武裝機(jī)動(dòng)平臺(tái)測(cè)距避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3 測(cè)距避障系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 超聲波發(fā)射電路
超聲波發(fā)射電路如圖3所示。它由超聲波波形產(chǎn)生電路、功率放大電路和發(fā)射控制電路3部分組成。由于4組超聲波傳感器需要實(shí)現(xiàn)功能相同,電路基本一樣,只是控制電路端口改變,因此只對(duì)一組超聲波收發(fā)器的功能實(shí)現(xiàn)作介紹。選單片機(jī)的端口P1.0為控制信號(hào)線,控制觸發(fā)NE555時(shí)基振蕩電路產(chǎn)生頻率為40 kHz的方波信號(hào),其振蕩頻率計(jì)算公式如式(1)所示。

由于發(fā)出的超聲波信號(hào)達(dá)不到用于測(cè)量所需的強(qiáng)度,且隨著測(cè)量距離的增加,超聲波在空氣中的損耗也不斷增加,經(jīng)反射接收到的回波信號(hào)十分微弱,不利于從大量雜信號(hào)中提取出來(lái)。為了提高探測(cè)的準(zhǔn)確性,在超聲波傳感器與NE555輸出端加上電壓放大電路,對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大,提高方波信號(hào)的電壓值及強(qiáng)度,本系統(tǒng)的最大測(cè)距范圍為15 m,由于在軟件設(shè)計(jì)中使用了抗反射波直接被接收的限制,最近測(cè)距范圍為20 cm。
3.2 超聲波接收電路
超聲波接收電路如圖4所示。它由超聲波接收換能器、運(yùn)算放大器、選頻電路及多路選通開(kāi)關(guān)等部分組成。由于回波在接收傳感器經(jīng)壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)是mV級(jí),所以接收到的回波信號(hào)必須經(jīng)放大電路放大后才能由下一級(jí)的選頻檢測(cè)電路處理。放大電路采用MC33202D集成運(yùn)算放大器,第一級(jí)放大100倍,第二級(jí)放大10倍。選頻電路由音頻譯碼器LM567CN實(shí)現(xiàn),其5、6腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部振蕩器的中心頻率fo,fo≈1/(1.1R1C1)。當(dāng)Input端接收到的信號(hào)中有接近LM567設(shè)定的頻率且具有一定幅值的回波時(shí),LM567的輸出引腳OUTPUT
由高電平變?yōu)榈碗娖剑说碗娖叫盘?hào)被連接到STC12C5412AD單片機(jī)的INT0引腳觸發(fā)中斷。STC12C5412AD單片機(jī)在發(fā)射超聲波時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器,
在中斷產(chǎn)生時(shí)關(guān)閉定時(shí)器,從而得到超聲波傳播的時(shí)間△t,計(jì)算武裝機(jī)動(dòng)平臺(tái)與障礙物的距離。
3.3 溫度測(cè)量電路
超聲波在空氣中傳播時(shí),大氣壓力、空氣的溫度、濕度等都影響其速度,其中空氣的溫度對(duì)超聲波聲速影響最大。為了得到更準(zhǔn)確的超聲波聲速,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫度檢測(cè)部分對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè),以提高超聲測(cè)距精度。測(cè)量環(huán)境溫度時(shí),直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,可以提高系統(tǒng)的抗干擾性。為此,本系統(tǒng)采用了DS18B20溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其溫度測(cè)量范圍為-55~125℃,測(cè)量分辨率為0.5℃,微處理器接口簡(jiǎn)單,輸出為溫度值的9位(二進(jìn)制)數(shù)據(jù)讀數(shù)??煞?br />便地實(shí)現(xiàn)超聲波聲速的溫度補(bǔ)償,從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。
評(píng)論