电动代步车用超声波测距系统的研制

    0 引 言

    电动代步车是为老年人、残疾人等行动不便者提供的一种较理想的代步工具, 也是近年来电动车市场发展的一个分支, 在欧美等发达国家的普及率已经很高。在国内, 虽然相关研究刚刚起步, 但随着我国人口老龄化的加剧, 电动代步车也具有很大的市场空间,发展潜力不容忽视。超声波测距[1]是广泛应用在汽车上的一种雷达测距方式, 它的价格便宜, 在5 m的测距范围内精度很高。在电动代步车前后安装倒车雷达,当操作者驾驶代步车前进或者后退遇到障碍物或行人时, 控制系统会根据超声波所测距离的大小来驱动电机使电动代步车作出刹车或减速等动作, 这样会减小由于行动不便者遇到潜在危险反应缓慢而造成事故的概率。本系统采用Microchip公司的PIC16F73[2]单片机作为超声波测距的核心, 通过RS232串口将所测距离数据发送给代步车控制系统来对数据进行处理。

    1 超声波测距原理

    超声波是频率高于20 kHz的声波, 它的指向性很好, 能量集中, 穿透性好, 而且经过反射后, 能量损失比较小。超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。当它的两极外加脉冲信号, 且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时, 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, 如果两极间未加外电压, 当共振板接收到超声波时, 就成为超声波接收器。超声波测距一般有两种方法: 1) 取输出脉冲的平均电压值, 该电压与距离成正比, 测量电压即可测量距离; 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, 根据被测距离 s=vt/2 来得到测量距离, 由于超声波速度( 也就是声速) 与温度有关, 所以如果温度变化比较大, 应通过测量温度来补偿速度的方法加以校正。本测量系统采用第二种方法。

    2 关键元器件介绍

    2.1 LM567

    LM567[3]是一种常见的低价解码集成电路, 号称“频率继电器”, 其内部结构如图1, 包含了两个鉴相器、大器、电压控制振荡器VCO等单元。其典型的应用电路如图2。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生, 电压控制振荡器的自由振荡频率 (即无外加控制电压时的振荡频率) 与脚5、6外接定时元件R1R2的关系式为: fo≈1/1.1R1C1选用适当的定时元件,可使LM567的振荡频率在0.01~500 kHz内连续变化,用作测距的超声波频率一般在40 kHz左右, 正好落在LM567可捕捉的范围内, 完全可用它作为超声波检测。脚 1、2外接滤波电容C2、C3。

    LM567一般作为锁相环路解码器, 即当从脚 3输入的信号的频率在附近的带宽BW范围内时信号被捕捉到, 从输出脚 8 输出低电平(未捕捉时为高电平)。带宽BW可由下式计算:BW =1 070(ui/f0C2)1/2.式中:ui为输入信号的有效值, C2为滤波电容 (单位为μF), 调节它可调节带宽。