，倒车雷达设计以及使用发生了质的变化。经过不断的发展，倒车雷达系统已经经过了六代技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，都达到了一个相对完美的层次。大众化的汽车倒车测距雷达一般有四种：1、嘀嘀声加闪光；2、音乐声加闪光；3、语音声加闪光；4、倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车雷达。目前我们更多的还是以第四种为主，所以本设计对前三种倒车雷达不再赘述，大量篇幅用于介绍基于超声波的倒车雷达系统设计。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，本设计主要采用国内生产的通用电子元件，采购渠道广泛成本控制优良，系统具有运行可靠，成本低廉，操作方便，适用性强，兼容性好的特点，加以优化即可以得到广泛应用。1.3 课题设计要求基于超声波检测的倒车雷达系统设计的宗旨在于达到以下要求：驾驶员将手柄转到倒车挡后，此系统需自动启动，与此同时超声波发射模块要实时发射40KHZ的超声波信号。该超声波信号经前方障碍物反射，由超声波接收模块收集，并进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车避免发送碰撞事故。此外，此系统还应该具备多路测距模块，并考虑环境因素的影响以改善测量精度。 本次设计的基本工作主要包括：一、讨论和研究本设计的设计方向和可行性探究；二、主芯片和传感器（超声波换能器）的选择；三、电路的设计以及电路板的制作；四、程序的编译；五、子程序与子模块的联合调试；六、总体电路的功能调试；七、系统的测试与校正，兼容性能的改善。第二章 总体设计方案本设计的重点是超声波收发模块的设计和语音报警模块的设计，另外还包含了单片机的最小系统模式，直流电源电路设计等。该设计的理论基础是基于单片机（AT89C2051）的超声波信号检测的。因此初步计划是在较小范围内的测试，限定在4米左右。单片机（AT89C2051）发出短暂的40KHz信号，经障碍物反射后的超声波经接收模块后作为系统的输入，主控制部件对此信号进行技术判断后，把相应的计算结果送到指定电路判断，进而决定是否进行声光报警。本设计中单片机的应用是该设计的核心单元。在设计开始前先对各部分电路设计方案进行探究与选择，并最终给出了设计思路和总体框图。2.1 本课题研究主要内容（1）超声波发送和接受模块设计；（2）温度测量（补偿）电路设计；（3）声光报警电路设计；（4）稳压电源电路设计；（5）软件设计；2.2 本课题的设计思路2.2.1 超声波测距原理所设计倒车雷达只需要在汽车倒车时才工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度比较慢，和声速相比基本可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略机械波的多普勒效应的影响。在许多测距实现方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现相对简单。超声波测距原理即是利用超声波从发射到接收过程中传播的时间来计算出传播的距离【2】。本设计的倒车雷达系统采用反射接收回波式。超声波测距原理如图2.1所示： 障障碍物发射探头 接收探头 l 图2.1 超声波测距原理假设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有三者之间的关系如式2-1所示。 （2-1）此外由于超声波也是一种机械波，其在空气中的传播速度还会受到周围温度的影响，如式2-2所示。 （2-2）式中t为环境温度。co为绝对温度时的速度，是一已知常数。从式（2-1）和 式（2-2）可以推出公式2-3： （2-3）由式3-3可知，利用超声波测距原理测量的距离与传播时间和环境温度有关。经过实际测量得出超声波的传播速度与当地温度的关系，如表2-1所示。 表 2-1 超声波温度速度关系表温度()-30-20-100102030声速c(m/s)313319325333338344349在该系统设计中利用单片机AT89C2051中的定时器测量超声波传播时间，利用集成芯片DSl8B20测量环境温度，从而提高测量的精度【3】。2.2.2 本系统总体方案基于上述讨论，本系统的总体方案框图如图2.2所示，其原理综述如下。当驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，由主控制器（AT89C2051）产生一个地址选通信号送给双通道双向多路选通电路，由特定的地址信号选中并启动汽车尾部的左、中、右三个方向通道中的某一通道。那么，该被选中的通道的超声波发送模块就向后发射频率为40kKZ的超声波脉冲信号，经障碍物反射后，由超声波接收模块收集，并进行放大与比较。通道的选通信号要采取轮循选通方式以保证三通道的时间先后，互相配合。回波信号给主控制器（AT89C2051）一中断请求信号，主控制器响应该中断请求并由测量子程序计算出实时的各路通道的实际距离，以进行判断。当汽车尾部与障碍物的距离小于1m、0.5m、0.25m时，系统就驱动声光报警电路，发出相应的光电报警，并给出具体的方位提示，提醒驾驶员停止倒车。AT89C2051超声波发送探头（中）超声波发送探头（左）超声波发送探头（右）倒车挡显示模块语音电路超声波接收探头（左）超声波接收探头（中）超声波接收探头（右）双通道双向多路选择电路40kHZ发生器放大比较图2.2系统工作原理框图第三章 硬件电路设计及描述该系统设计主要由超声波发射电路、超声波接收电路、稳压电源电路、温度补偿电路、语音报警电路、键盘控制电路、单片机硬件接口电路等组成，该系统的核心部分采用性能较好的AT89C2051单片机，下面分步来介绍硬件各部分的具体设计分析。3.1 单片机最小系统简介3.1.1 AT89C2051封装引脚说明单片机AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机【4】。该系列单片机封装图如图3.1所示： 图3.1单片机封装图AT89C2051单片机采取20引脚的双列直插式封装结构。其体积小巧，内建2 kb电擦除程序存储器，造价较低，外围元器件小，开发简单，是工程技术人员及单片机爱好者制作各种智能产品首选机型，也是许多数字电路、分立元件组成的老产品更新换代最好选择。该系列单片机引脚如图3.2所示： 图3.2 单片机引脚图 以下对该单片机的各个引脚作一简略说明【4】。（1）VCC：电源电压。 （2）GND：电源地。（3）P1口：P1口是一个8位双向I/O口。引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(ANI0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时，其可用作输入端，当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的写入“1”时，其可用作输入端。（4）P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O口引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。（5）RST：复位输入。RST一旦变成高电平所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。 （6）XTAL1：作为振荡器反相器的输入和内部时钟发生器的输入。 （7）XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 AT89C2051单片机的工作电压范围425V55V，工作频率取12MHz。其内部的两个16位定时计数器寄存器T0和T1，作定时器时，可计数机器周期，计数频率为振荡频率的112；作计数器时，可对外部输入引脚P34T0和P35T1上出现从1至0的变化时增1，计数频率为振荡频率的124。3.1.2 AT89C2051内部结构单片机AT89C2051片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，其内部结构如图3.3所示。 图3.3 AT89C2051内部结构 AT89C2051提供以下标准功能：2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及两种可选的软件节电工作方式【5】。空闲方停止CPU工作但允许RAM、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止其它部件的工作直到下一个硬件复位。该系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法，可以充分利用它的片内资源，在本设计中同样是在较少外围电路的情况下构成了功能完善的超声波倒车雷达系统。此外需要注意的是我们需要明确知道发射和接收超声波的时间，特别是第一次回波的准确接收时间的正确抓取对系统的测试起着举足轻重的作用。此外，驾驶员执行倒车挡操作时系统即开始发送超声波，这一起始时间的准确记录也是决定系统性能的关键因素。只有这两个时间抓取的准确，系统才能精确超声波的传播时间。因此，实时的倒车启动电路的原理如图3.4所示。其功能比较简单，就不再赘述了。左图是一个典型的单片机内部晶体振荡时钟发生电路，右图是此设计要求的倒车复位启动电路。需要提及的是图中开关S1即是上述的倒车挡启动开关，当驾驶员按下此开关，电路接通，此时AT89C2051单片机的RST（复位）引脚信号由高电平变为低电平，解除电路复位状态，系统开始正常运行，驱动电路开始计时【6】。 图3.4 倒车启动电路时钟电路3.2 超声波通道选择电路设计本设计与其它众多的同类型设计的最大区别在于充分考虑实际倒车需求分析，着眼于为驾驶者反映后部障碍物的具体方位，创造性地提出了一个多路选择通道的设计方案。本设计中采用了三通道选择的检测方案，其发射及接收模块都包括三组传感器，通过主控制器控制CD4052来分时选择具体的那一组传感器来发送和接收超声波信号。CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。峰值为4.520V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号【16】。例如，若VDD=+5V,VSS=0,VEE=13.5V,则05V的数字信号可控制-13.54.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功能，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。二位二进制输入信号选通4对通道中的某一特定通道，可连接该输入至输出。利用CD4052通道数字控制模拟开关设计的通道选择电路如图3.5所示，图3.5通道选择电路芯片中XO、X1、X2这三个引脚连接左、中、右三路通道的超声波发送数据信号，而Y0、Y1、Y2这三个引脚则连接左、中、右三路通道的超声波接收数据信号。同时，利用两条地址线来实现某一特定通道的选择：当A1A0=00时，选择第一组（左后方）超声波发送及接收模块；当A1A0=01时，选择第二组（中间）超声波发送及接收模块；当A1A0=10时，选择第三组（右后方）超声波发送及接收模块。这样就可以顺利实现倒车时汽车后侧最近障碍物的成功选择，大大增强倒车的安全性。3.3 超声波发送电路模块设计超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。超声波探头（又称“超声波换能器”）选用CSB40T，超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗掉很少的一部分功率（小于10%）【13】。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。这种方法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在100mA以上的驱动电路。后者是利用超声波专用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。这种方法的优点是无须驱动电路，但缺乏灵活性【16】。本次设计采用硬件电路发生法产生超声波，其电路设计如图3.6所示。 图3.6超声波发送模块电路由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，所以设计中40kHz的超声波是利用555时基电路振荡产生的。其振荡频率计算式如式3-1所示。 （3-1）此处R12设计为可调电阻的目的是为了调节信号频率，使之与换能器的40kHz固有频率一致。此处，R8、R12的阻值，C10的容值以及频率f都是确定的，将它们代入式（3-1）中，求得R12的阻值大概在3.1K欧姆。因此，电路中采用量程为5K的可调电阻来实现40kHZ超声波信号的产生。工作中只要合适调节该可调电阻使555定时器正常工作即可发出40KHz脉冲信号，驱动CSB40T超声波传感器，发出超声波信号。555定时器的工作状态受来自4引脚信号（高电平有效）的控制，而555定时器的4引脚是通过光耦电压变换电路之后连接于单片机AT89C2051的控制口线，受AT89C2051中的P1.7引脚（高电平有效）控制【12】。当倒车开关启动时，就提供一个由高变低的复位信号输入给控制系统。单片机RST复位信号一旦变成低电平，系统立即解除复位状态，开始正常工作。此时，单片机P1.7引脚输出呈现高电平信号，就可以实时控制555定时器工作，发出40kHZ的超声波。为了保证555时基振荡电路具有足够大的驱动能力，建议宜采用12V的电源。而系统本身是5V供电电源，所以此处需要设计一个电压发射变换电路，以产生12V的信号电源。其具体电路如图3.7所示，图中4N25是一光耦，起的是电压变换的作用【18】。 U34N25+12VR13KSTARTSEND图3.7信号发射隔离电路3.4 超声波检测接收电路设计超声波检测接收电路的探头必须采用与发射电路的探头相对应的型号，其中最关键的是要保证两者频率的一致，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至是无法接收。在上一小节中采用的是CSB40T的发送探头，所以本小节要采用CSB40R的接收探头来实现电路的设计。超声波接收电路的设计可采用专用接收电路，也可采用通用电路来实现。实现超声波接收模块的通用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大部分。由于经探头变换后的正弦波电信号已经非常弱，因此必须经放大电路放大。正弦波信号不能直接被单片机接收，必须进行波形变换。这样的设计方式所用的分立元件很多，电路走线复杂，整体调试困难，信号完整性问题和轨道塌陷噪声很难抑制。可见检测接收的通用电路的设计是比较复杂的，可行性不高。所以本设计采用的是专用接收芯片CX20106，这是一款红外线检波接收的专用芯片。我们可以使用该器件作为超声波检测接收电路。CX20106A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。它还可广泛用于视频系统、家用电器遥控电路以及通信系统等【20】。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收集成电路。CX20106A 可用来完成遥控信号，CX20106A 是一种性能很优越的红外解调集成电路，采用8 脚单列直插式塑料超小型封装，+5v 供电，内部含有可前置放大、自动偏置、限幅放大、通带滤波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。CX20106A芯片主要功能是从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，然后再送到微处理器（CPU）进行控制和处理，以实现遥控操作功能。虽然该芯片的输出中心频率为38kHZ,但考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与本设计超声波频率40kHz较为接近，只要在外围电路中配以适当的阻容器件予以调整即可以达到40kHZ的标准频率。因此，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力,适当改变外围电路电容的大小，就可改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。该芯片具体引脚图及内部结构如图3.8 所示。 图3.8 集成电路CX20106A外部引脚及内部结构图当接收的回波信号在经过前置放大器和限幅放大器之后，就将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，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，进而确定信号的实际传输时间。CX20106A 的外部电路接线图如图3.9所示。 图3.9超声波接收模块电路以下对接收模块电路的接线做一个简单说明。CX20106采用8脚单列直插式塑料封装，超声波接收探头能将接受到的发射电路所发射的超声波脉冲信号转换成数十伏至数百伏的电信号，送到CX20106的脚，CX20106的总放大增益约为80dB，以确保其脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5-5V范围内。总增益大小由脚外接的R10、C7 决定，R10越小或C7越大，增益越高。C7取值过大时将造成频率响应变差，通常取为1uF。C8为检波电容，一般取3.3uF。CX20106采用峰值检波方式，当C8容量较大时将变成平均值检波，瞬态响应灵敏度会变低，当较小时虽然仍为峰值检波，且瞬态响应灵敏度很高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易造成解调出错而产生误操作。所以C8容量的正确选择是极其关键的，依据经验法则，一般即为3.3uF。 R11为带通滤波器中心频率附近的外部电阻，改变R11的阻值，可改变载波信号的接受频率，当偏离载波频率时，放大增益会显著下降， C9为积分电容，一般取330pF，取值过大，虽然可使抗干扰能力增强，但也会使输出编码脉冲的低电平持续时间增长，造成遥控距离变短。脚为输出端，CX20106处理后的脉冲信号由脚输出。此输出引脚与主控制器的P3.2引脚连接，供外部中断信号使用【20】。3.5声光报警电路设计声光报警电路设计也是本次设计的一个相当重要的模块，是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，控制电路就驱动所连接的发光二极管闪烁和驱动扬声器发出声音提醒驾驶员立即执行安全操作的原理设计，声光报警电路设计如图3.10所示，此处主要是连接单片机AT89C2051的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6这五个输出口线。功能简介如下所述。三路通道信号测距：当所测量到的距离均大于1.5m时，D1绿灯亮，表示当前出于安全状态，可以继续倒车。当多路通道检测到的任一通道距离小于1.5m时，最短的一路对应的红灯（D2左后方红灯、D3中后方红灯、D4右后方红灯）闪烁，且驱动扬声器发声警报,提醒驾驶者注意。红灯闪烁的频率越快，扬声器发音越急促，表明此时车尾与障碍物的距离越短，越有可能发生倒车碰撞事故。 图3.10声光报警电路3.6 电源电路设计在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一的能量来源。本课题的输入电源即为汽车电瓶电源，其输入电压的范围为+16V至+36V。设计所需的是输出为+5V和+12V直流稳压电源。在现有线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端口，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而在电源设计中得到了广泛应用。三端稳压器的通用产品有78系列（正电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。本设计采用典型的三端稳压器件W7805和W7812，来分别得到输出为+5V和+12V的直流稳压电源用于给整个系统的各个芯片供电【18】。其中12V电源是为40HZ方波产生模块供电。其电路原理图如图3.11所示。图3.11直流稳压电源电路图 3.7 温度补偿电路设计由于超声波也是一种机械波，它的传播速度c会受温度、湿度、压强等各种环境因素的影响，其中温度的影响尤为严重。在一般的应用环境中可以假设这些条件是理想恒定的，但是在测量精度要求很高的场合，这些因素就不得不仔细考虑了【21】。特别是应通过温度补偿电路对超声波的传播速度进行校正，以减小系统误差。在选取温度传感器时选择使用数字温度测量芯片DS18B20。这种芯片是单总线结构的,占用口线少，可以直接输出数据信号，在涉及温度测量场合的电子设计中应用很广泛。3.7.1 DS18B20的特性介绍本设计采用DALLAS公司的DSl8B20数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的温度值912位二进制数直接表示，可以直接进行读出和写入，大大简化总线操作时间。芯片DS18B20内部结构如图3.12所示。图3.12 DS18B20内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM和单线接口、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器【23】。其特性简介为： （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下由数据线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 （5）温度范围55125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多，在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反使芯片不会因为发热而烧毁，但是不能正常工作。3.7.2 DS18B20引脚说明及工作原理DS18B20使系统设计更灵活、方便,价格更便宜,体积更小，并且能用程序选取特定的分辨率， 因此可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM,精度降低为±2,适用于对性能要求不高,成本控制严格的应用,是经济型产品。衡量其准确度和价格的优势最终确定DS18B20为此项目的温度传感器。其封装引脚图如图3.13所示：图3.13 DS18B20引脚图 DS18B20引脚说明如表3-1所示。表3-1 DS18B20的引脚说明引脚符号说明1GND接地端2DQ数字信号输入/输出脚3VDD外接供电电源输入端 DS18B20测温原理如图3.14所示。