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超声波测距误差分析 根据超声波测距公式 L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差
和测量距离传播的时间误差引起的。 时间误差 当要求测距误差小于1mm 时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽
略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在 达到微秒级，就能保证测距误差小于 1mm 的误差。使用的 12MHz 晶体作时 钟基准的89C51 单片机定时器能方便的计数到 1μs 的精度，因此系统采用 89C51 定时器能保证时间误差在1mm 的测量范围内。 超声波传播速度误差 超声波的传播速度受空气的密度所影响，而空气的密度又与温度有着密切的 关系。为了简化设计本设计不采用温度补偿。
报警电路设计
报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时,发出声音提醒驾驶 员,语音电路设计如图9 所示。SP端高电平发声。
显示电路
用三位LED 显示，动态扫描显示。P0口显示数字，P2 口位选。电路如图10所 示：
单片机系统
本系统采用 STC89C51 来实现对 CSB40 系列传感器及其他模块的控制。单片机通过 P1.1 口控制超声波的发送，然后单片机不停的检测 CSBI 引脚，当 CSBI引脚的电平 由低电平变为高电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历 的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图 如图11所示：
整体方案设计
(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压(电压的幅值基本固定)与距离成正比，
测量电压即可测得距离；
(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t。因此， 被测距离为S=1/2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波也是一种声波，其声速 C 与温度有关，在使用时，如果温度
单元电路
• 超声波发送模块设计 • 超声波接收模块设计 • 报警电路设计 • 显示电路 • 单片机系统
超声波发送模块设计
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。 本设计采用第二种方法产生超声波,电路设计如图 8 所示。40kHz 的超声波 是利用单片机产生的。调节信号频率,使之与换能器的 40kHz 固有频率一致。 为保证LM386 具有足够的驱动能力,宜采用+12V电源。CNT 为超声波发射控制 信号,由单片机进行控制。图8 超声波发送模块电路
由超声波接收模块收集,进行放大和比较,单片机 STC89C51 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,当与障碍物距离不同时,发出
不同的报警声,提醒驾驶员停车。
系统框图
超声波 发送模块
驱动电路
AT89C2051
倒车档 显示模块
超声波 接受模块
放大 比较
语音电路
器件介绍
STC 单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，还增加了新的功能， 比如新增两级中断优先级，多一个外中断，内置 EEPROM，硬件看门狗，具有 掉电模式，512B内存等。还支持 ISP下载，不用编程器，只要一个 MAX232 和一些廉价的元件就能写程序，可擦写10万次。因此是一款很好用的单片机。
超声波接受模块设计
超声波在空气中传播时,其能量的衰减与距离成正比,即距离越近信号越强,距 离越远信号越弱,通常在1mV～1V之间。当然,不同接收探头的输出信号强度存 在差异。由于输入信号的范围较大,对放大电路的增益提出了两个要求：一是 放大增益要大,以适应小信号时的需要;二是放大增益要能变化,以适应信号变 化范围大的需要。另外,由于输入信号为正弦波,因此必须将放大电路设计成 交流放大电路。为减少负电源的使用,放大电路采用单电源供电,信号放大和 变换采用了一片LM324 通用运算放大器,前三级为放大器设计,后一级为比较 器设计。距离较近时,两级放大的增益已能够输出足够强度的信号了,第三级 有可能出现信号饱和,但距离较远时,必须采用三级放大。合理调节电位器 R27,选择比较基准电压,可使测量更加准确和稳定。
设计的主要内容
超声波测距原理 整体方案设计 器件介绍 单元电路介绍 系统软件 误差分析
超声波测距原理
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发 射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到 障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测 距的公式表示为：L=C×T （式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气 中的传播速度； T为发射到接收时间数值的一半)。
毕 业
：
倒车雷达系统
设
的设计
计
1wk.baidu.com设计的目的和意义
2.设计的主要内容
3.毕业设计的特色及创新点
4.毕业设计的成果
设计的目的和意义
汽车倒车雷达系统的运用可极大减轻驾驶 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。
变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过
温度补偿的方法加以校正。本系统包括超声波发射功率区配电路、接受电路、
发声电路、以及显示电路，各信号线与控制线都接主控芯片STC89C51，并在
STC89C51 的指挥下统一协调工作，如图 1 所示,驾驶员将手柄转到倒车档后,
系统自动启动,超声波发送模块向后发射 40kHz 的超声波信号,经障碍物反射,
选用STC 单片机的12大理由： 01. 与MCS-51单片机完全兼容：指令兼容，引脚兼容，因此易学； 02. 高保密性：无法读出，因此无法解密，保护知识产权的首选； 03. 超强抗干扰能力：电源、I/O 口、时钟均有抗干扰措施，是工程应用的
首选： 04. 高可靠性，工程应用的首选： 05. 低电磁辐射： 06. 超低功耗： 07. 在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，节约投资； 08. 可远程升级和随时升级，缩短产品开发周期，提升产品性能； 09. 强驱动能力：无论拉电流还是灌电流，均优于MCS-51单片机； 10．高速度：0～80MHz，最高达90 MHz。 11．产品封装形式多样 12．内部资源更丰富
和测量距离传播的时间误差引起的。 时间误差 当要求测距误差小于1mm 时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽
略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907ms。 在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在 达到微秒级，就能保证测距误差小于 1mm 的误差。使用的 12MHz 晶体作时 钟基准的89C51 单片机定时器能方便的计数到 1μs 的精度，因此系统采用 89C51 定时器能保证时间误差在1mm 的测量范围内。 超声波传播速度误差 超声波的传播速度受空气的密度所影响，而空气的密度又与温度有着密切的 关系。为了简化设计本设计不采用温度补偿。
报警电路设计
报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时,发出声音提醒驾驶 员,语音电路设计如图9 所示。SP端高电平发声。
显示电路
用三位LED 显示，动态扫描显示。P0口显示数字，P2 口位选。电路如图10所 示：
单片机系统
本系统采用 STC89C51 来实现对 CSB40 系列传感器及其他模块的控制。单片机通过 P1.1 口控制超声波的发送，然后单片机不停的检测 CSBI 引脚，当 CSBI引脚的电平 由低电平变为高电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历 的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图 如图11所示：
整体方案设计
(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压(电压的幅值基本固定)与距离成正比，
测量电压即可测得距离；
(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t。因此， 被测距离为S=1/2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波也是一种声波，其声速 C 与温度有关，在使用时，如果温度
单元电路
• 超声波发送模块设计 • 超声波接收模块设计 • 报警电路设计 • 显示电路 • 单片机系统
超声波发送模块设计
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。 本设计采用第二种方法产生超声波,电路设计如图 8 所示。40kHz 的超声波 是利用单片机产生的。调节信号频率,使之与换能器的 40kHz 固有频率一致。 为保证LM386 具有足够的驱动能力,宜采用+12V电源。CNT 为超声波发射控制 信号,由单片机进行控制。图8 超声波发送模块电路
由超声波接收模块收集,进行放大和比较,单片机 STC89C51 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,当与障碍物距离不同时,发出
不同的报警声,提醒驾驶员停车。
系统框图
超声波 发送模块
驱动电路
AT89C2051
倒车档 显示模块
超声波 接受模块
放大 比较
语音电路
器件介绍
STC 单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，还增加了新的功能， 比如新增两级中断优先级，多一个外中断，内置 EEPROM，硬件看门狗，具有 掉电模式，512B内存等。还支持 ISP下载，不用编程器，只要一个 MAX232 和一些廉价的元件就能写程序，可擦写10万次。因此是一款很好用的单片机。
超声波接受模块设计
超声波在空气中传播时,其能量的衰减与距离成正比,即距离越近信号越强,距 离越远信号越弱,通常在1mV～1V之间。当然,不同接收探头的输出信号强度存 在差异。由于输入信号的范围较大,对放大电路的增益提出了两个要求：一是 放大增益要大,以适应小信号时的需要;二是放大增益要能变化,以适应信号变 化范围大的需要。另外,由于输入信号为正弦波,因此必须将放大电路设计成 交流放大电路。为减少负电源的使用,放大电路采用单电源供电,信号放大和 变换采用了一片LM324 通用运算放大器,前三级为放大器设计,后一级为比较 器设计。距离较近时,两级放大的增益已能够输出足够强度的信号了,第三级 有可能出现信号饱和,但距离较远时,必须采用三级放大。合理调节电位器 R27,选择比较基准电压,可使测量更加准确和稳定。
设计的主要内容
超声波测距原理 整体方案设计 器件介绍 单元电路介绍 系统软件 误差分析
超声波测距原理
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发 射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到 障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测 距的公式表示为：L=C×T （式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气 中的传播速度； T为发射到接收时间数值的一半)。
毕 业
：
倒车雷达系统
设
的设计
计
1wk.baidu.com设计的目的和意义
2.设计的主要内容
3.毕业设计的特色及创新点
4.毕业设计的成果
设计的目的和意义
汽车倒车雷达系统的运用可极大减轻驾驶 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。
变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过
温度补偿的方法加以校正。本系统包括超声波发射功率区配电路、接受电路、
发声电路、以及显示电路，各信号线与控制线都接主控芯片STC89C51，并在
STC89C51 的指挥下统一协调工作，如图 1 所示,驾驶员将手柄转到倒车档后,
系统自动启动,超声波发送模块向后发射 40kHz 的超声波信号,经障碍物反射,
选用STC 单片机的12大理由： 01. 与MCS-51单片机完全兼容：指令兼容，引脚兼容，因此易学； 02. 高保密性：无法读出，因此无法解密，保护知识产权的首选； 03. 超强抗干扰能力：电源、I/O 口、时钟均有抗干扰措施，是工程应用的
首选： 04. 高可靠性，工程应用的首选： 05. 低电磁辐射： 06. 超低功耗： 07. 在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，节约投资； 08. 可远程升级和随时升级，缩短产品开发周期，提升产品性能； 09. 强驱动能力：无论拉电流还是灌电流，均优于MCS-51单片机； 10．高速度：0～80MHz，最高达90 MHz。 11．产品封装形式多样 12．内部资源更丰富