超声波数电课程设计.docx

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超声波数电课程设计

一、课程设计题目··················1

二、设计目的······················1

三、设计要求······················2

四、设计任务······················3

五、系统框图及说明···············4

六、单元电路设计及参数············5

七、仿真过程与效果分析············9

八、心得体会总结··················10

九、参考资料······················11

一、课程设计题目：

基于NE555定时电路产生超声波的倒车雷达

二、设计目的：

从二十世纪八十年代末中国交通事故年死亡人数首次超过五万人至今，中国（未包括港澳台地区）交通事故死亡人数已经连续十余年居世界第一。

根据有关调查统计，15%的汽车碰撞事故是因为倒车时汽车的后视能力不良造成的，因此，增加汽车的后视能力，以及车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近年来的研究热点。

安全避免障碍物的前提是快速、准确的测量障碍物与汽车之间的距离。

为了人们更加安全的驾驶，利用本次课程设计，我们小组设计了一款以单片机、ne555、lm567、74ls04等芯片组成的汽车精确测距仪器，实现测距离的便捷性与准确性。

在汽车电子领域中，倒车雷达全称“倒车防撞雷达”又称“泊车辅助装置”，它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，主要针对汽车倒车时无法目测到车尾的物体和距离车身的距离而设计开发的。

本课题研究的汽车倒车预警系统将为驾驶者提供一个倒车提示和距离报警，本课题的现实应用的意义在于：

（1）将倒车自动化从被动防撞引向智能控制方向发展；

（2）体现了“以人为本”的驾驶理念，倒车时驾驶者的视线可集中在前方不需顾及车后状况，增加了倒车的安全性和可靠性，并且它的应用可减轻司机体力和脑力劳动的强度；

（3）安全可靠的防碰撞预警，使驾驶者无论是白天还是夜晚都能实现安全倒车；

（4）这一方案建立在安装小组件的基础上，避免对汽车整车的影响，为应用和普及创造了条件，经济性较好，易于普及。

汽车倒车雷达预警系统的运用可极大地减轻驾驶者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事故，同时它将对提高汽车智能化水平和最终实现汽车无人驾驶产生积极的意义。

三、设计要求：

1、产生频率为40KHz的超声波

2、测量仪量程：

30——200厘米

3、测试精度：

空气中测距精度1厘米

4、数据显示：

温度和测试距离在LCD上显示

5、测控周期：

预置开启，关闭数据后每秒为2次周期进行测距控制

6、工作环境：

直流电压5V，工作电流50mA

四、设计任务

1.检测左右车道行车情况

当左、右车到有超车情况时，报警系统可以检测到这个情况及时反映给驾驶员，这样可以防止驾驶员突然变道而发生碰撞，如图1，深蓝色区域为超声波测距模块安装位置。

本系统可以在不同情况下提示汽车的左,右两侧,后面,左右后轮下方的情况,同时在多烟雾的天气更是有助于司机注意到车周围的情况,这样的系统减少司机多方位的视觉疲劳.

2.检测同车到后方行车情况

当汽车尾部有车靠的太近时，报警系统可以检测到这个情况及时反映给驾驶员，这样可以防止驾驶员突然刹车而发生碰撞。

五、系统框图及说明：

超声波测距仪进行模块化设计，主要包括以下几大模块：

温度检测电路，超声波发射及控制电路，超声波接收及信号处理电路，显示电路，微处理器及其辅助电路，RS—232串口通信电路六部分。

各模块设计完成后，组成一个完整的测距系统。

六、单元电路设计

1、超声波发射电路

ne555自激振荡电路

发射电路主要硬件单元的功能：

单片机Q端接至ne555的自激振荡电路中，利用ne555产生的40kHz方波信号一路经一级反向器74ls04后送到超声波换能器的一个电极。

另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极。

用这种推挽形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R10、R20（连接在超声波探头前面，图中未标出，在实际电路中存在）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波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

2超声波接收电路:

使用LM567集成电路对接收探头受到的信号进行滤波。

8引脚输出低电平，传送到单片机中。

318B20温度测量模块

DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

测温范围：

-55~+125℃。

固有测温分辨率为0.5℃。

温度测量模块的硬件电路如图7：

通过PD5脚对18B20写命令可以完成表的控制。

4液晶显示

如图，为液晶显示电路，STC89C52单片机的P3.5,P3.6,P3.7做LCD1602的控制线，P10~P17做数据传输线

七、仿真过程与效果分析

在超声波发射电路采用NE555，使其产生40KHz占空比为50%的方波。

然后使40KHz的方波经74LS04产生反相的方波来驱动超声波探头。

74LS04还有增加探头的驱动能力。

接收电路采用LM567的选频电路，使其中心频率调至40KHz左右，来处理超声波接收探头接收到的波。

当LM567接收频率在40KHz时，其会产生一个低电平。

单片机通过检测这个信号而产生相应处理。

在整个系统内，单片机起外设控制、核心算法及显示的控制作用。

使用单片机一个管脚来控制NE555的使能端，而且同时使单片机定时器计时开始和检测LM567相应管脚的电平，当检测到低电平时，使定时器关闭，有两者时间之差来计算超声波在空气中传播的时间。

进而根据相关的公式来计算出与障碍物之间的距离。

但考虑到温度对超声波在空气中的影响，所以我们又增加了相应的温度检测模块，来减小误差。

八、心得体会总结

1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我曾想过两个方案，第一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。

所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。

2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。

所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。

不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。

或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九霄云外去了吧！

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。

4、利用这次课程设计，我还自学了单片机硬件电路的基本连接方法，以及单片机C语言编程的基本技巧，并掌握了keil、protus等软件的用法。

九、参考文献

郁文工作室编写..单片机嵌入式C语言开发实例.人民邮电出版社

戴佳.戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.北京：

电子工业出版社.2006

黄智伟.全国大学生电子设计竞赛—系统设计.北京：

北京航空航天大学出版社.2006