《汽車倒車測距系統(tǒng)設(shè)計10000字【論文】》

緒論1.1研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，全球汽車的普及程度越來越高，而我國近年來家用汽車保有量的增長率更是十分驚人。根據(jù)2015年末的統(tǒng)計結(jié)果，中國的汽車總數(shù)發(fā)展到了約1.72億輛，當中私家車大概占總數(shù)的1.24億輛以上，每一百戶家庭就有31輛汽車。時代的進步讓人們的出行方式也發(fā)生了巨大的變化，汽車己經(jīng)成為最基本的家用代步工具。隨著汽車絕對數(shù)量的增加，在人們的出行越來越方便的同時，交通事故的數(shù)量也在逐步增加。由于私家車的大范圍增多，新增駕駛員數(shù)量也大范圍增多，中國駕駛員考試一定程度地存在著形式化和應(yīng)試化的弊端，出現(xiàn)很多駕駛技術(shù)不同的駕駛員。在2015年的時候，我國取得機動車駕駛證的人數(shù)就已經(jīng)達到了3.2億人，當中駕駛汽車大約有2.8億人，在駕駛員總數(shù)當中占比85.63%，一年當中就增加了3375萬個汽車駕駛員。駕駛員駕齡沒有滿一年的大概有3613萬人，占比總數(shù)的11.04%，男性駕駛員占總數(shù)的74.29%，大約有2.4億人，相比2014年的人數(shù)，提高了2.23%左右，女性駕駛員占總數(shù)的25.71%，大概有8415萬人，因為交通法規(guī)的普及程度跟道路規(guī)劃，還有一些處罰的力度不大的限制，中國的道路交通亂象更多。想要避免交通事故，自己遵守交通規(guī)則甚至遠遠不夠，更要有及時躲閃突發(fā)狀況的能力，這對駕駛員的經(jīng)驗和駕駛技術(shù)要求非常高。1.2研究目的與意義隨著我國的汽車數(shù)量在日益變多，現(xiàn)在最大的問題就是停車難的問題，很多有車一族對于狹小的停車場也是頭疼，如果稍微有個不小心，就會產(chǎn)生碰撞，更讓人覺得心煩意亂了。哪怕是每一輛汽車上面都安裝有后視鏡，但還是有一些地方處于后視盲區(qū)使駕駛員看不到的。駕駛員在進行倒車、泊車的過程中都會用到汽車里的安全輔助裝置，也就是倒車雷達，它能夠觀察汽車周圍障礙物的情況并通過聲音或者是圖像的方式告訴給駕駛員，可以讓駕駛的安全性得到提高，并且能夠?qū)⒉糠忠曇八澜桥c視線模糊的缺陷給排除掉。讓駕駛員在倒車、停車以及啟動車子的時候不再需要前后左右的去觀察周遭情況。1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀我國的倒車防撞系統(tǒng)起步較晚，在2000年才開始這方面內(nèi)容的研究與生產(chǎn)，因此對于我國而言，它僅僅是一個只有十幾年歷程的新興產(chǎn)業(yè)。最開始，這類系統(tǒng)也僅僅裝配在奔馳、寶馬、奧迪等為人熟知的一線汽車品牌中，但倒車防撞系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展是十分迅速的，在2003年，從開始之后僅僅3年的時間，此行業(yè)就迎來了一個蓬勃發(fā)展的階段，直到現(xiàn)在，我國研發(fā)的倒車防撞系統(tǒng)不僅僅在國內(nèi)有著很好的態(tài)勢，它甚至以完整的生產(chǎn)系統(tǒng)的形式出口到東南亞和非洲國家。我國的防撞產(chǎn)品在鐵將軍和二郎神倒車雷達中更為常見。鐵將軍使用兩個處理器來檢測和安裝四個傳感器，這些傳感器可以準確地確定車身后方2.5米范圍內(nèi)是否有障礙物并準確地顯示數(shù)據(jù)。液晶顯示屏可準確識別障礙物的位置，并申請直觀，防止誤報的專利和檢測技術(shù)。二郎神是一款倒車雷達，帶有LED顯示屏，帶有語音提示，可顯示障礙物，障礙物和身體之間的距離，有2探頭、4探頭、6探頭三種規(guī)制可以選擇，具有較高的準確度和較好的實時性，其可探測距離在40cm-300cm之間，但其問題在于近距離探測盲區(qū)較大，對于許多的倒車入庫的情況未必完全適用，但產(chǎn)品整體性能較優(yōu)越。國外的倒車防撞系統(tǒng)發(fā)展較早，因此相對國內(nèi)也更加快速，許多知名汽車品牌都展開了汽車防撞的自主研發(fā)。如奧迪Q系類，就采用了奧迪公司專門為這款車型研發(fā)的倒車攝像系統(tǒng)，攝像頭探測到的信息可以實時地顯示到車內(nèi)的液晶屏幕上駕駛員在泊車、倒車入庫時更加的簡單方便，也更為安全，降低了駕駛技術(shù)的門檻。奧迪Q7汽車在倒車時的攝像系統(tǒng)的展示，其獨有的輔助線標注給駕駛員提供了更多的信息，現(xiàn)在大部分汽車也都應(yīng)用了此功能，使得倒車停車更加簡單。德國的奔馳公司，也將汽車防撞作為了重點研究對象，除了倒車雷達以外，同時還研究了前視防撞雷達，美國更把汽車防撞設(shè)備用到了校車上，以提升校車的安全性能，日本韓國也在汽車防撞領(lǐng)域投入了許多研發(fā)資本，如韓國中央電子工業(yè)公司，為了實現(xiàn)倒車防撞，開發(fā)了一種新型的可視化系統(tǒng)，其攝像機有1200廣角，以消除后視方向上駕駛員的視線盲區(qū)。日本的豐田公司更是開發(fā)了倒車遙控系統(tǒng)，使有倒車入庫困難的駕駛?cè)藛T，可以通過遙控器，在車外遙控汽車完成倒車，與傳統(tǒng)的倒車防撞雷達思路有很大的不同?？梢?，倒車雷達主要分為兩大種類:一類是可視化的，一類是不可視化的預(yù)警系統(tǒng)，第一類更加直觀，但駕駛員本身仍需要通過許多繁雜信息中找到可利用信息，對操作反應(yīng)時間并沒有太大意義，而不可視化的預(yù)警系統(tǒng)又使得駕駛員獲得的信息太少，因此本文欲使得關(guān)鍵的距離信息進行可視化顯示，且能幫助駕駛員確定，障礙物主要位于后視視角的哪個方位，信息充分且簡單。對于日后倒車雷達的發(fā)展方向，可能朝著集成化更高的領(lǐng)域發(fā)展，配合GPS導(dǎo)航與互聯(lián)網(wǎng)等，實現(xiàn)車輛網(wǎng)，或者朝著更加自動化的方向發(fā)展，使得倒車雷達成為無人駕駛的巡航系統(tǒng)中的一個模塊，而整個系統(tǒng)的功能將更加完備。2汽車倒車防撞測距主要方式汽車防撞系統(tǒng)的原理劃分方式，主要基于其傳感器的不同、收集信息的不同。常見的測距手段有超聲測距、電禍合攝像系統(tǒng)、視頻圖像處理系統(tǒng)、激光測距、紅外測距等。以上測距手段都是通過某種方式收集車輛與其前視或后方車輛、障礙物等的距離信息或圖像信息，進行處理，以使距離信息傳遞給駕駛員而進行防撞預(yù)警的方式。2.1超聲測距方法頻率高于20kHz的機械聲波一般統(tǒng)稱為超聲波，其哀減梯度較慢、方向延展性好、反射強度大、可以十分容易的獲得較為密級的聲能，能穿透一定厚度的物體。典型的超聲波測量系統(tǒng)主要包括重要的模塊，例如超聲波發(fā)射器，接收器和信號處理系統(tǒng)。首先，超聲測量是使用高強度和聚焦超聲的物理特性。超聲波傳輸系統(tǒng)在操作期間發(fā)射方波信號，并將窄脈沖發(fā)送到脈沖計時器作為用于確定范圍的觸發(fā)信號。當在發(fā)射超聲波之后遇到測量對象時，由于反射強度高，所以反射具有更集中的能量的超聲波，可以被接收裝置接收。在接收裝置獲得回波信號時，計時器停止工作。信號處理系統(tǒng)會根據(jù)內(nèi)部的計時器計量的脈沖數(shù)量信息計算超聲波行走的時間，最后得出超聲波發(fā)射端到被測目標物體的距離。2.2雙目測量方法雙目測量方法主要是通過雙攝像頭系統(tǒng)，對同一被測范圍進行拍攝，得到不同角度的二維圖像信息，之后用極線定理等方法找出通過不同角度拍攝的同一被測范圍的對應(yīng)點，以進行三維還原的方法。這種方法用于汽車防撞領(lǐng)域時，主要可以幫助駕駛?cè)顺尸F(xiàn)視線盲區(qū)，更多地是起到盲區(qū)監(jiān)控的作用，但駕駛?cè)藢嶋H得到的信息十分復(fù)雜，不直觀反映距離，未必能給駕駛?cè)俗銐虻姆磻?yīng)時間作用于防撞。另外，此種方法算法復(fù)雜，運算緩慢，無法跟上行駛時機，因此多被用于后視盲區(qū)監(jiān)控，防撞效果并不理想。2.3視頻圖像處理測距方法許多時候?qū)τ隈{駛?cè)藖碚f比較難以判斷的是在駕駛員視線角度下，如何判斷與前后車的車距。人眼會根據(jù)近大遠小等透視效果來大致判斷車距。如果可以將人眼得到的視信號，轉(zhuǎn)化為大致距離結(jié)論的人為反應(yīng)過程，交予機器完成，就可以省去駕駛員這方面的麻煩。視頻圖像處理測距方法并非實際測量汽車與障礙物之間的距離，而是通過行車記錄儀采集行車過程中的視頻。將視頻定格，得到每一幀的圖像，并將得到的圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，將圖像分割，濾波，二值化等，通過圖像處理手段得出關(guān)鍵信息，并通過算法來計算障礙物與汽車之間的距離。其中，對圖像進行分割，提取關(guān)鍵信息的效果效果如圖1所示。圖1圖像分割示意圖2.4激光測距方法激光測距方法可以分為無圖像的激光距離測量和根據(jù)是否進行可視化的激光距離測量。沒有可視化的激光位置的常用方法基本上是相位激光位置。激光成像可分為掃描和掃描。這幾種方法的原理是不同的。2.4.1相位式激光測距精度較高，主要用于軍事探測雷達。但只能得到單一距離數(shù)據(jù)，獲得信息不夠全面，相位式激光測距原理如圖2所示。相位差測量系統(tǒng)是其核心處理系統(tǒng)，它發(fā)出使能信號，使發(fā)射模塊發(fā)射激光，激光遇到目標物體后反射回波，接收模塊將接收信號傳回，通過相位差的測量得出障礙物的距離。圖2相位式激光測距原理圖2.4.2成像掃描式激光測距激光的發(fā)射方向在一個周期內(nèi)，隨著振鏡而擺動，因此可以在振鏡擺動的一個周期之內(nèi)獲得一組掃描數(shù)據(jù)信息，這些信息可以呈現(xiàn)在一個維度范圍內(nèi)汽車的某一方向上所有障礙物的距離，從而獲得距離圖像，其原理如圖3所示。此方法主要用于前視汽車防撞系統(tǒng)，但由于激光的路徑筆直行進，當汽車遇到坡路是，激光發(fā)射方向又無法使激光準確地到達前方車輛或障礙物上，雖然測距速度和精度都較好，但魯棒性較差，缺乏實用性。圖3成像掃描式激光測距原理圖2.4.3非掃描式成像激光測距非掃描激光雷達的所有激光束都是小光束，當這些小光線照射待測區(qū)域時，通過使用二維成像單元（例如表面）的邏輯混合處理來處理被測物體表面散射的光（如面陣CCD等），CCD的每個像素的輸出信號提供對應(yīng)于成像區(qū)域的距離信息，將所反饋出來的信息進行融合，基本上能夠重建一個立體圖像。其最理想的效果類似于谷歌公司對于VR技術(shù)的演示，由于在一個二維平面范圍內(nèi)，以矩陣方式全面發(fā)射激光微小光束，從而獲得每一個點的距離信息，以獲得三維重構(gòu)的另一個維度。但此方法在汽車防撞領(lǐng)域沒有太高的必要性，且在實際駕駛過程中有可能對周邊車輛造成干擾，故不太適用。2.5紅外測距方法紅外線是比紅光長并且人眼無法看到的光的波長，并且具有諸如紅外線熱和高穿透性的物理特性?，F(xiàn)在市面常用的紅外傳感器大部分是來自于夏普公司的，具有不同測距范圍和靈敏度的一系列測距傳感器。這類傳感器一般主要是由紅外線發(fā)射器、CCD探測器，透鏡及信號處理電路系統(tǒng)等構(gòu)成的，這類傳感器應(yīng)用的測距原理是三角測量原理。測量范圍根據(jù)傳感器型號的不同可以根據(jù)需求自主選擇。由于紅外發(fā)射器會以一個固定的角度發(fā)射紅外線，再以三角形路線接收，因此在測量距離范圍內(nèi)的多個角度都能探測到障礙物，不會因為實際行駛過程中可能存在的坡路等使得障礙物角度發(fā)生較大變化的情況影響測量的準確性，因此紅外法魯棒性較好。又由于紅外法不受反射表面材料特性，環(huán)境光等的影響，可測幾乎所有材料的被測物，能夠應(yīng)對不良的天氣狀況，比較符合車輛駕駛的室外環(huán)境特征，被廣泛應(yīng)用于汽車防撞測距領(lǐng)域。但由于受到紅外線能量隨距離的增加而散失的影響，以及三角法固有的可利用精度范圍的影響，其各個型號傳感器能達到的最大測距距離，都不超過6米，但對于一般的倒車防撞測距都是一個可行的范圍。3基本原理3.1什么是超聲波當物體在進行震動，并且震動的頻率在20Hz到20KHz之間時，便產(chǎn)生了聲音，如果希望通過超聲波進化，振蕩頻率必須超過20kHz的機械波。超聲波可以說具有兩種特定形式，而超聲波是通過彈性介質(zhì)中的機械振動產(chǎn)生的：一種是縱向振蕩（通常也稱作縱波），而另一種的話是橫向振蕩（通常也稱作橫波）。我們在現(xiàn)實工業(yè)當中所應(yīng)用所利用最多的是縱向振蕩。超聲波也是可以在固體當中、液體和氣體等介質(zhì)下進行傳播，但是在三種介質(zhì)中超聲波的傳播速度是不一樣的，而且，超聲波也會出現(xiàn)發(fā)射或者是折射的現(xiàn)象，并且在實際的傳播過程中時，速度會慢慢的減小，比如說，超聲波在氣體中進行傳播的時候，所產(chǎn)生的頻率就會很低，大概是在幾十KHz左右，而且衰減速度比較快；在液體或者是固體中進行傳播的時候，超聲波的震動頻率相對來說卻是比較高的，逐漸衰減的速度對比在空氣中傳播的要小些，并且傳播的距離比較遠。為了在相反方向上使用超聲波，必須產(chǎn)生超聲波并接收超聲波。能夠滿足這種條件的功能裝置通常是超聲換能器或超聲換能器，稱為超聲換能器。超聲波傳感器具有發(fā)射器/接收器，但超聲波傳感器還可以產(chǎn)生用于發(fā)射和接收聲波的兩種功能。通常使用兩種類型的超聲波傳感器。其中之一是超聲波的機械產(chǎn)生，如空氣口哨，電流槽和口哨。另一種方法是使用諸如磁致伸縮的電子裝置產(chǎn)生超聲波。超聲波發(fā)生器和壓電超聲波發(fā)生器。3.2超聲波傳感器的特性主要特性包含有：頻率特性和指向特性。3.2.1頻率特性圖4超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度如上圖4所示，超聲波傳感器的中心頻率為40kHz。我們最好在中間附近使用40kHz交流電壓來刺激超聲波輻射傳感器，因為當它的頻率到達40KHz的時候，所形成的壓能級跟機械波都是最高最強的，在40KHz頻率兩旁的壓能級會很快地變小。3.2.2指向特性最常用的超聲波傳感器，內(nèi)部的壓電板是小板，表面上的點可以用作振動源，并且根據(jù)振動源發(fā)射小波。某個離開了超聲波傳感器空間的聲壓，它所輻射出來的子波產(chǎn)生的結(jié)果是具備指向性的；從振蕩源輻射出來的子波則是無指向性的?？梢詮南聢D5看到。圖5超聲波傳感器指向特性及結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)超聲波傳感器的定向角通常在40到80度的范圍內(nèi)，當它的指向角達到0度的時候所形成的電壓是最大的，而當隨著角度的漸漸增大，產(chǎn)生的電壓就會漸漸變小。3.3超聲波倒車測距系統(tǒng)原理通常我們使用兩種方法進行超聲測量。其中之一是獲得平均電壓輸出脈沖。電壓與距離成正比，因此您可以知道測量電壓時的距離。另一種方法是測量輸出端的脈沖寬度，即超聲波接收和超聲波傳輸之間的時間間隔。在超聲波檢測方案中，發(fā)送端接收輸出脈沖的方波，并且發(fā)送超聲波的時間間隔等于寬度。如果被測物體的距離大，則形成的脈沖的寬度變大，并測量距離和輸出信號的脈沖數(shù)成比例關(guān)系。一般電路所采用的是第二種對輸出的脈沖寬度精心測量。超聲波在標準空氣中傳播時，它的速度是331.4m/s，假如我們用12.0MHz的晶振作用到單片機上來進行計時的話，則設(shè)計的系統(tǒng)它的測量精度從基本理論上來看的話，可能會達到毫米級的。超聲波測距的算法設(shè)計：機載超聲波傳播速度為340M/S（15°C時）。X2是聲波，X1是聲波，當發(fā)出聲音時，X2-X1是視差的絕對值，X2-X1=0.03秒，340米X0.03秒=10.2分鐘。因為在10.2分的時間里，超聲波發(fā)出到碰到返射物進行返回的距離如下:圖6測距原理4超聲波倒車雷達系統(tǒng)的硬件設(shè)計基于單片機的測距報警器電路是一種單片機系統(tǒng)，其數(shù)字顯示在運行過程中通過速度指示電路，可以知道目前汽車的距離輸出，在行使到自己設(shè)定好的上限倒車距離時，報警電路就會進行報警提示，這樣駕駛員就知道目前的汽車倒車危險，駕駛員在看到報警之后就會及時做好反應(yīng)，并進行調(diào)整，以此確保人身安全。單片機內(nèi)已經(jīng)設(shè)定好的值與實際的產(chǎn)生的數(shù)值進行比較，如超出了通過系統(tǒng)輸入設(shè)定的最大值，便能夠?qū)ζ嚨管嚢踩嚯x進行判斷，并經(jīng)過蜂鳴器來進行報警提醒。圖7倒車雷達報警器總原理圖4.1單片機的選用如下圖8所示的單片機系統(tǒng)硬件電路原理圖。按照設(shè)計的需求，只要一些很小的控制單元來做成集成度很小的最小系統(tǒng)應(yīng)用即可。作為低電壓處理器，AT89C51單片機一直是一些主要控制器微處理器的選擇，在單片機的128byte隨機存取數(shù)據(jù)RAM之中，裝置是采用的非易失性存儲器技術(shù)具有很高的密度，與一些常用的中央處理單元跟閃存單元，以及MCS-51指令跟8-芯片之間是相互兼容的；它還配備了一個高性能的8位，4字節(jié)CMOS微控制器，能夠擦除只讀程序的存儲器。如果微控制器需要進入環(huán)路復(fù)位狀態(tài)，則總是需要高RST。當單片機復(fù)位后，程序就會從第一條指令開始重新運轉(zhuǎn)。圖8單片機最小系統(tǒng)4.2單片機系統(tǒng)4.2.1時鐘模塊硬件電路DS1302給每一個讀者對象需要十六個時鐘脈沖以及八地址前脈沖寫命令跟輸入操作。DS1302是一個功耗低且性能高的實時時鐘芯片，只需要三根線便可以跟微控制器進行連接，利用三根線的SPI接口跟CPU的通信進行同步，將多個字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM亦或者是時鐘信號給發(fā)送出去。這個在單片機最小系統(tǒng)中是經(jīng)常用到的系統(tǒng)時鐘線路了，因此該設(shè)計電路非?？尚?，穩(wěn)定性也很好。圖9模塊電路時鐘硬件圖4.2.2復(fù)位電路最常用的單片機復(fù)位模式如下面的圖10所示。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。這在復(fù)位信號為高時有效。單片機必須保持在24個周期以上才可以完成重置操作。如果RST端子產(chǎn)生寬度小的脈沖，則可以有效地實現(xiàn)手動復(fù)位和自動復(fù)位。必須通過RST引腳將T89C51復(fù)位信號施加到微控制器芯片的施密特觸發(fā)器。電容上的電壓值會慢慢增大是因為時間的增加，這使得RST引腳的電壓值也會隨之下降，當降到低電平的時候，便會讓單片機回到正常狀態(tài)，也稱之為上電為復(fù)位。在12MHz時鐘時，一般C7取22μF，R2可取1kΩ，需要持續(xù)達到2μs以上才可以使得復(fù)位操作完成。圖10晶振電路與復(fù)位電路4.2.3振蕩電路MCU具有高增益放大器放大器。芯片的XTAL1引腳是放大器的輸入。XTAL2觸點是放大器的輸出。如果微電路外部的晶體振蕩器需要連接到兩個電容器，它必須通過XTAL1和XTAL2。機器的周期信號由作為系統(tǒng)時鐘信號通過分頻器的振蕩電路脈沖產(chǎn)生，并且基于原始雙向頻率，ALE信號由三頻率頻率產(chǎn)生。下面的圖11顯示了振動模式。圖11振蕩電路4.3外接采集節(jié)點模塊電路根據(jù)原理圖該系統(tǒng)主要可分為鍵盤部分，顯示部分和蜂鳴器4部分，每部分協(xié)調(diào)工作，來實現(xiàn)倒車安全報警信號監(jiān)測功能。4.3.1顯示電路設(shè)計液晶顯示采用LCD1602，這樣就算是在不使用計算機的情況下，控制系統(tǒng)系統(tǒng)也能正常運行，并且能具有直觀的可視性。顯示電路主要是通過鍵盤，實現(xiàn)醫(yī)院實驗室的各功能設(shè)定、當前參數(shù)等設(shè)定。該模塊的價格略低于相同點陣的圖形LCD模塊的價格。下圖是該顯示器的原理圖12：圖12LCD顯示原理圖與具有圖形點陣的相同類型的LCD模塊相比，該設(shè)計的液晶顯示器比硬件電路或顯示程序的結(jié)構(gòu)小得多，并且模塊的價格略低于圖形的價格，具有相同點陣的液晶模塊。該系統(tǒng)允許通過鍵盤設(shè)置反向安全數(shù)據(jù)，并在人與計算機之間進行良好的交互。4.3.2蜂鳴報警器聲音檢測模塊駐極體傳聲器作為檢測器，通過電平變換電路，使得在流動方向上的駐極體傳聲器急劇下降的內(nèi)部電阻，使晶體管的變化，從而達到聲音，以確定是否為目的。三極管采用8050NPN型晶體管，將其基極接于P2.6口，當其為高電平時三極管導(dǎo)通，當其為低電平時三極管截止，如圖13所示。當測速存在超速后，蜂鳴器會發(fā)出聲音進行提示。圖13蜂鳴器與單片機的接口電路圖報警電路如圖13所示。監(jiān)控P2單片機端口，P2.3至P2.6四個LED端口控制P2和報警，如圖所示。4.3.3WSB接口電路由于用于從系統(tǒng)捕獲圖像的相機是USB接口設(shè)計，因此系統(tǒng)需要USB接口。S3C2440A有兩個USB主控制器和一個USB設(shè)備控制器，需要USB接口才能連接外部USB攝像頭，因此必須使用USB主控制器。USB接口有四條線：DATA+和DATA-信號線，VCC和GND電源線，兩條電源線和兩條信號線，數(shù)據(jù)傳輸模式是串行傳輸。USB接口速度快，最新的USB2.0達到480Mbps，可滿足各種工業(yè)和私人需求。USB輸出電壓和電流：+5V，500mA。實際上有偏差。最大值不能超過+/-0.2V也就是4.8-5.2V。使用USB接口，無法更換陽極和陰極，不然會燒壞USB設(shè)備或主機芯片。USB接口還必須設(shè)計有保護電路，以防止由于過流，過壓和瞬態(tài)ESD電壓而損壞USB接口。4.4超聲波測速模塊4.4.1超聲波發(fā)射模塊為了使CH_CLOSE門信號起作用，需要通過4通道與非門SN74F00D，輸出波形由門信號CH_CLOSE決定。每個半波輸出信號被組合以形成完整的波形。驅(qū)動電路如圖16所示。系統(tǒng)中使用的測量模塊的超聲信號由軟件生成。因此，在超聲換能器將超聲電信號轉(zhuǎn)換成機械波之前，在適當?shù)募铍娐分刑幚沓曤娦盘栆约畛晸Q能器。在操作期間，超聲波傳輸電路如圖14所示。圖14超聲波發(fā)射電路4.4.2高頻變壓器的設(shè)計為了控制工作電壓為1000V，額定頻率為26kHz的超聲波換能器，上面得到的PWM波必須通過高頻變壓器輸出高頻高壓信號。壓電材料的這種周期性變形引起外圍介質(zhì)循環(huán)的往復(fù)運動，以將超聲信號傳輸?shù)浇橘|(zhì)。繞組電阻由磁芯的定義決定。對于本設(shè)計中使用的雙面（2沖程）變壓器，磁通密度在理論上是正的和負的。圖15升壓發(fā)射電路圖4.4.3超聲波接收電路處理模塊（1）精密放大電路該設(shè)計使用集成的超聲波傳感器，使得大的傳輸信號直接到達接收電路并且對接收信號具有恒定的干擾。在接收到超聲回波信號后，接收電路對其進行處理，輸出包含流量信息的模擬信號，并輸入數(shù)字信號處理電路進行進一步處理。為此在精密放大之前必須經(jīng)過二極管雙向限幅環(huán)節(jié)對接收信號放大器的輸入電壓進行箱位，來保護后續(xù)的放大電路。如圖16所示：圖16前置放大電路（2）帶通濾波電路在帶通濾波器中，這里使用一個內(nèi)置運算放大器來形成電壓控制的二階帶通濾波器電路，如圖17所示。圖17帶通濾波電路5超速報警器系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1單片機編程語言的選擇51系列微控制器支持BASIC，PL/M，匯編器和C語言。C語言通常是UNL操作系統(tǒng)的語言，C語言也稱為結(jié)構(gòu)化語言。與匯編相比，C語言具有以下優(yōu)點：首先，C語言不需要知道MCU指令集，只需要基本了解存儲器的結(jié)構(gòu)。C語言也非常便攜，并提供許多類型的數(shù)據(jù)和運算符以便于編程。C語言還具有豐富的函數(shù)庫，不僅可以加速計算，還可以提供高編譯效率，并允許直接實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的實際控制。其次，C語言也稱為結(jié)構(gòu)化編程語言。自上而下的結(jié)構(gòu)化編程技術(shù)，C語言具有非常完整的模塊化程序結(jié)構(gòu)，用戶在開發(fā)軟件時可以使用模塊化編程技術(shù)。C語言開發(fā)系統(tǒng)通常是實用的?？s短了開發(fā)周期，并且為了改進和擴展，該程序得到了極大的改進。并且研制出更大規(guī)模的、性能更加完善的系統(tǒng)。第三、在利用C語言進行編程的時候，不需要對單片機跟接口結(jié)構(gòu)作很深層次方面的了解。利用好C語言對51系列單片機系統(tǒng)進行開發(fā)，編程者能夠更加專一地對應(yīng)用軟件部分的進行設(shè)計，不需要把很多的精力用在內(nèi)存分配等這些較為底層工作上面浪費精力時間，進而很大程度上讓軟件開發(fā)的速度更快。所以，本文系統(tǒng)利用CS1語言來對系統(tǒng)的軟件進行設(shè)計。也擁有匯編語言的功能，使用靈活、可讀性較強，能夠單片機的程序進行移植的時候更加方便。5.2主流程圖設(shè)計下面圖18中的軟件包括兩個主程序和一個終端維護程序。主程序通過完成任務(wù)的初始化，控制超聲波的接收/發(fā)送順序，中斷維護程序來讀取時間值。當執(zhí)行操作并計算距離并打印結(jié)果時，三向超聲波旋轉(zhuǎn)以定時器中斷服務(wù)程序結(jié)束。圖18超聲波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計實際測出的距離結(jié)果是用10進制BCD碼的形式傳輸?shù)絃ED進行顯示的，大約用時0.5s，再用超聲波脈沖將前面的測量步驟進行重復(fù)。主程序是利用C語言來進行編寫的，這樣更加方便距離的計算以及程序結(jié)構(gòu)化。5.3倒車雷達報警器其他子程序設(shè)計5.3.1數(shù)據(jù)采集處理子程序圖19A/D轉(zhuǎn)換子程序流程通過單片機輸出多路復(fù)用器地址Dl多路復(fù)用器移位寄存器。上述擴展過程可以將數(shù)據(jù)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)字濾波，十進制轉(zhuǎn)換和表查找。處理完數(shù)據(jù)后，包括過濾和十進制轉(zhuǎn)換，找到字體大小的表數(shù)據(jù)，用于顯示，程序流程圖如圖19所示。5.3.2中繼子程序圖20安全距離的中繼子流程圖系統(tǒng)在確定速度測量數(shù)據(jù)有效時必須顯示測量數(shù)據(jù)。此設(shè)計旨在測量小于50cm的安全性，并且顯示屏保持兩位小數(shù)。換句話說，使用3位顯示器。5.3.3系統(tǒng)顯示子程序我們利用軟件來進行消抖，利用對子程序延時的調(diào)用來解決，能夠較為不錯地處理好單片機抖動的問題。因為經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，能夠把單片機的數(shù)據(jù)用十六進制的方式儲存到寄存器里，并使LED顯示需求轉(zhuǎn)成BCD碼。圖21LED顯示子程序流程圖5.3.4報警子程序程序設(shè)計蜂鳴器在其兩個保險絲只有3至15v直流電壓，可以產(chǎn)生大約3KHZ的聲音蜂鳴器振動?？梢允褂靡粋€晶體管驅(qū)動程序。報警程序流程圖如22所示。圖22報警程序流程圖5.4超聲波測距軟件設(shè)計超聲波測距模塊測量從車尾到車輛后方障礙物的距離，然后根據(jù)預(yù)定義的串行通信協(xié)議通過串行端口將數(shù)據(jù)發(fā)送到ARM基礎(chǔ)系統(tǒng)。超聲波測量模塊的主控芯片是AT89C51單片機。該模塊的軟件設(shè)計是單芯片程序，超聲波測量模塊使用內(nèi)部定時器TZAT89C51通過將具有P1.0引腳的40kHz方波和輸出發(fā)送到超聲波發(fā)送電路來發(fā)送超聲波。引腳P3.3（INT1）AT89C51用作接收輸入引腳，并在收到回波時產(chǎn)生接收中斷。超聲波測量過程如圖所示。圖23超聲波測距軟件設(shè)計流程圖由于系統(tǒng)和環(huán)境等因素以及超聲波本身的特性，在傳輸超聲波時不可能僅傳輸一個超聲波。為了在接收超聲波時準確地接收超聲波，通常需要發(fā)送由具有8到10個超聲波的若干超聲波組成的一組超聲波?；芈曄到y(tǒng)具有死區(qū)測量功能。在此期間，系統(tǒng)無法檢測到回聲。延遲250μs用于傳輸十個超聲波以形成超聲波組，延遲1ms是為了避免盲測區(qū)域?；夭z查的目的是確定是否已接收到超聲回波中斷，或者是否未檢測到障礙物，或者超時是否已被距障礙物的距離中斷。當標志為1時，中斷表示回顯中斷；當標志為2時，中斷表示40ms超時中斷。當系統(tǒng)測量行程時間并計算距離時，距離數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)街鰽RM系統(tǒng)。系統(tǒng)初始化主要初始化每個寄存