装甲车辆防撞预警系统设计

超声测距从原理上可分为共振式和脉冲反射式两种。由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（S），即S=C×t/2，式中，C为超声波音速，由于超声波也是声波，故C即为音速。

　　声速与现场温度的经验公式：C＝331.5＋0.607T。只要测得超声波发射和接收回波的时间差t以及现场温度T，就可以精确计算出从发射点到障碍物的距离。

　　可以看出超声波测距系统的主要部分有：

　　（1）供应电能的脉冲发生器（发射电路）；

　　（2）使接收和发射隔离的开关部分；

　　（3）转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器；

　　（4）接收反射声能（回波）和转换声能为电信号的接收传感器；

　　（5）接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录设备；

　　（6）记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。

　　在超声波测量系统中，频率取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用40KHz的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，因此具有很高的抗干扰性能。

　　距离测量系统常用频率范围为25KHz~300KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，有时分开使用。发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；收/发隔离则使接收装置避开强大的发射信号；记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。

　　系统的总体结构

　　设计本系统的主要目的是定位并显示附近车辆位置，测量车距，危险时发出警报。

　　根据实际的功能需求，将系统的整体设计分成探测系统和数据处理系统两个部分，其基本原理如图1所示。其中，探测系统主要包括GPS模块、超声波测距模块、无线模块、电源模块、主控电路和通信接口；数据处理系统主要包括显示模块、报警模块、电源模块和主控电路。

　　传感器、GPS和无线模块的选择

　　（1）超声波传感器的选择

　　超声波传感器采用美国SensComp公司的Sens600系列智能超声波传感器，Sens600是基于超灵敏测距模块6500的增强型静电传感器系列，集发送、接收于一体，新的电压控制电路使传感器可工作在6V～24V 直流电源下，测量范围0.15m～10.7m，可外部触发或内部触发，封装较小，终端引脚连接方便。由于超声波传感器接收到回波信号时，输出高电平，因此需在回波输出端连接反相器至单片机外部中断口，以便即时响应。另外，在超声波传感器开口端面增加喇叭状套筒设计，以限制和减少偏离发射轴中心较大的发射波和接收波，在一定程度上增强了抗干扰能力。

　　（2）温度传感器的选择

　　目前存在的温度传感器主要分为两种类型，即数字温度传感器和模拟式温度传感器。

　　数字温度传感器测量温度是将温度值直接转化为数字值输出。数字温度传感器具有以下的优点：①具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；②抗干扰能力强，稳定性好；③信号易于处理、传送和自动控制；④便于动态及多路测量，读数直观；⑤安装方便，维护简单，工作可靠性高。

　　结合各种因素考虑，本文选用Dallas半导体公司推出的单线式数字温度传感器DS18B20。

　　（3）GPS的选择

　　智能天线模块包含完整的GPS接收机，带内置天线在快速系统集成应用中，使其具有完全独立的GPS功能，基于这种充分设计的GPS子系统，集成只需要最短的开发时间、最低的开发成本以及最小的开发风险。对GPS智能天线模块的选择主要考虑：①特性（如节能模式和支持SBAS）；②易用性（特别是易配置性）；③定量指标（可测参数），如准确度、启动性能、跟踪灵敏度和功耗；④定性指标，包括由外场测试获得的可预期定位结果。

　　结合各种因素考虑，本文选用Starlight的ZG-P1121U模块。

　　（4）无线模块的选择

无线模块的选择主要考虑以下因素：①传输距离，无线模块的传输距离必须要满足装甲车辆野战