電氣工程與自動(dòng)化畢業(yè)論文倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展。尤其是我們中國(guó)各種行業(yè)都得到了空前

3、的發(fā)展。與此同時(shí)在2009年中國(guó)的汽車市場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)成為世界第一大汽車市場(chǎng)。由于我國(guó)自主品牌的不斷壯大，國(guó)內(nèi)的汽車價(jià)格在不斷降低，所以現(xiàn)在越來(lái)越多的老百姓都對(duì)車子有需求，在路上跑的車子也是越來(lái)越多。不過(guò)同時(shí)也帶來(lái)了很多弊端，首先就是道路交通變得越來(lái)越擁堵，其次出現(xiàn)汽車事故的案件也在不斷增長(zhǎng)。在這些汽車事故當(dāng)中有一大部分的原因都是泊車時(shí)盲區(qū)較大而造成的，而停車時(shí)最大的盲區(qū)就是汽車尾部。所以說(shuō)現(xiàn)在去研究設(shè)計(jì)一種可靠性高點(diǎn)，探測(cè)盲區(qū)小點(diǎn)，精

4、確度高點(diǎn)，價(jià)格便宜點(diǎn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是很有必要的。</p><p>　　論文內(nèi)容是基于AT89C51單片機(jī)倒車預(yù)警防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的思路主要是運(yùn)用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，把超聲波測(cè)距系統(tǒng)與AT89C51單片機(jī)組合于一體，整合成一種基于AT89C51單片機(jī)的倒車防撞系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是采用軟、硬件結(jié)合的方式，并且具有模塊化與多用化的一些特點(diǎn)。該系統(tǒng)中運(yùn)用到的芯片數(shù)量少，電路簡(jiǎn)潔。采用通用型的單片機(jī)作為中央處理器。使得在需

5、要擴(kuò)展功能時(shí)會(huì)比較簡(jiǎn)單，外加硬件設(shè)備也變得比較方便。</p><p>　　該論文在闡述過(guò)程中給出了主要的電路原理圖，以及各個(gè)分支電路原理圖。在軟件設(shè)計(jì)部分有程序流程圖，充分說(shuō)明了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程以及系統(tǒng)的工作原理。還說(shuō)明了超聲波發(fā)射與接收原理，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)單元都進(jìn)行了介紹與分析。介紹了該系統(tǒng)所運(yùn)用到的芯片功能及實(shí)現(xiàn)方式，以及其工作原理。論文還介紹了系統(tǒng)的軟件編寫，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)整個(gè)系統(tǒng)的功能。最后還對(duì)倒車系統(tǒng)的

6、影響因素以及其客觀存在的誤差分析，并提出可靠減少誤差的方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞:倒車?yán)走_(dá)；單片機(jī)；超聲波；AT89C51</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of society, the constant development of economy.

7、Especially we Chinese various industry have been unprecedented development. Meanwhile in 2009, China's auto market had overtaken the United States as the world's biggest car market. Because our country independen

8、t brand expansion, domestic car in lowering prices, so now more and more people can afford a car, on the road ran car is also more and more. But at the same time, it brings a lot of drawbacks, first is road traffic is &l

9、t;/p><p>　　Thesis is based on AT89C51 microcontroller reverse collision warning system design, design ideas is to use the main features and advantages of ultrasound, the AT89C51 ultrasonic ranging system and co

10、mbined in one single chip, integrated into a reverse-based collision avoidance system AT89C51 microcontroller. This system is the use of hardware and software as the way, and has a modular and multi-use of some of the fe

11、atures. The system applied to a small number of chips, circuit simplicity. Used o</p><p>　　The paper describes the process are given in the main circuit diagram, and each branch circuit schematic. Part of a

12、program in the software design flow chart, which shows the system design process and the system work. Paper describes the principle of ultrasonic transmitter and receiver, each unit of the system have been introduced and

13、 analyzed. Introduced the system applied to the chip functionality and implementation, and it works. The paper also introduced the system of software development, t</p><p>　　Key word：Reversing radar; SCM; ul

14、trasonic wave; AT89C51</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1倒車?yán)走_(dá)研究的背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　

15、1.3 超聲波檢測(cè)概述2</p><p>　　第2章 超聲波測(cè)距原理3</p><p>　　2.1超聲波傳感器的介紹3</p><p>　　2.1.1超聲波傳感器特性4</p><p>　　2.2超聲波測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn)方式5</p><p>　　2.3影響超聲波探測(cè)的主要因素6</p><

16、;p>　　第3章 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)想9</p><p>　　3.1超聲波測(cè)距的整體方案9</p><p>　　3.2系統(tǒng)的主要參數(shù)10</p><p>　　3.2.1 傳感器的指向角10</p><p>　　3.2.2聲速10</p><p>　　3.2.3 測(cè)距儀的工作頻率10</p&

17、gt;<p>　　3.2.4發(fā)射脈沖寬度11</p><p>　　3.2.5測(cè)量盲區(qū)11</p><p>　　第4章 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件電路介紹12</p><p>　　4.1.單片機(jī) AT89C51介紹12</p><p>　　4.1.1管腳安排13</p><p>　　4.2電源的

18、設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.3發(fā)射和接收電路14</p><p>　　4.4顯示電路15</p><p>　　4.5音頻解碼電路16</p><p>　　4.5.1芯片LM567的介紹17</p><p>　　4.5.2芯片LM567的使用注意要點(diǎn)17</p><p>　　4.

19、6蜂鳴報(bào)警電路18</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p><b>　　5.1主程序19</b></p><p>　　5.2 顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序22</p><p>　　第6章 系統(tǒng)誤差分析及改進(jìn)24</p><p>　　6.1誤差產(chǎn)生原因分析24<

20、/p><p>　　6.1.1 溫度對(duì)超聲波聲速的影響24</p><p>　　6.1.2 回波檢測(cè)對(duì)時(shí)間測(cè)量的影響24</p><p>　　6.2 針對(duì)誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案24</p><p><b>　　小結(jié)26</b></p><p><b>　　致謝27</b&g

21、t;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　附錄1 程序29</b></p><p>　　附錄2 系統(tǒng)總原理圖35</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)

22、展，汽車工業(yè)得到了空前的壯大。尤其是中國(guó)的汽車市場(chǎng)已經(jīng)成為世界第一大市場(chǎng)，在2009年世界金融危機(jī)的時(shí)候，在汽車市場(chǎng)普遍不景氣的大環(huán)境下，中國(guó)車市逆勢(shì)上揚(yáng)。交通運(yùn)輸業(yè)的日益旺盛，從而汽車的數(shù)量就不斷的增長(zhǎng)。在交通道路發(fā)展跟不上汽車工業(yè)的發(fā)展時(shí)，道路交通就變得越來(lái)越擁擠，撞車事件也在不斷增多，對(duì)人們?cè)斐闪瞬豢杀苊獾娜松韨雠c直接的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于這種問題的不斷突出，設(shè)計(jì)一種可靠性高，高精確度，響應(yīng)速度快的倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)是非常有必要的?，F(xiàn)在

23、市面上出現(xiàn)了很多種測(cè)距方式，其中超聲波測(cè)距最為常見，這種方式已經(jīng)廣泛的運(yùn)用于汽車的前后及其周圍在低車速時(shí)的防撞預(yù)警系統(tǒng)中。超聲波是一種物理聲波，具有聲波的傳播物理特性。有較好的防干擾能力，這個(gè)預(yù)警系統(tǒng)就是通過(guò)超聲波的反射波來(lái)確定車子與障礙物之間的距離，并用指示燈及數(shù)碼這種提醒方式，直觀的告知駕駛員起到安全的作用。</p><p>　　1.1倒車?yán)走_(dá)研究的背景</p><p>　　由于倒車時(shí)

24、事故的發(fā)生率很高，對(duì)經(jīng)濟(jì)會(huì)造成不小的損失，尤其是直接裝到老人與小孩這樣更是不堪設(shè)想了。所以在上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了倒車?yán)走_(dá)。倒車?yán)走_(dá)的全稱是“倒車防撞系統(tǒng)”或者稱為“泊車輔助裝置”。這種裝置在一定的基礎(chǔ)上解決了司機(jī)在泊車是左顧右盼時(shí)引起的麻煩，并且在一定程度上減少了駕車盲區(qū)。倒車?yán)走_(dá)與普通的雷達(dá)原理相似，還是根據(jù)動(dòng)物仿生學(xué)而研究出的。通過(guò)超聲波發(fā)射器與接收器的使用接受信號(hào)，再經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)一系列的處理后來(lái)判斷前方是否有障礙物，并且計(jì)算得出障礙

25、物的距離。但是軍用雷達(dá)可以同時(shí)探測(cè)出物體的大小及其形狀等參數(shù)，而倒車?yán)走_(dá)現(xiàn)在一般都只能測(cè)出距離。司機(jī)把檔位掛至倒車檔時(shí)，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)遇到障礙物的時(shí)候，安在后保險(xiǎn)杠上的信號(hào)探頭接受器就會(huì)接收到反射信號(hào)，從而直接就計(jì)算出車尾與障礙物的距離。這樣司機(jī)就不會(huì)撞上車后的障礙物，而避免了不該有的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p><

26、;b>　　第一代倒車?yán)走_(dá)</b></p><p>　　這種雷達(dá)是用單一的蜂鳴器來(lái)提醒車主的，這個(gè)是標(biāo)志著倒車?yán)走_(dá)的開始。倒車時(shí)，如果車子離障礙物的距離靠近倒一定程度的時(shí)候蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，越靠近障礙物警報(bào)聲的頻率就越高。就是通過(guò)這種簡(jiǎn)單的頻率高低來(lái)大致判斷障礙物的距離，但是缺點(diǎn)是不能判斷出準(zhǔn)確的距離。</p><p><b>　　第二代倒車?yán)走_(dá)</b&g

27、t;</p><p>　　這種雷達(dá)產(chǎn)品就是采用數(shù)碼管顯示了，可以直接顯示出車后的障礙物的具體距離。假如車后是物體就在1.8M的時(shí)候就開始顯示距離；如果是人就從1M左右開始顯示距離。這種顯示方式放在車內(nèi)會(huì)比較不美觀，并且安裝起來(lái)也不是非常方便。</p><p><b>　　第三代倒車?yán)走_(dá)</b></p><p>　　這種倒車?yán)走_(dá)是用液晶顯示屏顯示

28、的，這款產(chǎn)品相比前兩代就有了質(zhì)的飛躍了。顯示屏可以直接和車子的中控臺(tái)整合在一起，可以和導(dǎo)航，CD，DVD一起顯示與屏幕上。而不用單獨(dú)的再安裝一塊屏幕來(lái)顯示距離。但是液晶屏的外觀雖然美觀，但是其靈敏度高，抗干擾能力差所以誤報(bào)的時(shí)候也較多。</p><p><b>　　第四代倒車?yán)走_(dá)</b></p><p>　　這種倒車?yán)走_(dá)在第三代的基礎(chǔ)上把顯示的距離更具體化了。當(dāng)車子低

29、速行駛時(shí)，屏幕可以選擇顯示車子周圍的情況。同時(shí)會(huì)在屏幕中間顯示出一個(gè)車子的圖案，假如周圍有障礙物，障礙物在何處，距離都能直觀的在仿真車子旁邊顯示出來(lái)。甚至可以直接判斷出障礙物的大小。這種產(chǎn)品就不能單一稱為倒車?yán)走_(dá)了，因?yàn)轱@示的是整輛車身周圍的情況，對(duì)在擁擠的車庫(kù)停車時(shí)非常有效果。 </p><p>　　1.3 超聲波檢測(cè)概述</p><p>　　超聲波就是一種頻率超過(guò)20KHZ的機(jī)械聲波。

30、超聲波是我們聽不到的一種特殊的聲波，同樣超聲波也具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴⒎瓷?、衍射、干涉、散射。超聲波同時(shí)還具有方向性集中、振幅小、加速度較大的特點(diǎn)，可以產(chǎn)生較大的力量，并且可以在不同的界面?zhèn)鞑ィ暡ǖ拇蟛糠帜芰慷紩?huì)被媒介反射。所以利用超聲波檢測(cè)就會(huì)顯得比較迅速，方便，容易得到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果，并且在測(cè)量精確度方面還能達(dá)到很高的要求，現(xiàn)在超聲波主要應(yīng)用于建筑施工工地、倒車?yán)走_(dá)還有一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)。就比如井深、液位等。</p

31、><p>　　當(dāng)超聲波在不同的介質(zhì)中傳播時(shí)，我們能根據(jù)不同介質(zhì)的不同聲學(xué)特性對(duì)超聲波傳播的影響來(lái)判斷物體的質(zhì)量好壞稱為超聲波檢測(cè)技術(shù)。在水中，可以利用超聲波脈沖在水中的傳播，遇到魚群而反射回來(lái)的反射波來(lái)判斷魚群的位置和多少，對(duì)漁業(yè)的發(fā)展起到了很大的作用。同時(shí)也可以用超聲波來(lái)探測(cè)海底深度，可以用來(lái)描繪海床構(gòu)造。超聲波還可以利用回波來(lái)探測(cè)金屬、非金屬、堤壩的損傷情況，以及其損傷的位置及大小。這是非常實(shí)用的一種技術(shù)，也可以

32、提早的發(fā)現(xiàn)問題所在。還有就是超聲波還可以探測(cè)出人體內(nèi)存在的結(jié)石、囊腫、腫瘤等疾病。還可以探測(cè)胎兒，對(duì)胎兒的生產(chǎn)起到輔助作用。當(dāng)超聲波在移動(dòng)的物體中傳播時(shí)利用多普勒效應(yīng)，就可以測(cè)量出流速和流量等，探測(cè)心臟搏動(dòng)功能等。若將超聲波作為媒介傳送某種信號(hào)時(shí)，那么就可以制成水中遙測(cè)儀，水中電話等遙感設(shè)備，以便進(jìn)行水中通信。超聲波還有一個(gè)特性就是在固體和液體中傳播的速度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁波的速度，利用這一特性可制成超聲延遲線和存儲(chǔ)裝置以及對(duì)電視制式的轉(zhuǎn)換

33、等。還可利用超聲波測(cè)量液位、溫度、粘度和硬度等。除以上這么多功能運(yùn)用之外，聲發(fā)射和聲成像技術(shù)的發(fā)展更大的豐富了超聲波的檢測(cè)內(nèi)容。</p><p>　　超聲波與電磁波，光波，射線等檢測(cè)手段相比，它的最大特點(diǎn)就是穿透力很強(qiáng)，幾乎能在任何物體中傳播，可以了解到被檢測(cè)物體的內(nèi)部情況。同時(shí)超聲波還有成本低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，能真正意義上的運(yùn)用到實(shí)際工程中。所以超聲波測(cè)量在航空航天，實(shí)話，機(jī)械，國(guó)防，礦產(chǎn)，材料，機(jī)械等眾多領(lǐng)域

34、都得到了廣泛的運(yùn)用。近幾十年來(lái)，由于現(xiàn)代電子技術(shù)，微型計(jì)算機(jī)的技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)還有超聲波的產(chǎn)生與接收技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，突破了以前常規(guī)超聲波檢測(cè)客觀存在難題的局限，進(jìn)一步擴(kuò)大了超聲波的適用范圍。</p><p>　　第2章 超聲波測(cè)距原理</p><p>　　2.1超聲波傳感器的介紹</p><p>　　超聲波由于其有傳播距離較遠(yuǎn)，能量消耗緩慢，指向性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)

35、而被經(jīng)常用于距離的測(cè)量，就比如說(shuō)測(cè)距儀和物位儀等都能通過(guò)多超聲波特性的運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距技術(shù)主要運(yùn)用于建筑工地，一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還有就是本論文所論述的倒車?yán)走_(dá)防撞預(yù)警系統(tǒng)。運(yùn)用超聲波檢測(cè)一般會(huì)比較方便迅速，計(jì)算簡(jiǎn)單，能達(dá)到實(shí)時(shí)控制的要求。特別在精度方面能滿足工業(yè)要求，所以超聲波檢測(cè)系統(tǒng)能在測(cè)控系統(tǒng)中得到非常廣泛的運(yùn)用。</p><p>　　超聲波傳感器是一種能將其它形式的能轉(zhuǎn)換為我們所需要的超聲波能或者是反過(guò)來(lái)把

36、超聲波能轉(zhuǎn)換為其它我們可以運(yùn)用的能量的器件。到目前為止，常用的傳感器分為兩大類，即電聲型和流體動(dòng)力型。電聲型又主要包括：1磁致伸縮傳感器；2壓電傳感器；3靜電傳感器。流體動(dòng)力型又主要包括氣體和液體這兩種類型的哨笛。根據(jù)其應(yīng)用目的和工作頻率的不同，超聲波傳感器的形式結(jié)構(gòu)又是多種多樣的，并且連名稱也是個(gè)不相同的。比如說(shuō)在超聲檢測(cè)與診斷時(shí)習(xí)慣上把超聲波傳感器叫做探頭，而在工業(yè)中用到的流體動(dòng)力型傳感器就分別會(huì)被稱為“哨”或“笛”。</p&

37、gt;<p>　　傳感器主要的組成部件就是壓電晶片。壓電晶片受到發(fā)射電脈沖的激勵(lì)后所產(chǎn)生的振動(dòng)既是可發(fā)射聲脈沖，就是逆壓電效應(yīng)。相反超聲波作用于壓電晶片的時(shí)候，壓電晶片被迫受到振動(dòng)所引起的變形就可以轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，這就是正壓電效應(yīng)。后者是用于超聲波的接受，前者是用于超聲波的接收。由于這樣的構(gòu)造，超聲波傳感器一般會(huì)采用兩塊壓電晶片制作而成。這種傳感器中的壓電晶片的材料較少，所以價(jià)格就會(huì)比較便宜，并且非常適用于液體和氣體媒

38、介中。在在壓電陶瓷上加上方向和大小都在不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)就會(huì)迫使壓電陶片產(chǎn)生不規(guī)則的機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的方向和大小會(huì)在一定范圍內(nèi)與加在壓電晶片上的電壓成正比。這就是說(shuō)，如果在壓電晶片上加了頻率為f1的交流電壓，它就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)就會(huì)推動(dòng)氣體或液體的等媒介，這樣就會(huì)發(fā)出超聲波。相反，如果在壓電晶片上受到超聲機(jī)械波德作用，也會(huì)對(duì)壓電晶片造成機(jī)械變形，那么這種機(jī)械變形也會(huì)和超聲波一直，這個(gè)機(jī)械變形就會(huì)

39、使壓電晶片產(chǎn)生頻率和超聲波相同的電信號(hào)。</p><p>　　圖2.1壓電式超聲波發(fā)生器的構(gòu)造圖</p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器是運(yùn)用壓電晶片的諧振來(lái)工作的。壓電式超聲波發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。它內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片還有一個(gè)共振板，當(dāng)兩個(gè)電極外加了脈沖信號(hào)時(shí)，它的頻率與壓電晶片的固有振蕩頻率相同時(shí)，壓電晶片就會(huì)發(fā)生共振，并且會(huì)帶動(dòng)共振板振動(dòng)，這樣就產(chǎn)生了超聲波。相反，如果兩

40、個(gè)電極間沒有外加電壓，同時(shí)共振板接收到超聲波的時(shí)候，這時(shí)將會(huì)壓迫壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為可電信號(hào)，這時(shí)它就成為了超聲波接收器。</p><p>　　壓電晶片它本身就有一個(gè)固定的諧振頻率，就是中心頻率f0。當(dāng)發(fā)射超聲波的時(shí)候，加在晶片上面的交流變電壓的頻率一定要和晶片的固有頻率相一致。這樣超聲波傳感器的靈敏度就會(huì)較高。當(dāng)壓電材料不變的時(shí)候，可以改變壓電陶瓷晶片的物理尺寸大小，就可以非常方便的就能改變晶片的

41、固有諧振頻率。也可以利用這種特性來(lái)制作各種固有頻率不同的超聲波傳感器。</p><p>　　超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)除了壓電陶瓷晶片以外還包括錐形輻射喇叭、引線、金屬殼、底座以及金屬網(wǎng)所構(gòu)成。其中壓電晶片是傳感器的核心部分，金屬外殼可以防止外界物理因素對(duì)壓電晶片和錐形輻射喇叭的損壞。錐形輻射喇叭可以使發(fā)射和接收的超聲波能量集中在一起，并且使傳感器有了一定的指向角。金屬網(wǎng)也是起到保護(hù)作用的，但是完全不會(huì)影響發(fā)射和接收超

42、聲波。</p><p>　　2.1.1超聲波傳感器特性</p><p>　　超聲波傳感器的基本特性包括指向特性和頻率特性，在這個(gè)章節(jié)里以SZW-S40-12M 發(fā)射型超聲波傳感器為例加以說(shuō)明。</p><p><b>　　指向特性</b></p><p>　　實(shí)際上超聲波傳感器的壓電晶片形狀是一個(gè)小圓片，可以類似的把表面

43、上的每個(gè)點(diǎn)都看成一個(gè)振蕩源，這樣就可以輻射出一個(gè)整個(gè)半圓的波形，這些指波并沒有指向性。但是在離開超聲波空間的某一點(diǎn)的聲壓是這些子波所迭加的結(jié)果，這個(gè)就是所謂的衍射，衍射的波形就有指向性。</p><p>　　二．傳感器的頻率特性</p><p>　　圖 2.2所示就是超聲波傳感器的頻率特性曲線。從圖中可以看出f0＝40KHz為超聲波發(fā)射傳感器的中心頻率，在f0處超聲波能產(chǎn)生最強(qiáng)的超聲波機(jī)械

44、波，這也就是說(shuō)在f0處傳感器產(chǎn)生的超聲波的聲壓能量等級(jí)是最高的。而在f0處兩側(cè)的聲壓能量等級(jí)就會(huì)成指數(shù)衰減。所以，用來(lái)激勵(lì)超聲波傳感器的交流電壓的頻率一定要非常接近中心頻率f0才能有效的產(chǎn)生機(jī)械波。</p><p>　　圖 2.2超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線</p><p>　　同樣，超聲接收傳感器的頻率特性和超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性也是類似的。曲線在f0處也是最高的,所以是說(shuō)能輸出的

45、電信號(hào)的幅度也是最大的，即頻率在 f0處的接收靈敏度是最高的。因此，超聲波接收傳感器同樣也具有很好的頻率選擇的特性。要注意的是超聲波傳感器的特性曲線還和輸出端的外接電阻也有很大的關(guān)系，假如電阻很小的話，頻率特性就會(huì)使光滑而且較寬的帶寬，與此同時(shí)靈敏度也會(huì)隨之降低，而且最大靈敏度也會(huì)向稍低的頻率移動(dòng)。假如電阻很大的話，頻率特性就是尖銳共振的，而且在這個(gè)共振頻率上的靈敏度也會(huì)變得很高。因此，超聲波傳感器應(yīng)該和輸入阻抗較高的前置放大器一起使用

46、才能達(dá)到有較高接收靈敏度的效果。</p><p>　　2.2超聲波測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn)方式</p><p>　　以超聲波測(cè)距原理為分類依據(jù)則可分為兩類，一類是共振式，另一類就是脈沖反射式。本文中運(yùn)用到的方式就是第二種方式。這種方式就是利用超聲波的反射特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。超聲波的測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一個(gè)方向不斷的發(fā)射出超聲波，在發(fā)出超聲波的時(shí)候就開始計(jì)時(shí)，此時(shí)超聲波在空氣中傳播。當(dāng)遇到障礙物時(shí)

47、，由于其反射特性會(huì)反射會(huì)大部分超聲波，在接收器接收到反射波的時(shí)候就會(huì)立即停止計(jì)時(shí)，得到一個(gè)時(shí)間t。在常溫的環(huán)境下，超聲波的傳播速度和普通聲音是一樣的，在空氣中的速度也是340m/s，根據(jù)剛才得帶的時(shí)間t，就可以利用公式計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)和障礙物之間的距離S，即：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中，t0就是超聲波在發(fā)射點(diǎn)和障礙物之

48、間的單程傳播時(shí)間。</p><p>　　很容易可以看出它的主要組成部分有： </p><p>　　(1) 供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器；</p><p>　　(2) 使接收和發(fā)射工作在不同時(shí)間的轉(zhuǎn)換開關(guān)；</p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)換電能為聲波能，且能將聲波能發(fā)射到空氣中的發(fā)射傳感器；</p><p>　　(4) 接收反射

49、波能和轉(zhuǎn)換波能成為電能信號(hào)的接收傳感器；</p><p>　　(5) 接收放大器，能使微弱的反射波可以放大到一定程度，并使反射波去激發(fā)記錄設(shè)備；</p><p>　　(6) 記錄與控制設(shè)備</p><p>　　在超聲波的測(cè)量系統(tǒng)中，如果頻率取得過(guò)低，外界的雜音對(duì)系統(tǒng)的干擾就會(huì)較多；如果頻率取得過(guò)高，那么在傳播的過(guò)程中衰減就會(huì)較大。所以在用超聲波測(cè)量時(shí)，通常會(huì)使用頻率

50、為40KHz 的超聲波。目前能用超聲波測(cè)量的距離一般在幾米到幾十米之間，是一種非常適合室內(nèi)測(cè)量的方法。</p><p>　　通常我們?cè)诰嚯x測(cè)量系統(tǒng)中常用到的頻率范圍是25KHz～300KHz的脈沖波，接收和發(fā)射的傳感器有時(shí)會(huì)兩個(gè)分開，有時(shí)就會(huì)共用一個(gè)傳感器。發(fā)射電路一般都是由功放和震蕩兩部分組成，對(duì)傳感器產(chǎn)生一個(gè)有一定脈沖寬度的高壓脈沖串，在由發(fā)射傳感器把電能轉(zhuǎn)換成超聲波能發(fā)射出去。放大器是接收電路的重要組成部分

51、，主要是用于對(duì)回波信號(hào)的放大，以方便記錄與處理。同時(shí)接收放大器要有足夠?qū)挼念l帶，以便能是它能接收到有一定頻帶寬度的脈沖信號(hào)。收發(fā)隔離則能使接收裝置避開信號(hào)強(qiáng)大的發(fā)射信號(hào)。記錄和控制部分時(shí)用來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉發(fā)射電路的，并且記錄下接收和發(fā)射的瞬時(shí)，同時(shí)通過(guò)對(duì)記錄時(shí)間的處理轉(zhuǎn)換成距離的形式并顯示在數(shù)碼管上。</p><p>　　2.3影響超聲波探測(cè)的主要因素</p><p>　　在圖2.3中，是倒車

52、雷達(dá)的模擬圖。它是利用一個(gè)超聲波傳感器來(lái)發(fā)射出超聲波，同時(shí)也是用這個(gè)傳感器來(lái)接收反射波的。通常使用的頻率為40KHZ的超聲波。根據(jù)上面說(shuō)講述的測(cè)距原理，所計(jì)算出的距離是指?jìng)鞲衅鞯秸系K物之間的距離，所以在實(shí)際中車尾的真正距離還是有一點(diǎn)偏差的。</p><p>　　圖2.3倒車?yán)走_(dá)的模擬圖</p><p>　　傳感器可以檢查到的角度：傳感器發(fā)射的超聲波都有一定的角度范圍，圖2.4，圖2.5所示

53、為常用傳感器的大致的探測(cè)角度:</p><p>　　圖2.4探測(cè)角度垂直模擬圖</p><p>　　圖2.5探測(cè)角度水平模擬圖</p><p>　　以上錐形區(qū)域就是發(fā)射超聲波的有效區(qū)域，而是否能探測(cè)到有效區(qū)域內(nèi)的障礙區(qū)還與以下幾點(diǎn)因素相關(guān)關(guān)(見圖2.6所示):</p><p>　　1） 從物理的反射原理方面:超聲波的反射規(guī)律和普通波形一樣，反

54、射角等于入射角，所以，反射波能否被接收傳感器接收到還與反射面的角度相關(guān)。</p><p>　　2） 反射面的大小不同，同樣也會(huì)影響到反射波的強(qiáng)度。</p><p>　　3） 障礙物還會(huì)吸收一部分超聲波，反射回去的波是其中一部分而已，而吸收的多少和反射多少，則又與障礙物的材質(zhì)還有表面的粗糙程度相關(guān)。疏松、多孔的表面比較容易吸收聲波，這樣就會(huì)導(dǎo)致反射回來(lái)的波大大減弱，而不易被偵測(cè)到。</

55、p><p>　　4） 超聲波本身在空氣中傳輸時(shí)就會(huì)有一定程度的衰減，所以在同一個(gè)反射面，同樣的角度時(shí)，被測(cè)物德距離越遠(yuǎn)，發(fā)射出去后的聲波就會(huì)衰減的越多，從而導(dǎo)致反射回來(lái)的波能就越少。就會(huì)很難被傳感器接收到。</p><p>　　5） 概括以上幾點(diǎn)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是:角度、大小、距離和表面材質(zhì)。這些因素都可以影響到探測(cè)結(jié)果，這些因素就決定著是否會(huì)探測(cè)到障礙物。</p><p>

56、　　圖2.6 超聲波探測(cè)障礙物的角度</p><p>　　根據(jù)以上原理可知，在以下環(huán)境中，容易造成無(wú)法探測(cè)及探測(cè)結(jié)果不理想的情況！</p><p>　　1）草地行車或崎嶇不平的路面。</p><p>　　2）傳感器表面附著有異物。</p><p>　　3）鐵絲網(wǎng)，繩索類等細(xì)小物體。</p><p>　　4）障礙物為銳

57、角反射體，即錐狀物體時(shí)。</p><p>　　5）同頻率的超聲波雜音外加金屬聲，高壓氣體的排放聲，汽車?yán)葘?duì)著傳感器鳴叫時(shí)。</p><p>　　6）棉質(zhì)或者表面容易吸收聲波的物質(zhì)。</p><p>　　第3章 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)想</p><p>　　3.1超聲波測(cè)距的整體方案</p><p>　　系統(tǒng)的整體設(shè)

58、計(jì)以及對(duì)器件的選擇也是在這個(gè)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖 3.1 中所示。</p><p>　　圖 3.1 超聲波測(cè)距硬件連接結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　現(xiàn)在電子市場(chǎng)上常見的超聲波傳感器是接收和發(fā)射分體的，一般固有頻率是40KHz。如果想要還要高頻的超聲波傳感器就需要專業(yè)的生產(chǎn)廠商去訂做了。由于條件有限，我現(xiàn)在就選擇用的傳感器的固有頻率是40KHz的，有一個(gè)發(fā)射傳感器SZW-S40

59、-12M和一個(gè)接收傳感器SZW-R40-10P，它們的特性參數(shù)就如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 超聲波接收發(fā)射傳感器參數(shù)</p><p>　　發(fā)射電路經(jīng)常會(huì)采用調(diào)諧式與非調(diào)諧式。在調(diào)諧式的電路中會(huì)有一個(gè)調(diào)諧線圈（有時(shí)會(huì)裝在傳感器內(nèi)），其諧振頻率是由調(diào)諧電路的電容和電感所決定的，發(fā)射出去的超聲波脈沖的頻帶會(huì)較窄。相反在非調(diào)諧式電路中就沒有這個(gè)調(diào)諧線圈，發(fā)射出去的超聲波的頻率就

60、主要由壓電陶瓷晶片的固有參數(shù)所決定的，其頻帶會(huì)較寬。為了能將一定振幅和一定頻率的交流電壓加在發(fā)射探頭的兩端，從而能使傳感器產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)出超聲波。</p><p>　　所以電路頻率的選擇就是非常重要的。在選擇時(shí)就應(yīng)該滿足發(fā)射探頭的頻率為40KHz，這樣才能使其在諧振頻率的狀態(tài)下工作，達(dá)到理想的結(jié)果。發(fā)射觸發(fā)電壓從理論上說(shuō)是電壓越高越好，那是因?yàn)閷?duì)相同的一個(gè)傳感器來(lái)說(shuō)，其發(fā)射電壓越高的話，它所發(fā)射出去的超聲波的能量就越

61、高，功率也會(huì)越大。這樣接收到的回波的能量就越大，容易對(duì)回波進(jìn)行數(shù)據(jù)上的處理，這樣就降低了接收電路的設(shè)計(jì)要求。但是，實(shí)際上每個(gè)發(fā)射傳感器的工作電壓都是由其極限值的，就是當(dāng)工作電壓超過(guò)一定的電壓時(shí)，就會(huì)對(duì)傳感器造成不可修復(fù)的損傷。所以說(shuō)我們對(duì)其加載的觸發(fā)電壓不能超過(guò)這個(gè)極限值。與此同時(shí)，發(fā)射電路中的阻尼電阻是決定電路阻尼情況的。同上我們會(huì)采用通過(guò)改變阻尼電阻去改變超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。電阻很大的時(shí)候，阻尼就小，發(fā)射的強(qiáng)度就會(huì)很大，儀器的精度較低

62、實(shí)用與探測(cè)厚度較大的，對(duì)精度不高的物體。相反，電阻小的時(shí)候，電阻阻尼就大，發(fā)射出的強(qiáng)度就弱，對(duì)精度要求較高的，對(duì)探測(cè)物表面缺陷要求高的應(yīng)當(dāng)采用。</p><p>　　3.2系統(tǒng)的主要參數(shù)</p><p>　　系統(tǒng)的主要參數(shù)包括傳感器的指向角、脈沖寬度、工作頻率、聲速、測(cè)量盲區(qū)等，在下面將會(huì)做簡(jiǎn)單的介紹。</p><p>　　3.2.1 傳感器的指向角</p&g

63、t;<p>　　傳感器的指向角就是指聲束半功率點(diǎn)之間的夾角，這是影響測(cè)距效果的一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)，它將會(huì)直接影響測(cè)量的分辨率。對(duì)于圓形傳感器來(lái)講，它的面積大小，工作波長(zhǎng)λ還有傳感器的半徑 r 相關(guān)。</p><p>　　由公式 (3-1)</p><p>　　當(dāng)選擇 f0=40KHz 時(shí)，λ＝C/f0=8.5mm。當(dāng)f0選定后，傳感器的指向角θ就近

64、似的看成與傳感器的半徑成反比。指向角θ越小時(shí)，空間分辨率就越高，就要求傳感器半徑r要越大。由于目前電子市場(chǎng)上的壓電式傳感片的規(guī)格有限，為了系統(tǒng)降低成本，同時(shí)在不降低空間分辨率的前提條件下，選擇國(guó)產(chǎn)壓電傳感器片，其最大半徑為r=6.3mm，所以 。</p><p><b>　　3.2.2聲速</b></p><p>　　聲速的精確程度決定了測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精

65、度。在傳播介質(zhì)中聲波的傳播速度會(huì)隨著雜質(zhì)含量，介質(zhì)壓力，和溫度的變化而變化。聲速隨著溫度的改變而改變的公式為</p><p><b>　　(3-2) </b></p><p>　　其中，T 是溫度。由于該測(cè)距系統(tǒng)用于常溫的測(cè)量，而且量程也不大，溫度就可以看作為定值。在常溫的環(huán)境下，聲音在空氣中的速度可根據(jù)以上公式計(jì)算出為大約為 340 mm/ms。</p>

66、<p>　　3.2.3 測(cè)距儀的工作頻率</p><p>　　由文獻(xiàn)[5]得知，超聲波在空氣中的衰減系數(shù)為。所以，超聲波在空氣中的衰減對(duì)頻率是很敏感的，所以要求合理的選擇超聲波頻率，通常我們一般選擇頻率為40KHz 左右。頻率太高的超聲波是無(wú)法在空氣中傳播開去的。所以說(shuō)傳感器的工作頻率是整個(gè)測(cè)距系統(tǒng)的主要參數(shù)，它會(huì)直接影響超聲波的擴(kuò)散以及吸收損失，背景噪聲，障礙物的反射損失，并且還會(huì)直接決定了傳感器

67、的尺寸。</p><p>　　對(duì)工作頻率的確定主要是基于以下這幾點(diǎn)的考慮：</p><p>　　(1) 假如對(duì)測(cè)距能力的要求很大，那么聲波傳播損失就會(huì)相對(duì)增加，又由于介質(zhì)對(duì)聲波的吸收和聲波工作頻率的平方是成正比的，為了減少聲波在傳播過(guò)程中的損失，就必須去降低工作頻率。</p><p>　　(2) 從傳感器的設(shè)計(jì)角度來(lái)看，工作的頻率越低，那么傳感器尺寸就要越大，導(dǎo)致制

68、造和安裝就會(huì)越困難。</p><p>　　（3）假如其工作頻率越高，對(duì)于同一尺寸的換能器來(lái)說(shuō)，那么傳感器的方向性就會(huì)越尖銳，測(cè)量障礙物的復(fù)雜表面就會(huì)越準(zhǔn)，并且尺寸分辨率高，波長(zhǎng)短，細(xì)微的就容易辨識(shí)清楚，所以從測(cè)量復(fù)雜的障礙物表面以及測(cè)量精度來(lái)看，傳感器的工作頻率就要求提高了。</p><p>　　綜合上上面的論述，由于本測(cè)距儀的最大量程并不大，所以選擇測(cè)距儀的工作頻率在 40KHz。這樣傳

69、感器方向性較為尖銳，而且容易避開噪聲，還提高了信噪比；雖然在傳播損失方面相對(duì)低頻的會(huì)有所增加，但這不會(huì)給發(fā)射和接收帶來(lái)很大的困難。</p><p>　　3.2.4發(fā)射脈沖寬度</p><p>　　發(fā)射脈沖的寬度決定了倒車?yán)走_(dá)的測(cè)量盲區(qū)，同時(shí)也會(huì)影響測(cè)量的精度，也會(huì)和信號(hào)的發(fā)射能量有關(guān)。根據(jù)查閱的資料顯示，較小發(fā)射的脈沖寬度可以減少測(cè)量盲區(qū)，提高測(cè)量的精度，同時(shí)也可以相應(yīng)的減少發(fā)射脈沖的能量

70、。但是會(huì)對(duì)接收的回波不利。但是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，較寬的脈沖寬度會(huì)直接增加測(cè)量盲區(qū)，對(duì)接收回波的電路也會(huì)造成很大的困難。</p><p><b>　　3.2.5測(cè)量盲區(qū)</b></p><p>　　在傳感器脈沖反射的方式下工作是，電壓很高是發(fā)射的電脈沖在觸發(fā)傳感器的同時(shí)也會(huì)部分進(jìn)入接收。此時(shí)，放大器的放大倍數(shù)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)降低，這種現(xiàn)象被稱為阻塞。不同的儀器的阻塞程度是不同的

71、。根據(jù)在阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)的時(shí)候就會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)不了障礙物。由于發(fā)射出的聲脈沖本身就有一定的脈沖寬度，再加上放大器的阻塞問題，在接近要發(fā)射脈沖的一段時(shí)間內(nèi)，要發(fā)現(xiàn)的障礙物往往是發(fā)現(xiàn)不了的，就這段時(shí)間被稱為盲區(qū)，下面將會(huì)做具體的分析：</p><p>　　在發(fā)射超聲波的時(shí)候，雖然發(fā)射信號(hào)只是維持一個(gè)很短的時(shí)間，但是在停止發(fā)射信號(hào)后，傳感器會(huì)存在余振，這個(gè)余振是由于接卸波德慣性所造成 。所以

72、，在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，加在放大器輸入端的接收信號(hào)幅值會(huì)有一定幅值的高度，有時(shí)可以達(dá)到限幅電平 ；從另一方面來(lái)說(shuō)，接收傳感器接收到的反射信號(hào)卻比發(fā)射出去的信號(hào)要小，達(dá)不到限幅電路中的限幅電平。在反射面離傳感器越來(lái)越遠(yuǎn)的時(shí)候，發(fā)射和接收的信號(hào)的相隔時(shí)間就會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，當(dāng)然其接收的幅值也會(huì)越來(lái)越小。由于在超聲波檢測(cè)系統(tǒng)中，超聲波在傳播中的衰減往往要比停留在傳感器的余振要快得多，為了達(dá)到一定的信噪比，回波一定要達(dá)到一定的閥值，這個(gè)閥值就是可以使放

73、大電路能接收到有效的輸入信號(hào)。</p><p>　　第4章 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件電路介紹</p><p>　　4.1.單片機(jī) AT89C51介紹</p><p>　　AT89C51單片機(jī)是一個(gè)低電壓，高性能的8位單片機(jī)，器件采用了ATMEL公司的非易失性，高密度的存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，可以兼容MCS-51的指令系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)置了通用型Flash存儲(chǔ)單元和八位中央處理

74、器，為功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)提供了具有很高性價(jià)比的解決方案。</p><p>　　AT89C51是一個(gè)高性能低能耗的單片機(jī)，它有32個(gè)外部雙向輸出輸入接口，40個(gè)引腳，兩個(gè)十六位的可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)外部中斷口還有兩個(gè)串行通信數(shù)據(jù)接口，AT89C51可以在線編程，同時(shí)也可以按照常規(guī)的編程方法進(jìn)行編程。它將通用的Flash存儲(chǔ)器和微型處理器相結(jié)合，其內(nèi)置的可反復(fù)擦拭讀寫的Flash存儲(chǔ)器可以非常有效的降低

75、系統(tǒng)開發(fā)成本。</p><p>　　AT89C51單片機(jī)的主要特性如下：</p><p>　?。?）可與MCS-51 兼容 </p><p>　　（2）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 </p><p>　?。?）壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　?。?）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p>

76、　?。?）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　?。?）128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　?。?）對(duì)三級(jí)程序存儲(chǔ)器的鎖定</p><p>　　（8）32位可編程輸入輸出線</p><p><b>　?。?）5個(gè)中斷源 </b></p><p>　　（10）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

77、</p><p>　　（11）可編的程串行通道</p><p>　?。?2）低能耗的閑置和掉電模式</p><p>　?。?3）片內(nèi)自帶振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p>　　輸入輸出端口的編程是根據(jù)應(yīng)用電路的功能和具體的要求對(duì)寄存器進(jìn)行編程。其編程步驟如下：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求來(lái)選擇需要使用的輸入輸出端

78、口，再用偽指令來(lái)定義其相應(yīng)的寄存器；</p><p>　　初始化端口的輸出寄存器，應(yīng)該要注意的是在輸出時(shí)的剛開始階段避免不確定狀態(tài)的出現(xiàn)。</p><p>　　根據(jù)外接電路確定 I/O 端口的方向，并且初始化端口數(shù)據(jù)方向寄存器。但是對(duì)于輸入端口的初始化可以不作考慮，因?yàn)?I/O 的復(fù)位初始值就是為輸入的。</p><p>　　假如用作輸入的 I/O 端口管腳需要上拉

79、，在通過(guò)管腳的上拉寄存器為其內(nèi)部配置上上拉電阻。</p><p>　　最后才可以編寫對(duì) I/O 端口進(jìn)行輸入輸出的程序，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的功能要求。    </p><p>　　圖4.1 AT89C51單片機(jī)芯片</p><p><b>　　4.1.1管腳安排</b></p><p>

80、;　　我根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，把各接口的功能做如下安排：</p><p>　　P3.0: 產(chǎn)生并輸出一個(gè)40KHZ的脈沖信號(hào)。（用于前方測(cè)距電路）</p><p>　　INT1: 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，外接前方測(cè)距電路。</p><p>　　P2.0: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P2.1: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。<

81、;/p><p>　　P2.2: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P2.3: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P2.4: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P2.5: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P2.6: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。<

82、;/p><p>　　P2.7: 用于顯示電路輸出，外接顯示器。</p><p>　　P1.2: 外接報(bào)警蜂鳴電路</p><p>　　X1：接外部晶振。在單片機(jī)的內(nèi)部，這個(gè)端口是一反相放大器的輸入端，這個(gè)反相放大器就是構(gòu)成片內(nèi)的振蕩器。當(dāng)系統(tǒng)采用的是外部振蕩器時(shí)，這個(gè)引腳就應(yīng)該接地。</p><p>　　X2：也是接外部晶振。在單片機(jī)內(nèi)是接到振蕩

83、器的反相放大器的輸出端，還有內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端口。當(dāng)系統(tǒng)采用的是外部振蕩器時(shí)，那么該引腳就應(yīng)該接外部振蕩信號(hào)的輸入端口。</p><p>　　RST：AT89C51 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，此引腳的工作點(diǎn)位為高電位，當(dāng)要對(duì)芯片復(fù)位時(shí)，那么只要簡(jiǎn)單的將這個(gè)管腳的點(diǎn)位提高到高點(diǎn)位就可以實(shí)現(xiàn)，AT89C51 就馬上能完成系統(tǒng)的復(fù)位動(dòng)作。</p><p><b>　　4.2電源的設(shè)計(jì)&l

84、t;/b></p><p>　　圖4.3是我設(shè)計(jì)的供電電源原理圖。該電源是從18號(hào)19號(hào)管腳處接入12伏的汽車電源。經(jīng)過(guò)芯片LM7805的處理后從3號(hào)端口輸出一個(gè)5伏的電源。這個(gè)電源就是供給整個(gè)系統(tǒng)的工作電流。</p><p><b>　　圖4.3電源原理圖</b></p><p>　　4.3發(fā)射和接收電路</p><

85、p>　　圖4.4發(fā)射電路原理圖</p><p>　　上圖4.4所示為系統(tǒng)中運(yùn)用到得電路發(fā)射圖。</p><p>　　發(fā)射電路是由脈沖產(chǎn)生電路和脈沖發(fā)射電路所組成。脈沖發(fā)射電路是由單片機(jī)的P1.1端口來(lái)控制的。這個(gè)電路的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)40KHz的脈沖電壓。當(dāng)脈沖電壓導(dǎo)通三極管后，傳感器兩端就會(huì)得到一個(gè)40KHz的脈沖電壓。這個(gè)電業(yè)可以激勵(lì)傳感器把電能轉(zhuǎn)換為聲能，以超聲波的形式發(fā)射出

86、去。其流程圖如下圖4.5所示。</p><p><b>　　脈沖電壓</b></p><p><b>　　發(fā)出超聲波</b></p><p>　　圖4.5發(fā)射電路流程圖</p><p>　　圖4.6接收與放大電路原理圖</p><p>　　接收與放大電路如上圖4.6所示，當(dāng)

87、發(fā)射電路從傳感器Y1處發(fā)射出一個(gè)超聲波信號(hào)時(shí)。超聲波遇到障礙物，反射回來(lái)的波形會(huì)被傳感器Y2接收到。此時(shí)Y2所接收到得信號(hào)強(qiáng)度會(huì)較弱，很難被下面的音頻解碼電路識(shí)別與處理。所以在這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器U1A的時(shí)候會(huì)被一級(jí)放大，再經(jīng)過(guò)U1B的時(shí)候回被兩級(jí)放大。在兩級(jí)放大后就會(huì)得到一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度比較適中的信號(hào)。此時(shí)的信號(hào)將會(huì)傳到音頻解碼電路中進(jìn)行處理。</p><p><b>　　4.4顯示電路</b>

88、</p><p>　　顯示器是電路系統(tǒng)中經(jīng)常用到的器件。它可以直觀的顯示出系統(tǒng)的工作狀態(tài)和一些系統(tǒng)參數(shù)。顯示器的類別有很多，大家一般聽到顯示器就是我們平時(shí)電腦上的硬件，液晶屏。這個(gè)是比較復(fù)雜的顯示器，分辨率較高。顯示器的尺寸也有大小，小到我們的手機(jī)，大到我們的電視機(jī)，這些都是液晶顯示屏。還有一種顯示器是罪簡(jiǎn)單的數(shù)碼顯示管，我們常見到的有平時(shí)在用的簡(jiǎn)單計(jì)算器，這種屏幕可以顯示數(shù)字和字母。由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求只是要顯示

89、厘米到米之間的數(shù)據(jù)，并且最遠(yuǎn)的顯示距離為3米。所以我只要選擇三個(gè)數(shù)碼管就能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　在單片機(jī)的應(yīng)用中數(shù)碼管顯示器的工作狀態(tài)有兩種，一種是靜態(tài)的工作狀態(tài)，還有一種就是動(dòng)態(tài)的工作狀態(tài)。所謂靜態(tài)的工作狀態(tài)，顧名思義就是顯示一個(gè)固定的數(shù)值，固定的字符。通過(guò)微機(jī)給各個(gè)管腳供電來(lái)顯示出要求的畫面。但是很麻煩的是，當(dāng)你想改變它的顯示方式時(shí)，你就又要去改變供電管腳來(lái)拼出所要表達(dá)的另一種畫面。這種工作方

90、式只會(huì)應(yīng)用到我們平時(shí)基本上不會(huì)去改變的地方，比如說(shuō)指示牌，夜間提醒標(biāo)識(shí)等。應(yīng)用有很大的局限性。而動(dòng)態(tài)顯示的工作方式就不一樣了，這種方法是采用給需要供電的LED管腳連續(xù)的提供脈沖電壓使之處于工作狀態(tài)，即采用分時(shí)的方法。這種方法是輪流的控制各個(gè)管腳的COM端。我的這個(gè)系統(tǒng)顯示要求是根據(jù)障礙物的距離變化不斷的改變顯示數(shù)字，所以說(shuō)我采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。下圖4.7為顯示電路原理圖</p><p>　　圖4.7顯示電路原理圖

91、</p><p><b>　　4.5音頻解碼電路</b></p><p>　　本論文中用到的音頻解碼芯片是LM567。該芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一系列集成鎖相環(huán)路中的一種。它的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔精巧，并且具有良好的中心頻率穩(wěn)定性和良好的抑制噪音的能力。價(jià)格也較為便宜廉價(jià)，所以被應(yīng)用在很多的音頻譯碼電路中。</p><p>　　這個(gè)芯片的鎖相環(huán)其

92、實(shí)就是一個(gè)閉環(huán)的負(fù)反饋相位控制系統(tǒng)，它有三個(gè)基本部件組成。其中包括了低通濾波器，相位檢波器還有就是壓控振蕩器。</p><p><b>　　Ud(t)uc</b></p><p><b>　　Ui(t)+</b></p><p><b>　　+</b></p><p>&l

93、t;b>　　_</b></p><p>　　圖4.8鎖相環(huán)的工作原理圖</p><p>　　4.5.1芯片LM567的介紹</p><p>　　圖4.9LM567芯片</p><p>　　工作原理：芯片的5號(hào)和6號(hào)腳接的是定時(shí)電阻和電容。這個(gè)決定了鎖相環(huán)內(nèi)部的壓控振蕩器中心頻率。2號(hào)管腳接地，在之間接一個(gè)電容C2。2號(hào)管腳外

94、接的電容C2是對(duì)鎖相環(huán)捕捉的帶寬Bw是有一定影響的。1號(hào)腳接地，之間接一電容C1，是正交相位檢波器所輸出的濾波，它的電容值和2號(hào)管腳的C2相比要大很多，至少應(yīng)該是C2的兩倍大小。3號(hào)管腳是信號(hào)的輸入端，輸入的信號(hào)的幅度要求應(yīng)該大于25mV，其最適合的值為200mV左右。當(dāng)LM567輸入的信號(hào)的頻率和內(nèi)部的振蕩中心頻率出不多時(shí)，那么芯片的邏輯輸出端，即8號(hào)管腳將會(huì)從高電平跳為低電平，從而輸出一個(gè)反向的脈沖。8號(hào)管腳不但可以用來(lái)選頻，還可以

95、用來(lái)形成反向脈沖。改變這邊電阻Rp值的大小可以改變選頻的頻率。因?yàn)?號(hào)管腳是集電極開路時(shí)輸出，所以在實(shí)際應(yīng)用中，芯片的8號(hào)管腳上就要接一個(gè)上拉電阻到正極VCC處。</p><p>　　4.5.2芯片LM567的使用注意要點(diǎn)</p><p>　　首先要適當(dāng)而精確的設(shè)定該芯片的帶寬和工作頻率。2號(hào)腳可以改變需要處理的帶寬，其外接的電容值越小，那么帶寬就會(huì)越大，相反就會(huì)越小。但是我們?cè)趯?shí)際的操作

96、中不能一味的減少電容值來(lái)加大帶寬的寬度，因?yàn)槟菢訒?huì)影響到芯片的抗干擾能力，有的時(shí)候還有可能會(huì)造成錯(cuò)誤的觸發(fā)，這樣就會(huì)嚴(yán)重影響了該芯片的可靠性。還有在使用的時(shí)候一定要防止5號(hào)管腳的外接電路的短路和斷路現(xiàn)象。否則無(wú)論如何的數(shù)值輸入，8號(hào)管腳的輸出電平都將會(huì)是低電平。這樣就不能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能了。</p><p>　　其次要保證芯片LM567的振蕩頻率穩(wěn)定，那么要使它的工作電壓也要保持穩(wěn)定。應(yīng)該盡量控制通頻帶的中心頻率與振

97、蕩的中心頻率相同，這樣可以提高芯片的可靠性和電路的靈敏度。</p><p>　　最后要避免輸出端在接通的瞬間出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作。因?yàn)樵诮油娫吹臅r(shí)候，8號(hào)管腳的電平在低位，所以就要加入一個(gè)延時(shí)電路。</p><p><b>　　4.6蜂鳴報(bào)警電路</b></p><p>　　蜂鳴報(bào)警電路由兩個(gè)電阻，一個(gè)放大器和一個(gè)喇叭組成。電路圖中的電阻R16的阻

98、值是10K，R17的阻值為1K。電路信號(hào)由單片機(jī)的p1.5給出，當(dāng)發(fā)射出去的超聲波被障礙物反射回后，并且被接收器接收到得時(shí)候，經(jīng)過(guò)放大電路和音頻解碼電路的處理后。假如達(dá)到報(bào)警電路的報(bào)警需求那么單片機(jī)的端口就會(huì)向報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這個(gè)報(bào)警信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的放大后通過(guò)蜂鳴器來(lái)達(dá)到報(bào)警的目的。蜂鳴報(bào)警電路的原理圖如下圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 蜂鳴報(bào)警電路</p><p>

99、;　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本片論文中的倒車?yán)走_(dá)防撞預(yù)警系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)的，這塊單片機(jī)芯片和它的開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。首先它的編程語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，表達(dá)能力好，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，生成的代碼質(zhì)量高，可以直接控制外圍電路的硬件系統(tǒng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　一、信號(hào)控制</b></p><p>

100、　　在這整個(gè)系統(tǒng)的硬件中，已經(jīng)完成了對(duì)接收電路，顯示電路，發(fā)射電路，門限檢測(cè)等電路的設(shè)計(jì)。而在軟件設(shè)計(jì)中，還要用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)增益控制信號(hào)，發(fā)射脈沖，門控，遠(yuǎn)近控制，峰值采集等這些信號(hào)的時(shí)序和輸出。</p><p><b>　　二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)</b></p><p>　　為了準(zhǔn)確的得到接收與發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差，并且讀出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，還要把這個(gè)數(shù)值存儲(chǔ)在RAM內(nèi)，并且在每次發(fā)

101、射超聲波的時(shí)候都要對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，從而不印象下一次的數(shù)據(jù)處理。</p><p><b>　　三、信號(hào)處理</b></p><p>　　在RAM中所存儲(chǔ)的數(shù)值不是可以用來(lái)直接輸出的距離數(shù)值，因?yàn)槠溟g的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公式為：S=0.5*V*T在式中，T 是發(fā)射和接收信號(hào)之間的時(shí)間差，N為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。在這個(gè)處理部分中，包括對(duì)計(jì)數(shù)值和距離值的換算，對(duì)二進(jìn)制和十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換計(jì)算。

102、</p><p><b>　　四、數(shù)據(jù)傳輸與顯示</b></p><p>　　數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件的處理后的到得距離，輸出是用三個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示的。由于系統(tǒng)用到的是單片機(jī)AT89C51并且還要考慮到整個(gè)系統(tǒng)的流程，系統(tǒng)的軟件部分都是由匯編語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于需要計(jì)算的距離值和顯示是在子程序中完成實(shí)現(xiàn)的，所以要在初始化發(fā)射子程序后就要進(jìn)入到中斷響應(yīng)的等待階段。在此階段以后，原始采

103、集到得數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)換算子程序的處理，二進(jìn)制和十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換程序后，同時(shí)會(huì)顯示在數(shù)碼管上。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)主要包括主程序，中斷子程序和顯示報(bào)警子程序等。</p><p><b>　　5.1主程序</b></p><p>　　主程序是程序的主體，系統(tǒng)的所有功能的實(shí)現(xiàn)都是在這個(gè)主程序的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中主程序會(huì)不斷的調(diào)用子程序和中斷程序。程序開始的時(shí)候首先要完成各

104、種初始化，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)連續(xù)調(diào)用發(fā)射子程序數(shù)次，而且在每次發(fā)射周期結(jié)束后都會(huì)判斷是否接收到回波。流程圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 主程序流程圖</p><p>　　一、40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 </p><p>　　在脈沖產(chǎn)生前需要先對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化，在這里我選擇的是工作方式1定時(shí)器模式，所

105、以TMOD應(yīng)該設(shè)定為01H。接著用STEB TR0指令去開啟T0，在開啟T0后的同時(shí)開始發(fā)射超聲波脈沖。</p><p>　　本系統(tǒng)中所用到的超聲波傳感器是壓電式陶瓷傳感器，其工作電壓頻率為40kHz的脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是由單片機(jī)執(zhí)行下面程序而產(chǎn)生的。 </p><p>　　PUZEL： MOV 14H, #12H ；超聲波發(fā)射時(shí)間持續(xù)200ms </p><p>

106、;　　HERE： CPL P1.0 ； </p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJZN 14H，HERE</p><p>

107、<b>　　RET </b></p><p>　　測(cè)距電路的輸入端與單片機(jī)P1.0端口連接，當(dāng)執(zhí)行以上的程序之后，在P1.0端口就能輸出一個(gè)頻率為40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管的放大后，放大后的脈沖驅(qū)動(dòng)傳感器產(chǎn)生超聲波，持續(xù)發(fā)射時(shí)間為200ms。</p><p>　　二、 超聲波的接收與處理 </p><p>　　超聲波的接受是由外部中斷口

108、INT0是否有中斷脈沖產(chǎn)生來(lái)判斷的。定時(shí)子程序轉(zhuǎn)回來(lái)的時(shí)候，要對(duì)中斷進(jìn)行初始化。選定的是INT0口，工作方式為脈沖方式。</p><p>　　STEB EA ； 中斷總允許</p><p>　　STEB EX0 ； INT0中斷允許</p><p>　　STEB PX0 ； 設(shè)置INT0為高優(yōu)先級(jí)中斷</p><p>　　

109、STEB IT0 ； 設(shè)置INT0為脈沖方式</p><p>　　HERE：JMP $ ；等待中斷</p><p>　　接收傳感器采用與發(fā)射傳感器配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器U1A和U1B兩極放大后加至U2。U2是帶有鎖向環(huán)的音頻譯碼集成模塊LM567，它的內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率為f0=1/1.1R8C3，電容C4決定了芯片的鎖定帶寬?？?/p>

110、變電阻R8在發(fā)射的載頻上，那么當(dāng)LM567輸入信號(hào)大于25mV時(shí)，輸出端8號(hào)腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，依此作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)進(jìn)行處理。 </p><p>　　前方測(cè)距電路的輸出端接到單片機(jī)的INT0端口處，其中斷優(yōu)先級(jí)為最高，另外左、右測(cè)距電路的輸出是通過(guò)與門IC3A接至單片機(jī)的INT1端口，與此同時(shí)單片機(jī)的P1.3和P1.4端口接到IC3A的輸入端，其中斷源的辨別是通過(guò)程序查詢來(lái)完成的，其中斷優(yōu)先級(jí)是先右