基于單片機(jī)得倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 緒 論 </b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關(guān)注的問題。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有

2、誤差，視線模糊等原因造成倒車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來的許多麻煩，有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生，倒車?yán)走_(dá)的加裝可以解決駕駛?cè)藛T后顧之憂，大大降低倒車事故的發(fā)生。 超聲波倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和啟

3、動車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷,提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)生超聲波，然后通過反射回來的超聲波判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p>&l

4、t;p>　　一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于1876年F.Galton的氣哨實(shí)驗(yàn)，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。在之后的三十年中，超聲波仍然是一個(gè)鮮為人知的東西，由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響。在第一次世界大戰(zhàn)中，對超聲波的研究逐漸受到重視。法國人Langevin使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對低頻的超聲波。他提出的這種方法可以用來檢測水中是否存在潛艇并進(jìn)行水下通信。</p>

5、<p>　　1929年，Sokolov首先提出用超聲波探查金屬物內(nèi)部缺陷的建議。相隔2年，1931年Mulhauser獲準(zhǔn)一項(xiàng)關(guān)于超聲檢測方法的德國專利，不過他并未做更多的工作。4年之后，1934年sokolov首次發(fā)表了關(guān)于在液體槽子里用穿透法作實(shí)物試驗(yàn)的結(jié)果，他用了各種方法做了實(shí)驗(yàn)，用來檢測穿過試件的超聲能量，其中之一是用簡單的光學(xué)方法觀察液體表面由超聲波形成的波紋。德國人Bergrnann在他的論著《ULTRASONI

6、C》中，詳細(xì)的論述了有關(guān)超聲波的大量早期資料，該論著一直被認(rèn)為是該領(lǐng)域的經(jīng)典之作。</p><p>　　美國的Firestone首次介紹了脈沖回波探傷儀，使超聲波檢測技術(shù)發(fā)展到了更重要的階段。在各種系統(tǒng)中，這是最成功的一種，因?yàn)樗凶顝V泛的通用性，其檢測結(jié)果也最容易解釋。這種方法除可用于手工檢測外，還可與采用先進(jìn)技術(shù)的自動系統(tǒng)聯(lián)用，自第一種脈沖回波儀器問世以來，根據(jù)相同的原理，有無數(shù)種其他儀器得到了發(fā)展，并有許多

7、改進(jìn)和精化。目前，在超聲無損檢測中，脈沖回波系統(tǒng)仍是使用最為廣泛的一種。</p><p>　　八十年代后期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能。目前國內(nèi)也相繼出現(xiàn)了各類數(shù)字化超聲波測距設(shè)備，并已成為超聲波檢測的發(fā)展方向。廈門大學(xué)的某位學(xué)者研究了一種回波輪廓分析法。該方法在測距中通過兩次探測求取回波包絡(luò)曲線來得到回波的起點(diǎn)，通過這樣處理后超聲波傳播時(shí)間的精度得到了很大的提高。

8、另外，也有大量的文獻(xiàn)研究采用數(shù)字信號處理技術(shù)和小波變換理論來提高傳輸時(shí)間的精度。這些處理方法都取得了較好的效果。</p><p>　　目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字式超聲波測距系統(tǒng)的發(fā)展速度很快。國內(nèi)近幾年也相繼出現(xiàn)了許多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。隨著測距技術(shù)研究的不斷深入，對超聲測距系統(tǒng)功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲測距系統(tǒng)會帶來較大的測試誤差。進(jìn)一步要求以后生產(chǎn)的超聲測距儀能夠具有

9、雙顯及內(nèi)帶有單板機(jī)的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的 2000A 型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的

10、測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及有關(guān)程序的開發(fā)。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計(jì)新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計(jì)上有重大突破和創(chuàng)新，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。</p><p>　　1.3 課題研究內(nèi)容</p><p>　　本文介紹基于單片機(jī)控制的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，由單片機(jī)控制，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時(shí)間，利用聲波在空氣中的傳輸速度，從而得到實(shí)測距離。再根據(jù)障礙物與車尾的距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警報(bào)。研究內(nèi)容主要包括三部分

11、：硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試。</p><p>　　1．硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：</p><p>　?。?）單片機(jī)系統(tǒng)電路</p><p><b>　　（2）顯示電路</b></p><p>　?。?）超聲波發(fā)射電路</p><p>　　（4）超聲波接受電路</p>&l

12、t;p>　　2．軟件程序設(shè)計(jì)主要包括：</p><p>　　主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程序以及顯示子程序等；</p><p>　　3．選擇器件、焊接電路及運(yùn)行調(diào)試主要包括：</p><p>　　超聲波發(fā)射與接收調(diào)試、顯示調(diào)試及總體系統(tǒng)調(diào)試等。</p><p>　　2 超聲波測距原理</p><p>

13、;　　2.1 超聲波傳感器介紹</p><p>　　超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)用。<

14、;/p><p>　　超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中

15、采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。</p><p>　　壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以外力，則由

16、于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。</p><p>　　傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般

17、采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會使其產(chǎn)生機(jī)

18、械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 壓電式超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振

19、動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。</p><p>　　壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制

20、成各種頻率的超聲傳感器。</p><p>　　超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。</p><p>　　2.2 超聲波傳感器的特性<

21、;/p><p>　　超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性。</p><p>　　一、頻率特性, 圖 2.2是超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線。</p><p>　　圖2.2 超聲發(fā)射傳感器頻率特性</p><p>　　其中，f0＝40KHz 為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在 f0處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說在 f0處所產(chǎn)生

22、的超聲聲壓能級最高。而在 f0兩側(cè)，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 f0的交流電壓來激勵(lì)。</p><p>　　另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在 f0處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 f0處接收靈敏度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻R 也有很大關(guān)系，如果R很大，頻率特性是尖

23、銳共振的，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。如果 R較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時(shí)靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。</p><p><b>　　二、指向特性</b></p><p>　　實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成一個(gè)振蕩

24、源，輻射出一個(gè)半球面波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。</p><p>　　2.3 超聲波測距的原理以及實(shí)現(xiàn)</p><p>　　超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于應(yīng)用要求限定，在這里使用脈沖反射式，即利用超聲的反射特性。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始

25、計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就停止計(jì)時(shí)。原理如圖2.3所示。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為 C=340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(S)，即：</p><p>　　S=C*t/2=C*t0 （2.1）</p><p>　　圖2.3 超聲波測距原理

26、</p><p>　　其中，t0=（T1+T2）/2，t0就是所謂的渡越時(shí)間。</p><p>　　在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。故在超聲波測量中，常使用 40KHz 的超聲波。目前超聲波測量的距離一般為幾米到幾十米，是一種適合室內(nèi)測量的方式。由于超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。</p>

27、<p>　　距離測量系統(tǒng)常用的頻率范圍為 25KHz～300KHz 的脈沖壓力波，發(fā)射和接收的傳感器有時(shí)共用一個(gè)，或者兩個(gè)是分開使用的。發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負(fù)責(zé)向傳感器輸出一個(gè)有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去；接收放大器用于放大回聲信號以便記錄，同時(shí)為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號，接收放大器要有足夠的頻帶寬度；收/發(fā)隔離則使接收裝置避開強(qiáng)大的發(fā)射信號；記錄/控制部分啟動或關(guān)閉

28、發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時(shí)及接收的瞬時(shí)，并將時(shí)差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記錄。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　汽車防撞報(bào)警電路系統(tǒng)由單片機(jī)及外圍電路、超聲波發(fā)射部分、超聲波接收部分、數(shù)據(jù)顯示部分構(gòu)成，加報(bào)警電路以此構(gòu)成倒車?yán)走_(dá)。系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖3.

29、1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選擇合適的系統(tǒng)核心器件就成為能否成功完成設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵，而作為控制系統(tǒng)核心的單片機(jī)的選擇更是重中之重。目前各半導(dǎo)體公司、電氣商都向市場上推出了形形色色的單片

30、機(jī)，并提供了良好的開發(fā)環(huán)境。一般來說，選擇單片機(jī)需要考慮以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1．單片機(jī)的基本性能參數(shù)。例如指令執(zhí)行速度、程序存儲器容量、I/O引腳數(shù)量等。</p><p>　　2．單片機(jī)的存儲介質(zhì)。對于程序存儲器來說，F(xiàn)lash存儲器和OTP（一次性可編程）存儲器相比較，最好是Flash存儲器。</p><p>　　3．芯片的封裝形式。如DIP（雙列

31、直插）封裝，PLCC（PLCC有對應(yīng)插座）封裝及表面貼附等。</p><p>　　4．芯片的功耗。比如設(shè)計(jì)并口加密狗時(shí)，信號線取電只能提供幾毫安的電流，選用STC單片機(jī)就是因?yàn)樗軡M足低功耗的要求。</p><p>　　5．供貨渠道是否暢通、價(jià)格是否低廉。</p><p>　　6．芯片保密性能好、單片機(jī)的抗干擾性能好。</p><p>　　綜

32、合考慮以上因素，選擇STC89C52作為本系統(tǒng)的控制部件。</p><p>　　3.2.2 STC89C52簡介</p><p>　　STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造

33、技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p>　　1．單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　2．STC89C52引腳具體介紹如下：</p><p>　?、?主電源引腳（2根）</p><p>　　VCC(Pin40)：電

34、源輸入，接＋5V電源</p><p>　　GND(Pin20)：接地線</p><p>　?、?外接晶振引腳（2根）</p><p>　　XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端</p><p>　　XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端</p><p>　　③ 控制引腳（4根）</p>&

35、lt;p>　　RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號</p><p>　　PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號</p><p>　　EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程

36、序存儲器讀指令。</p><p>　?、?可編程輸入/輸出引腳（32根）</p><p>　　STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。</p><p>　　PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7</p><p>　　P1口（P

37、in1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7 </p><p>　　P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7 </p><p>　　P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7</p><p>　　3．STC89C52主要功能如表3.1所示。</p>&l

38、t;p>　　表3.1 STC89C52主要功能</p><p>　　3.3 超聲波測距電路</p><p>　　超聲波測距模塊HC-SR04可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟硪约肮ぷ鞑襟E：</p><p>　　(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號

39、;</p><p>　　(2)模塊自動發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；</p><p>　　(3)有信號返回，通過IO口ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。</p><p>　　測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2。超聲波測距模塊HC-SR04實(shí)物如圖3.3所示，實(shí)物規(guī)格如圖3.4所示，電氣參數(shù)見表3

40、.2所示，超聲波模塊原理如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.3超聲波測距模塊HC-SR04實(shí)物圖</p><p>　　圖3.4超聲波測距模塊HC-SR04規(guī)格圖</p><p>　　表3.2超聲波模塊HC-SR04的電氣參數(shù)</p><p>　　圖3.5 超聲波模塊HC-SR04原理圖</p><p>　　3.

41、4 顯示器LCD1602</p><p>　　3.4.1 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　本系統(tǒng)顯示電路選擇液晶顯示器LCD1602，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?、?顯示質(zhì)量高</b></p><p>　　由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種

42、色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。</p><p><b>　?、?數(shù)字式接口</b></p><p>　　液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。</p><p><b>　?、?體積小、重量輕</b></p

43、><p>　　液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。</p><p><b>　?、?功耗低</b></p><p>　　相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。</p><p>　　3.4.2 液晶顯

44、示器的原理</p><p>　　液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根

45、據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（Active Matrix）三種。</p><p>　　點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64×16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容

46、和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。</

47、p><p>　　用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)

48、立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。</p><p>　　漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5……右邊為2、4、6……根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對齊，送第三個(gè)字節(jié)……直到32B顯示完就

49、可以LCD上得到一個(gè)完整漢字。</p><p>　　字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖</p><p>　　LCD1

50、602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 1602LCD尺寸圖</p><p>　　3.4.3 LCD1602主要參數(shù)以及引腳功能</p><p>　　1．1602 LCD主要參數(shù)：</p><p>　　

51、顯示容量:16×2個(gè)字符</p><p>　　芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V)</p><p>　　模塊最佳工作電壓:5.0V</p><p>　　字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm</p><p>　　2．LCD1602引腳功能

52、說明</p><p>　　LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 引腳接口說明表</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端

53、，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙

54、信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。</p><p>　　3．

55、LCD1602內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 控制命令表</p><p>　　3.5 數(shù)字溫度計(jì)DS18B20</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)DS18B20提供 9 位溫度讀數(shù),指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出因此從中央處理器到 DS18B20 僅需連接一條線和地讀寫和完

56、成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源其擁有以下等特性</p><p>　　獨(dú)特的單線接口只需1個(gè)接口引腳即可通信</p><p>　　多點(diǎn)multidrug能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化</p><p><b>　　不需要外部元件</b></p><p><b>　　可用數(shù)據(jù)線供電<

57、/b></p><p><b>　　不需備份電源</b></p><p>　　測量范圍從-55至+125增量值為 0.5等效的華氏溫度范圍是-67F至257F</p><p><b>　　增量值為0.9F</b></p><p>　　以 9 位數(shù)字值方式讀出溫度</p><

58、p>　　在 1 秒典型值內(nèi)把溫度變換為數(shù)字</p><p>　　用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置</p><p>　　告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況</p><p>　　應(yīng)用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)類產(chǎn)品溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng)</p><p><b>　　引腳說明</b></

59、p><p><b>　　GND地</b></p><p><b>　　DQ數(shù)字輸入輸出</b></p><p>　　VDD可選的 VDD</p><p><b>　　NC空引腳</b></p><p><b>　　DNC不連接</b

60、></p><p>　　圖3.8 DS18B20溫度溫度計(jì)</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，它所需要完成的主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。</p><p>　　4.1 超聲波測距時(shí)序</p><p>　　超聲波測距時(shí)

61、序圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 超聲波測距時(shí)序圖</p><p>　　以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè) 40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號，回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號</p><p>　　時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。</

62、p><p>　　注：1、此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先讓模塊的 GND 端先連接，否則會影響 模塊的正常工作。</p><p>　　2、測距時(shí)，被測物體的面積不少于 0.5 平方米且平面盡量要求平整，否則影響測量的結(jié)果</p><p>　　4.2 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)

63、都是在其中完成的，主程序流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 主程序流程圖</p><p><b>　　主程序如下</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int

64、 valA,tempe=0,tempe1=0;</p><p>　　unsigned char TempCyc;</p><p>　　//play = 0;</p><p>　　Delay400Ms(); //啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài)</p><p>　　LCMInit(); //LCM初始化</p><p>　

65、　//Delay5Ms(); //延時(shí)片刻(可不要)</p><p>　　//DisplayListChar(0, 0, mcustudio);</p><p>　　//DisplayListChar(0, 1, email);</p><p>　　//ReadDataLCM();//測試用句無意義</p><p>　　for (Te

66、mpCyc=0; TempCyc<10; TempCyc++)</p><p>　　Delay400Ms(); //延時(shí)</p><p>　　//DisplayListChar(0, 1, Cls);</p><p>　　TMOD=0x01; //設(shè)T0為方式1，GATE=1；</p><p><b>　　TH0=0

67、;</b></p><p>　　TL0=0; </p><p>　　ET0=1; //允許T0中斷</p><p>　　EA=1; //開啟總中斷</p><p>　　Init_DS18B20();</p><p><b>　　while(

68、1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　//tempe=ReadTemperature();//讀溫度</p><p>　　tempe=ReadTemperature();//讀溫度</p><p>　　WriteCommandLCM(0x80,1);</p>

69、;<p>　　WriteDataLCM('T');</p><p>　　WriteCommandLCM(0x81,1);</p><p>　　WriteDataLCM('=');</p><p>　　WriteCommandLCM(0x82,1);</p><p>　　WriteDataLCM(t

70、empe/100+0x30);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x83,1);</p><p>　　WriteDataLCM(tempe/10-tempe/100*10+0x30);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x84,1);</p><p>　　WriteDataLCM('.'

71、);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x85,1);</p><p>　　WriteDataLCM(tempe-(tempe/100)*100-(tempe/10-tempe/100*10)*10+0x30);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x86,1);</p><p>　　WriteDataL

72、CM('C');</p><p>　　////////////////</p><p>　　tempe1=ReadTemperature1();//讀溫度</p><p>　　WriteCommandLCM(0x88,1);</p><p>　　WriteDataLCM('T');</p>

73、<p>　　WriteCommandLCM(0x89,1);</p><p>　　WriteDataLCM('=');</p><p>　　WriteCommandLCM(0x8a,1);</p><p>　　WriteDataLCM(tempe1/100+0x30);</p><p>　　WriteCommand

74、LCM(0x8b,1);</p><p>　　WriteDataLCM(tempe1/10-tempe1/100*10+0x30);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x8c,1);</p><p>　　WriteDataLCM('.');</p><p>　　WriteCommandLCM(0x8d,1)

75、;</p><p>　　WriteDataLCM(tempe1-(tempe1/100)*100-(tempe1/10-tempe1/100*10)*10+0x30);</p><p>　　WriteCommandLCM(0x8e,1);</p><p>　　WriteDataLCM('C'); </p><p>　　

76、//delayms(60);</p><p>　　delayms(6);</p><p><b>　　RX=1;</b></p><p>　　StartModule();</p><p>　　for(valA=7510;valA>0;valA--)</p><p><b>　　{&

77、lt;/b></p><p><b>　　if(RX==1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Timer_Count();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

78、/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3 超聲波發(fā)射子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　由于使用超聲波發(fā)射模塊，只需要提供一個(gè) 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè) 40kHz 周期電平并檢測回波。其程序如

79、下。</p><p>　　void StartModule() //啟動模塊</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TX=1; //啟動一次模塊</p><p><b>　　_nop_(); </b><

80、/p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>

81、;<b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop

82、_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b>&

83、lt;/p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p&

84、gt;<b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　TX=0;</b></p><p><b>　　}</b

85、></p><p>　　4.4 超聲波接收中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲波接受中斷程序流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 超聲波接收中斷程序流程圖</p><p><b>　　其程序如下。</b></p><p>　　void zd0() interrupt 1

86、 //T0中斷用來計(jì)數(shù)器溢出,超過測距范圍</p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag=1; //中斷溢出標(biāo)志</p><p><b>　　RX=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&

87、gt;　　void Timer_Count(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TR0=1; //開啟計(jì)數(shù)</p><p>　　while(RX);//當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待</p><p>　　TR0=0;//關(guān)閉計(jì)數(shù)</p><p>

88、　　Conut();//計(jì)算</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Conut(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　time=TH0*256+TL0;</p><p><b>　　TH0=0;

89、</b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　S=(time*1.8)/10; //算出來是MM</p><p><b>　　if(S<500)</b></p><p><b>　　{</b></p>&

90、lt;p><b>　　beep = 0;</b></p><p>　　delayms(10);</p><p><b>　　beep = 1;</b></p><p>　　delayms(10);</p><p>　　// beep=0;</p><p>　　// de

91、layms(10);</p><p>　　//beep =1;</p><p>　　//delayms(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p>

92、;<p><b>　　beep = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((S>=7000)||flag==1) //超出測量范圍顯示“-”</p><p><b>　　{ </b></p><p><b&g

93、t;　　flag=0;</b></p><p>　　DisplayOneChar(0, 1, ASCII[11]);</p><p>　　DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]);//顯示點(diǎn)</p><p>　　DisplayOneChar(2, 1, ASCII[11]);</p><p>　　Displ

94、ayOneChar(3, 1, ASCII[11]);</p><p>　　DisplayOneChar(4, 1, ASCII[11]);</p><p>　　DisplayOneChar(5, 1, ASCII[12]);//顯示M</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　el

95、se</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　disbuff[0]=S/1000;</p><p>　　disbuff[1]=S/100%10;</p><p>　　disbuff[2]=S/10%10;</p><p>　　disbuff[3]=S%10;

96、</p><p>　　DisplayOneChar(0, 1, ASCII[disbuff[0]]);</p><p>　　DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10]);//顯示點(diǎn)</p><p>　　DisplayOneChar(2, 1, ASCII[disbuff[1]]);</p><p>　　DisplayOne

97、Char(3, 1, ASCII[disbuff[2]]);</p><p>　　DisplayOneChar(4, 1, ASCII[disbuff[3]]);</p><p>　　DisplayOneChar(5, 1, ASCII[12]);//顯示M</p><p><b>　　}</b></p><p>&l

98、t;b>　　}</b></p><p>　　4.5 顯示子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　LCD流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 LCD顯示流程</p><p><b>　　LCD初始化：</b></p><p>　　void init_LCM(void)&l

99、t;/p><p><b>　　{ </b></p><p>　　write_inst(0x30); //設(shè)定功能</p><p>　　write_inst(0x38); //設(shè)定兩列</p><p>　　write_inst(0x08);

100、 //關(guān)閉顯示</p><p>　　write_inst(0x01); //清除顯示屏</p><p>　　write_inst(0x06); //設(shè)定輸入模式</p><p>　　write_inst(0x0e); //開啟顯示</p>

101、<p><b>　　}</b></p><p>　　程序主要作用是清空顯示屏，確定8位數(shù)據(jù)傳輸模式。"write_inst(0x01)"指令作用為清空顯示屏，并將光標(biāo)移至左上角。"write_inst(0x30)"指令為功能設(shè)定指令，使DL=1，即數(shù)據(jù)長度為8位。</p><p><b>　　寫入指令：&l

102、t;/b></p><p>　　void write_inst(char inst)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　RS = 0;RW=0; //寫入指令模式</p><p>　　en = 1;

103、 //啟用</p><p>　　LCDP=inst; //寫入指令</p><p><b>　　en=0;</b></p><p>　　check_BF(); //檢查忙碌</p><p><b>　　} <

104、/b></p><p><b>　　寫入數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　void write_char(char character) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　RS =1;RW=0; //寫入數(shù)據(jù)模式&

105、lt;/p><p>　　en = 1; //啟用</p><p>　　LCDP=character; //寫入字符</p><p><b>　　en=0; </b></p><p>　　check_BF();

106、 //檢查忙碌</p><p><b>　　} </b></p><p>　　寫入指令與寫入數(shù)據(jù)是LCD很常用的操作，將其寫成子函數(shù)，可以使整個(gè)程序更加簡潔。本論文設(shè)計(jì)經(jīng)常使用這兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行寫入指定位置操作。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試分析</b></p><p>　　5

107、.1 硬件電路連接</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了硬件電路后，將電路原理圖附于附錄C中，由于本設(shè)計(jì)涉及的模塊比較多，調(diào)試起來比較費(fèi)力，設(shè)計(jì)的不定因素也比較多，所以，調(diào)試的時(shí)候采用了分塊調(diào)試的方法，排除了各個(gè)模塊的干擾。</p><p>　　在電路安裝完畢后，不要急于通電測試，而首先必須做好以下調(diào)試前的檢查工作。 </p><p>　　1．檢查連線情況：經(jīng)常碰到的

108、有錯(cuò)接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時(shí)漏接的線）及多接（指在電路上完全是多余的連線）等連線錯(cuò)誤。檢查連線可以直接對照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運(yùn)放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯(cuò)接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。 </p><p>　　為確保連線的可靠，在查線的同時(shí)，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測量，

109、這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。 </p><p>　　2．檢查元器件安裝情況：元器件的檢查，重點(diǎn)要查集成運(yùn)放、三極管、二極管、電解電容等外引線與極性有否接錯(cuò)，以及外引線間有否短路，同時(shí)還須檢查元器件焊接處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對元器件進(jìn)行檢測，確保元器件能正常工作，以免給調(diào)試帶來不必要的麻煩。 </p><p>　　檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬

110、用表檢查電源輸入端與地之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。 </p><p>　　在完成了以上各項(xiàng)檢查并確認(rèn)無誤后，才可通電調(diào)試，但此時(shí)應(yīng)注意電源的正、負(fù)極性不能接反。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試</p><p>　　通過按鍵K1進(jìn)入調(diào)試界面，通過按鍵K2進(jìn)行增加設(shè)置值，通過按鍵K3進(jìn)行減少設(shè)置值。下圖為系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試的照片，進(jìn)入設(shè)置界面，見圖5

111、.1所示。將安全初值設(shè)為0.3m，見圖5.2所示。與障礙物距離為0.411m，大于設(shè)置值0.3m報(bào)警器不響，見圖5.3所示。,與障礙物距離為0.187m，小于設(shè)置值0.3m，報(bào)警器報(bào)警聲響，見圖5.4所示。</p><p>　　圖5.1 進(jìn)入初值設(shè)置界面圖</p><p>　　圖5.2 設(shè)置值為0.3m狀態(tài)圖</p><p>　　圖5.3 障礙物距離為0.411m時(shí)

112、的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖</p><p>　　圖5.4 障礙物距離為0.187m時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)圖</p><p>　　5.3 誤差產(chǎn)生原因分析</p><p>　　5.3.1 溫度對超聲波聲速的影響</p><p>　　空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播

113、。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中B為氣體的彈性模量，r為氣體的密度。氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得：B=g·r ，其中g(shù)為定壓熱容與定容熱容的比值，空氣為1.40

114、，P為氣體的壓強(qiáng)。氣體的壓強(qiáng)為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　其中，R為普適常量 8.314kg/mol，T為氣體溫度K(絕對溫度)，M為氣體分子量，空氣為28.8×10-3 kg/mol。所以</p><p><b>　?。?.3）</b></p><

115、p>　　由公式5.3可知，超聲聲速與空氣的溫度有密切關(guān)系。例如：20 ℃時(shí)，T=293.15， CS=344.2 m/s；40℃時(shí)，T=313.15，CS=355.8 m/s；-20℃時(shí),T＝253.15，CS=319.9 m/s；從上面的計(jì)算可以看出，溫度對超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響。當(dāng)需要精確確定超聲波傳播速度時(shí)，必須考慮溫度的影響。</p><p>　　5.3.2 回波檢測對時(shí)間測量的影

116、響</p><p>　　超聲波從超聲傳感器發(fā)出，在空氣中傳播，遇到被測物反射后，再傳回超聲傳感器。整個(gè)過程，超聲波會有很大的衰減。其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設(shè)在距離超聲接收器x 處有被測物，則空氣中傳播的超聲波波動方程描述為：</p><p>　　A=A(x)cos(ax+kt) （5.4）</p><p>　　其中A為超聲傳感

117、器接收的振幅；A0 為超聲傳感器初始振幅；α為衰減系數(shù)；x 為超聲波傳播距離；w角頻率；k 為波數(shù)。衰減系數(shù)α=b·f。其中b為空氣介質(zhì)常數(shù)，f為超聲波頻率。由此可見，超聲波頻率越高，其衰減越快。同時(shí)超聲波頻率的過高會產(chǎn)生較多的副瓣，引起近場區(qū)的干涉。但是，超聲波頻率越高，指向性越強(qiáng)，這一點(diǎn)有利于距離測量。由于超聲回波隨距離的增加而變得十分微弱，所以在設(shè)計(jì)超聲接收電路時(shí)，要設(shè)計(jì)較大放大倍數(shù)(萬倍級)和較好濾波特性的放大電路，使

118、回波易于檢測。</p><p>　　5.3.3 超聲波傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響</p><p>　　制作超聲傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲測距常用壓電材料傳感器，例如TR40 壓電超聲傳感器。超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值會影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)壓電材料不受外力時(shí)，其應(yīng)變S與外加電場強(qiáng)度E 的關(guān)系為：</p><p>　　S=d&#

119、183;E （5.5） </p><p>　　其中d 為應(yīng)變電場常數(shù)。超聲傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場強(qiáng)度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進(jìn)而影響超聲波幅值。這些會直接影響超聲波的回波幅值。所以，為提高壓電轉(zhuǎn)換效率，提高超聲測距精度和范圍，應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。</p><p>　　5.4 針對誤差產(chǎn)生原

120、因的系統(tǒng)改進(jìn)方案</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便處理，超聲波常調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。測距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、時(shí)間計(jì)測、微機(jī)控制和溫度測量五個(gè)部分組成。如何提高測量精度是超聲測距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測距精度的措施下：</p><p>　　(1)合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期</p><p>　　據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超聲測距的工作頻率選擇