PIC+AT89S52单片机超声波倒车雷达的设计(3)
1.3 课题研究的内容及意义
本课题设计并实现了一种实用的倒车雷达系统。通过查阅相关的文献资料，利用现有的实验条件，在深入理解超声波测距基本原理的基础上，根据实际倒车过程中驾驶员的具体需求设定了系统的技术指标，提出了基于 AT89S52 单片机的汽车倒车雷达系统的整体设计方案。单片机 AT89S52 控制超声波电路发射超声波脉冲串。 选用 TCF40-25TR1 型收发一体式超声波传感器和74LS04 专业集成芯片来设计超声波发射电路，不仅外围元件较少，电路简单，而且有更好的稳定性及可靠性；使用集成电路CX20106A来设计超声波接受电路，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；采用两个单线制数字温度传感器 DS18B20，实现对车内和车外同时测温，并利用声速和温度之间的关系对声速进行修正，提高了测距精度； LCD显示电路采用OCMJ4×8C(128×64)液晶显示模块，可显示四行内容，能满足倒车雷达系统设计的显示要求；采用语音芯片 ISD4004 设计语音报警电路，可实现汽车倒车过程中的分段语音报警功能。
本课题设计的系统集成度高、测量范围广、成本低，能满足驾驶员在实际倒车中的需求，具有一定的理论和实用价值。
2 超声波理论基础
现阶段，绝大部分倒车雷达都是利用超声波测距进行工作的，本章将对超声波特性、超声波测距的发展史、超声波传感器和超声波测距原理等内容进行介绍。
2.1 超声波技术
2.1.1 超声波特性
人耳可分辨的声音频率范围在 20Hz~20KHz 之间，在此范围之内的机械波即为可听声波。频率低于 20Hz的机械波称为次声波；高于 20KHz 的机械波称为超声波。超声波在传播过程中受到尺寸大于其波长的物体阻挡时就会发生回波反射，它的方向性好，其能量在传播中消耗缓慢，所以传播的距离比较远。超声波在不同温度和不同介质中的传播速度也有所不同。例如，超声波在空气中的传播速度为340m/S，而在金属中的传播速度则能达到几千米每秒。
声波的速度越高，越与光学的某些特性相似，如发射定律、折射定律等。但是超声波与光波不同，它是一种弹性机械波，以纵波方式在气体、液体和固体等媒质中传播。另外，由于超声波的纵向分辨率较高，对色彩及光照度不敏感，对外界光线和电磁场不敏感，受环境因素的影响较小，因此超声波遇到障碍物反射时，入射角和反射角近似相等，方便用于测量较近目标的距离。
超声波还具有以下几个特性：
1) 超声波的传播类似于光线，具有反射、折射现象，超声波的速度与声波相同；
2) 超声波的频率越高，定向传播和反射能力也就越强，因此超声用于探伤、水下探测，有很高的分辨能力；
3) 超声波能够产生并传递强大的能量。超声频率越高，可以给出的功率就越大。
4) 超声波在液体、固体中传播衰减很小，穿透能力强，在空气中传播速度较慢；
5) 超声波的辐射特性除了与其振动频率有关外，还与超声波传感器的辐射面积有关。超声波传感器的辐射面积越大，超声波的波束角就越小。
2.1.2 超声测距技术的发展
通常认为，人类历史上首次有效产生高频超声波开始于19世纪80年代的“气哨实验”。发展到20世纪初，一位法国物理学家 PaulLangevin在 1917年利用天然的压电石英制造出首个夹心式超声换能器。随着超声技术的发展，后来又有了大功率的磁致伸缩换能器和各种用途不一的超声波换能器。随着材料科学的进步，传统的超声波换能器也从天然的压电石英发展到压电陶瓷、人工压电单晶和塑料压电薄膜等。它们具有价格低廉、机电耦合系数高以及性能良好等优点。