标记车辆超声波测距系统设计外文翻译资料

 2022-05-31 22:08:26

标记车辆超声波测距系统设计

关键词：超声波; 标记; 车辆
摘要：在本文中，作者设计了用于标记车辆的超声波测距系统。该系统由超声波模块，DSP，温度补偿模块，LCD和键盘组成，采用LM1812来发送和接收超声波信息。数字信号处理器TMS320LF2407用于控制超声波系统，选择和处理数据，基于超声波的反射时间来计算道路载客车辆与参考目标之间的距离，从而确定车辆的准确位置。模拟试验表明，超声波测距系统的测量范围为60〜700cm，超声波测距系统的测量误差在100〜500cm范围内较小。
1.简介
道路标线是检查和评价公路工程质量的重要指标之一，对于控制和指导交通，保障交通和人身安全，减少交通事故等都起着至关重要的作用。根据英国调查的统计数据，在已经标有标线的公路路段内,事故发生率可能会下降75％。 按照中国“公路工程质量检验评定标准” 的规定，已建成的道路应符合相应的标准，其中标志是重要指标之一。

目前，国内高速公路主要以手推式道路标线机和低压空气喷涂为主。由于缺少定位设备，水线应在标记之前放置在高速公路上。在正常情况下，水线设置在速度为15km/h的六人车辆上。在英国和美国等国家，早期开发了专门的高自动打标车辆，他们在这种车辆上建立了传感摄像系统，因此可以通过用计算机自动跟踪以前的旧线路来增加新的涂料，从而提高覆盖精度和工作效率。尽管如此，除了自动化和自主化之外，与手推式道路标线机相比，国外标识车在标识技术方面没有明显优势。目前，国内对标识车的研究主要集中在喷涂系统的探索和开发，即环境温度高压无空气和热熔喷涂系统。在发达国家，由于道路很少建设，因此在道路标线方面的工作相对较少，因此他们对道路标线机器的研究和开发主要集中于旧标识识别技术。很少有关于国内外标记车辆自动定位的研究。
由于高指向性和低能量衰减，超声波通过介质长距离传播并且通常用于对精度要求不高的测距，例如超声波测距仪和水平仪。 超声波测距系统在检测快速/方便，易于实时控制，成本低廉以及在测量精度方面符合一般工业要求的基础上广泛用于一般工业。目前的研究旨在开发基于超声波测距的车辆定位系统。在标记车辆运动过程中，利用超声波测距系统精确确定参考物体相对于护栏的相对位置，为道路标线的准确高效喷涂提供技术支持。
2.超声波测距原理
超声波测距采用“脉冲回波法”，包括集成式和分离式接收 - 发射测距系统，其中后者如图1所示。由于超声波以相对稳定的速度通过均匀介质传播，随着声波的频率而变化，距离可以通过将发送超声波之后接收回声的时间成本乘以声速来测量。


图1超声波测距原理示意图

3.超声波测距系统的设计
超声波测距系统的整体结构如图2所示：

图2超声波测距系统结构

该系统由超声波测距模块，DSP，温度补偿模块，LCD和键盘组成。在DSP的控制下传输超声波并获取数据，测量标记车辆相对于高速公路护栏的位置并确定车辆与预定标记轨道的偏差。然后，发出相应的命令，命令步进电机进行适当的运动，并驱动标记喷嘴移动以跟踪标记轨迹。此外，使用温度补偿模块测量工作环境的温度以补偿声速，并且通过LCD显示系统的操作状态，而初始参数由键盘设置。

3.1系统硬件设计
3.1.1超声波发射和接收电路
超声波测距模块采用超声波专用芯片LM1812作为超声波收发通用集成器件，价格低廉，性能卓越。该芯片内部装有用于脉冲调制的C类振荡器，高增益接收器，脉冲调制检测器和噪声抑制器等。
3.1.2 DSP模块
该测距系统主要用于确定行驶车辆的相对位置，并对信号进行反馈以控制步进电机和标记喷嘴，因此对实时性有较高的要求。 因此， TMS320LF2407单片数字处理器（由德州仪器公司提供）被用作控制系统。 专为支持对数字操作要求高的高速控制和应用而设计，它是一款可靠且价格便宜的信号处理器，它将高速控制器的灵活性与阵列处理器的数字处理能力相结合。
3.1.3温度补偿电路
温度对超声波测距精度有一定的影响。 为了满足系统的精度要求，有必要测量和补偿温度。因此，使用美国半导体公司DALLAS制造的DS18B20单线数字温度传感器测量温度。另外还设计了DS18B20和DSP的温度补偿电路和温度补偿电路。
3.1.4液晶显示
LCD用于显示整个系统的信息，主要包括系统运行状态，待测量距离，喷涂量和当前温度。通过键盘控制，它仍然可以显示设置距离，测量距离和温度等。 由于只需要显示少量信息，所以选择了显示2行times;8字符，日立驱动的HD44780U和4/8位PPI的字符型LCD。
3.1.5电力系统和复位电路
目前，汽车电源主要为12V。超声波测距模块施加12V的电压，可直接用作蓄电池的引线。外围电路中的电压应为5V，DSP中为3.3V，因此需要进行电平转换。在这个系统中，蓄电池的电压由汽车外部电路的78L05从12V变为5V。 然后，它由TPS76733芯片从5V转换为3.3V，用于DSP。

另外，由TPS76733芯片的8号线领导的RS1与DSP的RS连接。增加了一个看门狗复位电路用于复位。
3.2系统软件设计
DSP的软件主要负责信号的采集，处理，存储和控制。软件的功能设计主要包括四个模块：
(1) 系统初始化模块，用于设置初始参数。
(2) 数据采集模块，用于发送和采集信号。
(3) 数据处理模块，用于处理关于温度和超声波的数据。
(4) 数据输出模块，用于控制喷嘴的运行状态，并根据具体情况正确地将测量数据传送给电机控制模块。
软件系统的主要任务是通过用键盘设置标记车辆与参考物体（护栏）之间距离的初始值来初始化系统。 接下来，通过发射和接收超声波之间的时间差来计算实际距离。 与设定距离相比，根据标记标准， 0到1cm范围内的数值差异将被视为允许的误差范围。 在这种情况下，系统将被识别为正常工作，打开喷嘴并正常标记线。 如果值差超过100cm，系统将判断错误是由于失踪护栏造成的。 然后，系统暂停喷嘴工作，直到重新测量缺失参考物体的数据才
能恢复正常喷涂。如果数值差异在1厘米到100厘米之间，则意味着偏离车辆运行的结果。 此时，系统会根据偏差值调节电机驱动并输出相应的脉冲数，以便通过步进电机控制喷嘴返回到正确的位置。正常喷涂将重新开始，直到偏差恢复到正常范围。 考虑到在系统运行期间温度在短时间内不会剧烈变化，温度数据每隔一到两个小时由系统获取。
4.模拟测试
为了确定系统的测量范围和精度，选择了一个850cmtimes;700cm（高times;宽）壁，探头竖立200cm高，测量了7个距离，包括100cm，200cm，300cm，400cm，500cm，600cm和700cm。 测试结果显示，在超过600厘米处，计算出的平均值非常接近实际值。当被测距离逐渐增加到700cm时，系统可以任意接收正常信号，测量数据基本正确。因此，普通超声波探头的测量范围从0.6m到0.7m不等。

从模拟测试可知，当测距小于100cm，超过500cm时，测距系统的测量误差相对较高，中距测量距离为100〜500cm时效果较好。
5.结论
(1)基于DSP控制的超声波测距系统具有良好的实时性，可以满足标定车辆测距定位的需要。
(2)这种超声波测距系统可以有效测量60至700厘米的距离，在100至500厘米的中距离范围内误差更小。

参考文献

[1]CLELAND BS，WALTON D，THOMAS J A.道路标线对循环稳定性的影响[J].安全科学，2005,43：75-89.

[2]何新云，国外道路与交通安全[J].交通运输，1999（1）：24.

[3]李科，林金木.新型路标机的研制[J].湖南交通科技，1995,21（4）：26-29.

[4]吴云亚，阚家荣.振动道路标线机控制系统.盐城工学院学报（自然科学版）[J]，2006，19（4）：31-33.

[5]沈松云.国外打标机[J].工程机械，1998,10：38-39.

基于单片机的液晶显示数字时钟

关键词：单片机; 数码时钟; 液晶显示器

摘要：本次数字时钟的设计基于单片机AT89C52，通过多功能数字时钟的设计思想，对系统的硬件，软件和实现过程进行了描述对每年，对每月，每天的显示进行了设计。时间和秒钟是使用C语言实现的，并通过Proteus软件进行仿真。通过比较实际时钟，我们发现了误差的来源，并确定了调整误差的方法，并且尽可能地减少了误差，因此我们可以实现该系统中实际数字时钟的容许误差范围。

1.介绍

数字时钟已成为人们日常生活中必不可少的用品，广泛应用于个人家庭，办公室等公共场所，给人们的生活，学习，工作，娱乐带来了极大的方便。由于数字集成技术的发展和石英的先进技术的应用，数字时钟具有性能准确，性能稳定，携带方便的特点。数字时钟也用于定时，自动定时和自动控制等领域。基于数字时钟的领先设计方向和单片机技术优势，我们设计了一款具有MCU控制功能的合格液晶显示数字时钟[1-3]。

2.系统硬件设计

2.1系统设计主要思想

数字电子钟的设计有多种方法。例如，我们可以使用中小型集成电路来设计电子钟，我们也可以使用带显示电路的专用芯片及其外围电路来设计电子钟，我们也可以使用单片机来实现电子钟。这些方法具有不同的特点，单片机电子时钟具有灵活性编程，易于扩展电子时钟功能，可以利用电子钟发出控制信号。数字电子钟不仅可以用纯硬件实现，也可以是硬件和软件实现的组合，根据电子钟的核心部件 - 第二信号产生原理，通常有三种形式。

（1）利用NE555时基电路或其他振荡电路产生一个脉冲信号，作为第二加法器电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，它可以采用数字电子钟的形式。

（2）采用石英钟作时钟芯片设计数字电子钟，具有简单，精度高的特点.

（3）利用微处理器的智能，可以方便地实现智能数字电子钟。由于微处理器内部有一个时钟振荡系统，数字电子时钟功能可以通过带有微处理器时钟定时器/计数器的系统来实现。虽然系统时钟有误差，但数字电子钟的误差累积也可能较大，可通过纠错软件修改数字电子钟。

本文中，数字电子钟的设计是采用第三种形式。

该系统主要以AT89C52芯片和LCD显示器为硬件核心设计，并与必要的电路相结合，构成了单片电子钟[4-5]。同时通过LCD显示屏实现日期和时间显示，日期显示为：年 - 月 - 日; 时间显示为：时分秒。

2.2系统的硬件电路设计

根据设计思想，系统硬件电路可以主要分为三个模块来实现。

（1）单片机的复位电路

单片机复位是为了使CPU和系统的其他功能部件被定义为初始状态，并从该状态开始工作，如复位后PC = 0000H，芯片从第一单元取指令。单片机必须重新设置电源或故障，所以我们必须清楚地了解MGS-51型微机复位条件，复杂电路和复位状态。

（2）单片机的时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作的时钟信号。时序是研究信号之间指令执行的关系。单片机本身就像一个复杂的同步时序电路，为了保证同步，电路应该只控制在指定的时钟信号上，这是严格按照继承工作的规定。

（3）显示器的接口电路和单片机

它通常在89系列单片机的应用中进行信息显示，而LED或LCD主要用于显示设备。对于LED和LCD设备，其接口是不同的。由于LED通常需要大电流，并且显示器大多是7段数字显示器。在显示时，

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