基于超聲波測距的二維倒車(chē)雷達系統設計

2.3 溫度補償模塊設計

超聲波在空氣中以縱波方式傳播，其傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成分的影響，其中溫度對聲速影響較大?？紤]溫度對聲波速度影響時(shí)，聲波在空氣中的傳輸速率為：

V=331.5+0.606T (6)

其中，V為聲速，T為攝氏溫度。

采用美國DALLAS公司數字溫度傳感器DS18B20實(shí)現對環(huán)境溫度測量，根據測得的溫度對聲速進(jìn)行校正，以減小環(huán)境溫度對聲速的影響。DS18B20所構成的溫度補償電路具有體積小、電路簡(jiǎn)單、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，只需連接到單片機的一個(gè)I/O端口就能實(shí)現與單片機之間的雙向通信，測溫范圍為-55～125℃，在-10～85℃溫度范圍內的精度可達±0.5 ℃。

2.4 智能語(yǔ)音報警模塊設計

采用NV020多功能語(yǔ)音芯片作為語(yǔ)音報警模塊的核心元件。該芯片工作電壓范圍為2.7～3.6 V，內建16位D/A音頻輸出，自帶內部濾波音頻功放，可以直接驅動(dòng)8 Ω/0.5 W的揚聲器，具有高音質(zhì)、低噪聲的特點(diǎn)，可構成按鍵控制模式、一線(xiàn)串口連接以及三線(xiàn)串口連接3種工作方式。使用時(shí)，只需通過(guò)單片機尋址所存儲的提示語(yǔ)音即可實(shí)現調用播放，發(fā)送不同命令碼可實(shí)現音量調節、語(yǔ)音播放、暫停等功能。

3 系統軟件設計

系統軟件設計以Keil C51為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C語(yǔ)言模塊化方式進(jìn)行系統應用程序編寫(xiě)，軟件流程如圖5所示。

汽車(chē)掛倒檔時(shí)系統上電，首先完成單片機、超聲波測距模塊、數字溫度傳感器及LCD顯示屏的初始化設置，如具體工作模式、顯示方式等。然后，利用溫度傳感器對當前環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集以實(shí)現聲速校正。然后超聲波水平測距模塊檢測與車(chē)后障礙物的水平距離，當檢測到的水平距離小于系統所設定的安全距離時(shí)，立即啟動(dòng)水平距離提示語(yǔ)音，提醒駕駛人員立即停止繼續倒車(chē)。

同時(shí)，超聲波地面監測模塊測量汽車(chē)尾部與地面成60°處的距離，并判斷該距離是否發(fā)生突變。若檢測到的地面距離發(fā)生突變，則判斷語(yǔ)音報警模塊是否正在播放水平距離提示報警語(yǔ)音，若符合判斷，則立即停止水平提示報警語(yǔ)音的播放改為進(jìn)行地面監測語(yǔ)音報警，否則直接進(jìn)行地面監測語(yǔ)音報警。若沒(méi)有發(fā)生突變，則不進(jìn)行語(yǔ)音報警提示，而將所檢測到的倒車(chē)時(shí)的水平與地面距離顯示在LCD顯示屏上，以便駕駛人員獲取相關(guān)的實(shí)時(shí)數據，提高倒車(chē)的安全性。

4 實(shí)驗測試

系統性能實(shí)驗測試，包括水平測距與地面監測兩大部分。系統水平測距的實(shí)驗數據如表1所列。其中，實(shí)際值為卷尺所測量的超聲波探頭與墻壁之間的距離，測量值為所設計系統中的LCD顯示值。由表1可知，系統可在3～400 cm實(shí)現水平距離準確測量測距，最大誤差僅為1.10%，滿(mǎn)足倒車(chē)需求。

同時(shí)，經(jīng)過(guò)多次測試發(fā)現，系統均可及時(shí)監測出所設定的10 cm以上的凸起及凹坑，并給出相應提示語(yǔ)音警報，系統工作穩定可靠。

結語(yǔ)

通過(guò)斜面測距理論分析以及相關(guān)實(shí)驗可知，地面監測模塊方向與地面夾角為60°時(shí)，滿(mǎn)足系統的精準性和實(shí)時(shí)性要求。

實(shí)際運行測試結果表明：結合所設計的溫度補償算法，系統可實(shí)現水平精確測距、地面凸起或凹坑的精準識別以及提示語(yǔ)音警報，且可在LCD屏上實(shí)時(shí)顯示水平與地面監測距離。與傳統的一維倒車(chē)雷達系統相比，提高了倒車(chē)安全性，且該系統設計思路同樣適用于盲人導航、機器人定位等場(chǎng)合，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。