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倒车防撞语音播报系统 系统设计任务要求 超声波测距原理 超声波测距精度分析 系统总体框图 单片机选择 发射接受模块选择 显示器件选择 语音芯片选择 参考文献 设计任务要求 1、有距离显示、有语音播报、蜂鸣器提示。当与障碍物小于1.5米开始发出提示报警声，测量距离小于0.5米时蜂鸣器发出急促的警报声2、感应角度：不小于15度 3、测量误差控制在8%以内 4、盲点：多放几个，形成交叉，可解决盲点问题 系统总体框图 根据设计任务要求，系统主要由51单片机、液晶显示、语音播报、超声波测距电路、晶振电路和复位电路组成。 超声波测距原理 超声波是一种频率超过20KHz的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性:反射、折射、干涉、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面超声波的大部分能量会反射 。 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。 超声波测距精度分析 温度对声速的影响 在超声波测距系统中，环境温度对声速的影响最大，从超声波声速经验公式 C= 331.45+0.607T 可以看出，在 0～40时，声速变化范围为 331.4m/s～354.85m/s。以超声波在 20的室温条件下的声速 343.32m/s 为基准，其变化率为 6.83%[8]。所以温度的影响不能忽略不计，必须要对温度进行测量和补偿，以避免温度对测量精度的影响。声速与环境温度T()的关系如下所示: C=331.4+0.607×T 在使用时，如果温度变化不大，声速基本不变。如果测距精度要求很高，当需要精确确定超声波传播速度时，必须考虑温度的影响，通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只有测得超声波的往返时间，即可求得距离。 超声波测距原理 在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：① 取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；② 测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S= vt/2。本测量电路采用第二种方案。 由于超 声波 的声速 与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变 。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。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 超声波测距精度分析 回波检测对时间的影响 超声波从超声传感器发出，在空气中传播，遇到被测物反射后，再传回超声传感器。整个过程，超声波会有很大的衰减。其衰减遵循指数规律。 超声波频率越高，其衰减越快。同时超声波频率的过高会产生较多的副瓣，引起近场区的干涉。但是，超声波频率越高，指向性越强，这一点有利于测量精度提高。由于超声回波随距离的增加而变得十分微弱，所以在设计超声接收电路时，要设计较大放大倍数(万倍级)和较好滤波特性的放大电路，使回波易于检测。 超声波测距精度分析 发射和反射之间夹角对测距的影响 单片机选择 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 单片机选择 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 发射、接受模块选择 方案一：来自单片机的信号触发NE555定时器电路产生频率为40kHz左右方波信号,经过CD4069六非门反相器进行功率放大,驱动超声波发射传感器发射超声波。采用74LS系列芯片组成超声波接收电路，该电路由滤波电路、两级放大电路、门限电路组成。 方案二：超声波的发射电路主要驱动74LS04及超声波发生器组成