基于溫度補償的超聲波倒車測距儀的設計

超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，根據超聲波這些特性進行障礙物有效距離的探測已在很多領域得到應用。不過，超聲波在空中傳播速度深受溫度的影響，若不考慮此項因素，測量的精確度很難得到保證。

在這一汽車倒車測距儀的研制中，充分考慮到環境溫度對超聲波傳播速度的影響，通過溫度補償方法予以校正,具有較高的測量精度，并能實時顯示及語音播報車后障礙物距離,讓司機視聽結合，更加人性化。整機電路具有結構簡單、工作穩定可靠、測量誤差小等特點。

超聲波倒車測距儀整機電路
本系統整機電路采用單片機AT89S52做主控單元，其他部分包括超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、DS18B20溫度補償模塊、液晶顯示模塊、語音播報模塊等。整機框架如圖1所示。

圖1 系統框架

1 超聲波發射模塊??
采用NE555芯片產生40kHz的振蕩方波，單片機通過NE555復位端來控制超聲波的發送。由于NE555最大能夠產生200mA的輸出電流，發射信號功率有限，需經NE5532AF構成的功率放大電路后，產生足夠的功率推動超聲波的發射，這樣才能滿足發射距離的要求。超聲波發生電路如圖2所示，功率放大電路如圖3所示。

圖2 超聲波發生器

圖3 功率放大電路

2 超聲波接收模塊
采用LM567鎖相環電路，當接收信號在LM567的鎖定頻率范圍內時，LM567的輸出端會從高電平跳變為低電平，此信號作為單片機的中斷信號，從而超聲波從發射到接收的時間差即可得到準確測量。根據公式S=V*T/2即可得到所測距離。超聲波檢測電路如圖4所示。

圖4 超聲波檢測電路

3 溫度補償模塊
目前, 大多數溫度測控系統在進行溫度檢測時, 都是用溫度傳感器將溫度轉化為電量后, 經調理電路, 由ADC轉換成數字量進行后續處理。這種電路結構復雜、調試煩瑣、精度易受元器件參數的影響。

本設計中采用溫度傳感器DS18B20模塊，該傳感器自帶模數轉換可直接使用。因其外部電路簡單，溫度測量準確度高。

4 液晶顯示模塊
采用液晶LCD12864用來顯示測距信息，內容方便直觀，而且可以顯示相關提示信息，更加人性化。

5 語音播報模塊
采用數碼語音芯片ISD2560做語音錄放部分。此芯片錄放時間長達60s，可實現語音的分段錄取、組合回放和循環播放，而且不必使用專門的ISD語音開發設備。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術，省去了ADC和DAC。每個采樣值直接存儲在片內單個EEPROM單元中，因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。另外，ISD2560控制電平與TTL電平兼容，接口簡單、使用方便。語音播報電路如圖5所示。

圖5 語音播報電路

軟件設計
軟件設計非常重要，它是系統的中樞，影響著整機性能的優劣。本超聲波測距儀軟件流程如圖6所示。

?????圖6 超聲波測距軟件流程

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超聲波倒車測距儀功能效果

1 溫度補償作用
超聲波在空氣中傳播的速度受溫度的影響很大，為了得到更精確的測量結果，本系統采用了溫度補償的方法。用高精度的溫度傳感器DS18B20測得環境溫度，通過軟件編程查表的方法得到超聲波實際的傳播速度，再由單片機計算出精確的距離。

2 測距大小及精度
通過實踐驗證，超聲波測距達到8m，精確度達到0.01m。并且根據車后障礙物距離大小劃分成“安全距離”、“保持距離”、“危險距離”三等級提示。

3 液晶顯示功能
液晶12864在倒車測距語音系統中用于顯示文字和相關信息。系統上電后在液晶上分行顯示：第一行顯示：倒車測距語音系統；第二行顯示：離目標余：×點××米；第三行顯示：狀態：××距離；第四行顯示：環境溫度：××.××××C。（×為系統上電后自行測量得的數據，C為溫度的符號）。這樣顯示使用戶清楚的知道自己目前所處的位置和安全程度，從而知道如何下一步的操作。

4 語音播報提示
ISD2560是一個性價比較高的語音錄放芯片，其可尋址錄放功能是其他語音芯片無法比擬的。把要讀的字連續的錄于其中，要讀測得的距離時，直接從語音段上把各個字取下來，然后進行播放，很好的實現了語音播報功能。
　　
結束語
本系統解決了溫度變化帶來超聲波測距精度不高以及距離不遠等問題。此外，整機系統智能化，具有語音播報提示和液晶屏顯示功能，體現人性化，使用起來非常方便。這一系統可以安裝在各種汽車尾部，用于倒車監測車后障礙物情況，功能良好，效果顯著。