2.3 溫度補(bǔ)償模塊設(shè)計(jì)

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(duì)聲速影響較大?？紤]溫度對(duì)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(guó)DALLAS公司數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量，根據(jù)測(cè)得的溫度對(duì)聲速進(jìn)行校正，以減小環(huán)境溫度對(duì)聲速的影響。DS18B20所構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路具有體積小、電路簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，只需連接到單片機(jī)的一個(gè)I/O端口就能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的雙向通信，測(cè)溫范圍為-55～125℃，在-10～85℃溫度范圍內(nèi)的精度可達(dá)±0.5 ℃。

2.4 智能語(yǔ)音報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

采用NV020多功能語(yǔ)音芯片作為語(yǔ)音報(bào)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(dòng)8 Ω/0.5 W的揚(yáng)聲器，具有高音質(zhì)、低噪聲的特點(diǎn)，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(shí)，只需通過(guò)單片機(jī)尋址所存儲(chǔ)的提示語(yǔ)音即可實(shí)現(xiàn)調(diào)用播放，發(fā)送不同命令碼可實(shí)現(xiàn)音量調(diào)節(jié)、語(yǔ)音播放、暫停等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(tǒng)應(yīng)用程序編寫，軟件流程如圖5所示。

汽車掛倒檔時(shí)系統(tǒng)上電，首先完成單片機(jī)、超聲波測(cè)距模塊、數(shù)字溫度傳感器及LCD顯示屏的初始化設(shè)置，如具體工作模式、顯示方式等。然后，利用溫度傳感器對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集以實(shí)現(xiàn)聲速校正。然后超聲波水平測(cè)距模塊檢測(cè)與車后障礙物的水平距離，當(dāng)檢測(cè)到的水平距離小于系統(tǒng)所設(shè)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?cè)藛T立即停止繼續(xù)倒車。

同時(shí)，超聲波地面監(jiān)測(cè)模塊測(cè)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(cè)到的地面距離發(fā)生突變，則判斷語(yǔ)音報(bào)警模塊是否正在播放水平距離提示報(bào)警語(yǔ)音，若符合判斷，則立即停止水平提示報(bào)警語(yǔ)音的播放改為進(jìn)行地面監(jiān)測(cè)語(yǔ)音報(bào)警，否則直接進(jìn)行地面監(jiān)測(cè)語(yǔ)音報(bào)警。若沒(méi)有發(fā)生突變，則不進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示，而將所檢測(cè)到的倒車時(shí)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(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高倒車的安全性。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試，包括水平測(cè)距與地面監(jiān)測(cè)兩大部分。系統(tǒng)水平測(cè)距的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。其中，實(shí)際值為卷尺所測(cè)量的超聲波探頭與墻壁之間的距離，測(cè)量值為所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的LCD顯示值。由表1可知，系統(tǒng)可在3～400 cm實(shí)現(xiàn)水平距離準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)距，最大誤差僅為1.10%，滿足倒車需求。

同時(shí)，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)均可及時(shí)監(jiān)測(cè)出所設(shè)定的10 cm以上的凸起及凹坑，并給出相應(yīng)提示語(yǔ)音警報(bào)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)斜面測(cè)距理論分析以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)可知，地面監(jiān)測(cè)模塊方向與地面夾角為60°時(shí)，滿足系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和實(shí)時(shí)性要求。

實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果表明：結(jié)合所設(shè)計(jì)的溫度補(bǔ)償算法，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水平精確測(cè)距、地面凸起或凹坑的精準(zhǔn)識(shí)別以及提示語(yǔ)音警報(bào)，且可在LCD屏上實(shí)時(shí)顯示水平與地面監(jiān)測(cè)距離。與傳統(tǒng)的一維倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)相比，提高了倒車安全性，且該系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路同樣適用于盲人導(dǎo)航、機(jī)器人定位等場(chǎng)合，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。