基于超声波检测的倒车雷达的设计 - 图文

沈阳航空工业学院毕业设计（论文）

第3章 倒车雷达的硬件系统设计

汽车倒车雷达是由超声波发射电路、超声波接收电路和单片机系统电路构成的。单片机系统电路又包括显示电路和报警电路等。汽车倒车雷达其核心就是一个超声波测距器。

在实际设计中，倒车过程中对距离的测量，可通过超声波发射装置向车后方发送超声波，再对经障碍物反射回来的超声波进行接收，在发送超声波的同时，单片机的计时器开始计时，接收经障碍物返回的超声波时计时停止，从而计算出超声波发送和被接收之间的时间，我们又知道超声波在一定温度下在空气中传播的速度，就能求出汽车与障碍物之间的距离。本设计采用压电式超声波换能器，压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极间没有外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，使机械能转换为电信号，这时就成为超声波接收换能器了。超声波发射换能器与接收换能器结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。倒车雷达的系统框图如图3.1所示。

超声波发送 LED显示 单片机系统 超声波接收 声光报警

图3.1倒车雷达系统框图

3.1超声波发射电路设计

超声波发射电路原理图如图3.2所示。发射电路主要由反向器74LS04和超声波

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发射换能器T构成，单片机P1. 0端口输出的40 KHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后进到超声波换能器的另一个电极。用这种方式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R1、R2，一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

VccP1.074LS0474LS04R11KT74LS0474LS0474LS04图3.2 超声波发射电路

R21K

3.2超声波接收电路设计

集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 KHz与测距的超声波频率40KHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。

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CX20106ARC1R4C3C4P3.2C2R5R6C5VCCGND

图3.3 超声波接收电路

CX20106A的引脚注释：

l脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40KΩ。

2脚：该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R=4.7Ω，C=3.3μF。

3脚：该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μF。

4脚：接地端。

5脚：该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f 0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200KΩ时，f n≈42KHz，若取R=220KΩ，则中心频率f0≈38KHz。

6脚： 该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为220KΩ，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。

8脚： 电源正极，4.5V～5V。

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3.3单片机系统电路

3.3.1单片机的选择

单片机自从问世以来，它一直是工业检测、控制应用的主角。市场上常用的单片机有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS-51由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强，价格低等特点，很容易形成产品而更受青睐。

89C52是由北京集成电路中心（BIDC）设计，由美国的Atmel公司生产八位单片机。它是一种低功耗高性能的具有8K字节可电气烧录及可擦除的程序ROM的八位CMOS单片机。该器件是用高密度、非易丢失存储技术制造并且与国际工业标准80C51单片机指令系统和引脚完全兼容。

从使用方便与简化电路以及其性价比等角度来考虑，89C52比较合适的。本系统采用CPU为89C52的单片机，89C52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容MCS-51系列单片机的所有功能。89C52管脚图如图3.4所示。下面介绍89C52的主要管脚功能如下：

VCC（40）：电源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：双向I/O口，既可作低8位地址和8位数据总线使用，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址总线，也可作普通I/O口；P1口（1-8）： 准双向通用I/O口；

RST（9）：复位信号输入端；ALE/PROG：地址锁存信号输出端；PSEN：内外程序存储器选择线；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶体振荡器。

由于本课题的需要用到单片机内部的计数器和定时器，所以在这里有必要介绍定时器/计数器的工作原理。首先，先看看定时器/计数器的结构图：

图3.4 89C52管脚图

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