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基于CAN总线通信的汽车超声波测距仪设计.docx
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基于CAN总线通信的汽车超声波测距仪设计.docx
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摘 要 .....................................................................................................2
关键词 .......................................................................................................3
1.超声波测距的工作原理与方式 ............................................................3
1.1 工作原理 .............................................................................................3
1.2 工作方式 .......................................................................................4
1.3 超声波传感器的硬件设计 ...........................................................5
1.3.1 发射电路分析 ......................................................................5
1.3.2 接收电路分析 ......................................................................6
2.CAN 总线通信系统设计 .......................................................................8
2.1 超声波测距仪通信系统的总体设计 ...........................................8
2.2 超声波测距仪通信系统节点的硬件设计....................................8
2.3 超声波测距仪通信系统的软件设计 ........................................10
2.3.1.CAN 节点初始化 ................................................................10
2.3.2 信号的发送 ........................................................................11
2.3.3.信号的接收 ........................................................................12
3.总结......................................................................................................13
4.参考文献 ..............................................................................................15
摘 要
随着汽车网络技术和电子信息技术的发展,CAN总线作为一种局
域网控制技术,在汽车上的应用越来越广泛。它不但大大简化了线束,
而且为电控单元之间得信息共享提供了方便得平台。本文在研究了
CAN总线得原理和节点的设计后,以实验室的小车作为研究对象,为
其设计了超声波测距仪作为避障单元:并将CAN总线应用在小车上,
建立了测距系统的局域网,制作了一套相应可靠的运行协议,实现了
节点间的通信。通过研究,证明了CAN总线在小车引导车上有着很强
的实用性和适用性,为CAN总线在其它领域的应用做出了一些有益的
探索。
关键词
CAN 总线 控制 超声波 测距仪 通信
1.超声波测距的工作原理与方式
1.1 工作原理
超声波的发展历史大概有100年左右。由于它具有许多独特的
优点,因此在其发现不久就得到了许多应用,并迅速地发展成为一门
新兴的边缘学科一超声学
首先,在理想的条件下,即忽略声速随温度、空气密度、湿度
等的变化,我们再来拷问关于超声波测距的原理。传统的讲,超声波
是指频率大于20KHz得机械波。为了以超声波作为检测手段,必须产
生超声波和接收超声波。完成这种功能得装置就是超声波传感器,习
惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收
器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波得双重作用。超声
波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射
超声波的时候,将电能转换成超声波,发射超声波;而在收到回波的
时候,则将超声振动转换成电信号。
1.2 工作方式
经过图书馆查资料得知,利用超声波测距主要有三种测距方法:1)
声波幅值检测法,声波幅值检测法易受反射波得影响;
2) 相位检测法,相位检测法虽然精度高,但检测范围有限;
3)渡越时间检测法,渡越时间检测法的工作方式简单,直观,在硬件
控制和软件设计上都非常容易实现。渡越时间是检测从发射传感器发
射超声波,经气体介质传播到接收传感器的时间。
根据高中所学的声音得反射定律所扩展得方法,采用渡越时间法,
先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历得时间t,再乘以超声
波的传播速度c就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。发射器向被
测对象发送超声波, 由接收器接收并计算出第一个发送和接收得时
间t , 由高中知识可以知道,如果忽略发射器与接收器之间的距离,
则由式s= ct / 2 求出所测距离,可以 式中c为超声波在空气中的速
度,c=340m/s。在本设计中由于无特殊精度要求, 忽略声速随温度、
空气密度、湿度等得变化。
s= ct / 2
图 1 用渡越时间法测距
1.3 超声波传感器的硬件设计
1.3.1 发射电路分析
的超声波脉冲。
发送信号
接受信号
障
碍
物
体
1.3.2 接收电路分析
超声波得接收传感器采用与发射传感器配对的UCM40R,将由发射
传感器发出的经反射后得超声波脉冲转变为微弱得交流信号,送红外
检波接收集成模块CX20106A的1脚。CX20106A是日本索尼公司产品,
单列直插封装、内置放大限幅、带通滤波、检波、积分、整形模块,
具有选频功能,CX20106A 内部设计载波频率f=38kHz,当其输入信号
大于25mV时,输出端7脚由高电平跳变为低电平,将其作为单片机的
扫描接收信号,送至单片机P1.3口,以启动距离计算子程序。如图
所示。
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