超声波测距

倒车雷达的主要作用是在倒车时，利用超声波原理，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后反射此声波探头，从而计算出车体与障碍物之间的实际距离，再提示给驾驶者，使停车和倒车更容易、更安全。倒车雷达的提示方式可分为液晶、语言和声音三种；接收方式有无线传输和有线传输等。

倒车雷达通过不同的测距方式能很好的解决停车时因视线不清而造成倒车不便,主要采用的是超声波测距技术,挂倒档时接通倒车雷达的电源,利用换能器（超声波传感器）之压电特性，间断以频率40KHz的电压激发压电片，该压电片随即由电能转换成机械能（40KHz超声波）并发射出去,当发射出去的声波接触物体时，根据声波的反射性原理，会反射回微的声波能量给超声波传感器,换能器即将所接收的微弱声波振动信号转化成为电信号，经信号放大处理后，传送至微处理器, 微处理就可计算车与该物体之距离，并显示出来，再由微处理器判断决定是否对构成危险的目标按不同程度进行警示提醒.在安装倒车雷达时安装位置的高低、角度及探头分布的距离根据不同的车型有不同的要求，这一点消费者在选择时可倾听厂家的建议

倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，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、倒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，提高驾驶的安全性。

通常，倒车雷达由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。倒车雷达一般采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经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其他警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。在几年的时间里，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达经过了大致六代的发展。

第一代：倒车时通过喇叭提醒 。“倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。 价格便宜，基本属于淘汰产品。

第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米-1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。

第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，；黄色代表警告距离，；红色代表危险距离，必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。

第四代：液晶荧屏动态显示。这一代产品有一个质的飞跃，特别是屏幕显示开始出现动

态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。

第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。

第六代：整合影音系统。它在第五代产品的基础上新增了很多功能，属于第六代产品，是专门为高档轿车生产的。从外观上来看，这套系统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。

目前市场上倒车雷达品牌多达二十几种，价格从上百元到一两千元不等，选购倒车雷达可以从如下方面考虑：功能、性能、外观、质量、安装、价格等。

超声波测距仪可分三部分：驱动部分、信号放大部分、信号分析部分。

驱动部分：将与探头频率一致超声波脉冲（3-20个），转换为高压驱动超声波探头，通常使用脉冲变压器升压；脉冲发出后，驱动电路处于静音状态，此时不要发出任何信号以免干扰信号接收；

信号放大：将超声波信号放大1000倍以上（10米以上检测距离需要放大1-10万倍）并通过带通，最终转换为高低电平的触发信号，准备信号分析。

信号分析部分：统计出超声波从发射到接收的实际时间，换算成毫秒再乘以声速再除以2，就是实际检测距离。

实际上，一个成熟的超声波测距仪电路还需要考虑很多因素，例如可靠性、探头寿命、工作温度范围，还需要考虑气温对声速的影响。

超声波测距原理目录 原理

通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）

特点

超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物 位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移 动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。

分类

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，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、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 压电式超声波发生器原理

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。超声波发生器内部结构如图1所示，它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振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波 时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 超声波测距原理

基于AT89S52单片机的超声波倒车雷达系统的设计

时间：2010-04-09 15:23:14 来源：电子技术 作者：高 旭 朱 军 中国地质大学

摘要：利用超声波测距原理，出于低成本、高精度的目的，提出了一种基于AT89S52的超声波倒车雷达系统的设计方案。硬件部分采用AT89S52单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、LCD显示电路和报警电路。本文在分析超声波测距原理的基础上，给出了实现超声波倒车雷达系统的软件设计流程图和硬件设计电路图。该系统测量精度为lcm，完全能够满足汽车倒车系统的设计要求。 关键词：AT89S52：超声波：温度补偿：测距

0 引言

超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等到优点，经常用于测量距离。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上述特性做到对倒车距离实时和高精度的检测，同时，此系统成本低、设计简单、精度和稳定性好，有望得到广泛的应用，从而减少交通事故的发生。

1 超声波测距原理

超声波测距原理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距离。本文

的倒车雷达系统采用反射接收回波方式。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t=2l／c，而声波在空气中传输速率为

中T为环境温度；cO为绝对温度时的速度，是常数。从上述两式可以推出

，故利用超声波测量的距离与时间和环境温度有关，在本系统中

利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DSl8820测量环境温度，从而提高测距精度。

2 硬件设计 2．1 系统硬件总体设计

如图1所示，本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路、接收电路、温度测量电路，声音报警电路和LCD显示电路组成。汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD上，如果距离小于设定时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。AT89S52是主控芯片，支持在线下载程序，方便调试，有8kB的Flash、32个I／O口、三个16位定时／计数器、八个中断源、全双工UART串行口和看门狗定时器等，资源丰富，既满足了本系统的设计要求，也满足了日后扩展的需求。

。式

2．2 超声波发射电路

超声波发射器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，超声波探头选用CSB40T。可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。本系统利用软件产生40kHz的超声波信号，经过74HC04两次和一次反向放大驱动后输出到CSB40T，如图2所示。

74HC04是一个高速CMOS六反相器，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。对于HC类型，其工作电压为2～6V，它具有高抗扰度，可以兼容直接输入LSTTL逻辑信号和CMOS逻辑输入。

2．3 超声波接收电路

由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物反射的

回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍数；为减小环境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤波特性较好的电路，使回波易于检测。超声波接收电路使用集成电路CX20106A，可用来完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能，如图3所示。

其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。当接收到40kHz信号后，芯片7脚会出现较短的低电平，接入单片机便可以使单片机产生中断。 2．4 温度测量电路

由于超声波的传播速度v会受温度、湿度、压强等的影响，其中温度的影响尤为严重。因此在测量精度要求高的场合，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正，以减小误差。 本系统采用DALLAS公司的DSl8820数字式温度传感器进行温度测量，它所测量的温度值用9位二进制数直接表示，这些值通过DSl8820的数据总线直接输入CPU，无需A／D转换，而且读写指令、温度转换指令都是通过数据总线传入DSl8820，无需外部电源。DSl8820数字温度传感器与AD590、LM35等温度传感器相比，具有相当的测温范围和精度，温度测量精确、不受外界干扰等优点。硬件结构如图4所示。

2．5 显示电路

本系统中的显示部分采用1602LCD液晶显示。具体接口如图5所示。

如上图，有两组电源，一组是模块的电源 一组是背光板的电源 均为5V供电。R3是调节对比度的引脚，调节此脚上的电压可以改变黑白对比度。RS是很多液晶上都有的引脚，是命令／数据选择引脚，该脚电平为高时表示将进行数据操作；为低时表示进行命令操作。RW也是很多液晶上都有的引脚，是读写选择端，该脚电平为高时表示要对液晶进行读操作；为低时表示要进行写操作。同样，很多液晶模块有E引脚，通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通知把数据读走，在此脚为高电平的时候总线不允许变化。DO～D7 8位双向并行总线，用来传送命令和数据。BLA是背光源正极，BLK是背光源负极。

3 软件设计

本系统的软件设计采用模块化设计，由主程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、

温度补偿子程序、报警子程序以及显示子程序组成。主程序流程图如图6所示。

超声波倒车雷达系统，最重要的就是对发射信号的控制及接收测量的时机控制。在设计中，AT89S52对发射的控制就是对40kHz方波产生电路的控制。由AT89S52的Pl．0口控制超声波发射电路以6个脉冲的序列发射出去，在程序中用延时实现。脉冲发射同时打开定时器T0开始计时，发射后等待1ms打开外部中断INT0，等待回波反射到接收探头。等待1ms的原因是，超声波发射探头发射的超声波一般都会存在余波干扰，有部分声波会直接传到接收探头，经接收电路放大后，系统就会把它误认为是检测的回波信号，发射后等待1ms可以避免

检测到余波信号，当然这也会导致测量盲区的存在。

4 结论

为了证明本文设计的倒车雷达系统的可靠性，在内部进行了实地测量。本系统测距范围为0．2～5m。最大误差小于3cm。因此，本系统具有工作稳定、抗干扰能力强、灵敏度高的特点。