基于超声波的自动测距系统设计

　　1 引言

　　近年来,随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高,我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤狭窄的地方倒车时,驾驶员既要前瞻,又要后顾,稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统 15%的汽车碰撞事故是因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,研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此,本文设计了以单片机为核心,利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统[1],可有效的解决这一难题。随着科学技术的快速发展,超声波技术在日常生活中的应用越来越广。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,例如:液位、井深、管道长度等场合。但就目前技术水平来说,人们可以具体利用的测距技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来,超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间, 它将朝着更加高定位高精度的方向发展。本文设计的是基于超声波的自动测距仪　　[2],主要用于汽车倒车等场合,可检测到汽车在倒车过程中,车后障碍物与汽车的距离,通过数码管显示出距离障碍物距离,并根据障碍物与车尾距离远近实时发出不同等级的警示声音。无庸置疑,未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨,与其他的测距仪集成和融合,形成多测距仪。在新的世纪里,面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。

　　2 系统总体设计

　　超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求和农业生产等自动化的使用要求。超声波发射器发出的超声波以速度 v 在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由超声波接收器接收,其往返时间为 t,由s=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速 v 与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速[3]。在使用时,如果温度变化不大,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。

　　超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受,根据超声波传播的时间来计算出传播距离[4]。如图1 所示为反射时间法测距原理图,利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离,对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数,我们通过测量回波时间T 利用公式S=C ×(T/2)其中,S 为被测距离、V 为空气中声速、T 为回波时间=T2-T1),T1为超声波发出的时刻,T2 为超声波返回的时刻,可以计算出路程,这种方法不受声波强度的影响。这样可以求出距离:S=C ×(T2-T1)/2。