基于超聲波測距的二維倒車雷達系統(tǒng)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，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(shù)字溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)對環(huán)境溫度測量，根據(jù)測得的溫度對聲速進行校正，以減小環(huán)境溫度對聲速的影響。DS18B20所構(gòu)成的溫度補償電路具有體積小、電路簡單、測量精度高等優(yōu)點，只需連接到單片機的一個I/O端口就能實現(xiàn)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(nèi)的精度可達±0.5 ℃。

2.4 智能語音報警模塊設計

采用NV020多功能語音芯片作為語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(nèi)建16位D/A音頻輸出，自帶內(nèi)部濾波音頻功放，可以直接驅(qū)動8 Ω/0.5 W的揚聲器，具有高音質(zhì)、低噪聲的特點，可構(gòu)成按鍵控制模式、一線串口連接以及三線串口連接3種工作方式。使用時，只需通過單片機尋址所存儲的提示語音即可實現(xiàn)調(diào)用播放，發(fā)送不同命令碼可實現(xiàn)音量調(diào)節(jié)、語音播放、暫停等功能。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計以Keil C51為集成開發(fā)環(huán)境，采用C語言模塊化方式進行系統(tǒng)應用程序編寫，軟件流程如圖5所示。

汽車掛倒檔時系統(tǒng)上電，首先完成單片機、超聲波測距模塊、數(shù)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)境溫度進行實時采集以實現(xiàn)聲速校正。然后超聲波水平測距模塊檢測與車后障礙物的水平距離，當檢測到的水平距離小于系統(tǒng)所設定的安全距離時，立即啟動水平距離提示語音，提醒駕駛?cè)藛T立即停止繼續(xù)倒車。

同時，超聲波地面監(jiān)測模塊測量汽車尾部與地面成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，則判斷語音報警模塊是否正在播放水平距離提示報警語音，若符合判斷，則立即停止水平提示報警語音的播放改為進行地面監(jiān)測語音報警，否則直接進行地面監(jiān)測語音報警。若沒有發(fā)生突變，則不進行語音報警提示，而將所檢測到的倒車時的水平與地面距離顯示在LCD顯示屏上，以便駕駛?cè)藛T獲取相關的實時數(shù)據(jù)，提高倒車的安全性。

4 實驗測試

系統(tǒng)性能實驗測試，包括水平測距與地面監(jiān)測兩大部分。系統(tǒng)水平測距的實驗數(shù)據(jù)如表1所列。其中，實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(tǒng)中的LCD顯示值。由表1可知，系統(tǒng)可在3～400 cm實現(xiàn)水平距離準確測量測距，最大誤差僅為1.10%，滿足倒車需求。

同時，經(jīng)過多次測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)均可及時監(jiān)測出所設定的10 cm以上的凸起及凹坑，并給出相應提示語音警報，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

結(jié)語

通過斜面測距理論分析以及相關實驗可知，地面監(jiān)測模塊方向與地面夾角為60°時，滿足系統(tǒng)的精準性和實時性要求。

實際運行測試結(jié)果表明：結(jié)合所設計的溫度補償算法，系統(tǒng)可實現(xiàn)水平精確測距、地面凸起或凹坑的精準識別以及提示語音警報，且可在LCD屏上實時顯示水平與地面監(jiān)測距離。與傳統(tǒng)的一維倒車雷達系統(tǒng)相比，提高了倒車安全性，且該系統(tǒng)設計思路同樣適用于盲人導航、機器人定位等場合，具有較高的實際應用價值。