基于超聲波的汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

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1、 本 科 專 業(yè) 課 課 程 設(shè) 計(jì) 第 33 頁 共 33 頁目 錄1 緒論12 課題簡(jiǎn)介及其發(fā)展現(xiàn)狀221 課題研究現(xiàn)狀及其發(fā)展意義222 超聲波簡(jiǎn)介33 總體設(shè)計(jì)方案431 設(shè)計(jì)總體思路概況432 超聲波測(cè)距原理533 超聲波傳感器634 控制系統(tǒng)框圖735 超聲波發(fā)射裝置設(shè)計(jì)836 超聲波接收裝置設(shè)計(jì)1037 溫度補(bǔ)償1138 顯示電路設(shè)計(jì)1239 報(bào)警裝置設(shè)計(jì)154 軟件設(shè)計(jì)1641 軟件工作流程1642 主程序流程圖1743 超聲波的發(fā)生子程序和中斷程序175 硬件設(shè)計(jì)1851 芯片的功能及其測(cè)距原理185.1.1 AT89C51的功能特點(diǎn)185.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理195

2、.1.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)2052 超聲波測(cè)距系統(tǒng)元器件清單20結(jié)束語22參 考 文 獻(xiàn)23附 錄18附錄1 汽車防撞測(cè)距儀原理圖24附錄2 程序清單251 緒論曾幾何時(shí)，汽車對(duì)很多家庭來說是不敢想象的。但隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的大幅度提高，百姓的收入日益增加，解決了溫飽問題的家庭開始奔向小康，表現(xiàn)最明顯的是交通工具的升級(jí)換代：一些家庭開始購(gòu)買汽車作為代步工具。近幾年我國(guó)汽車保有量逐年增加，2009年的保有量為6300萬輛，2010年達(dá)到7400多萬輛。按保守估計(jì)，未來國(guó)內(nèi)汽車保有量將達(dá)到4.9億輛左右，即大約350輛/千人。對(duì)于汽車數(shù)量的大副度攀升，盡管國(guó)家在公路設(shè)施上不斷地改進(jìn)，但道路上

3、的車輛仍然還是越來越多，尤其在上下班時(shí)段完全避免不了汽車擁擠的現(xiàn)狀。再加上汽車設(shè)計(jì)中車速的不斷提高，雖然公路上各路段都有限速，但撞車事件仍然在廣大人民的生活中屢屢發(fā)生，給人們帶來巨大的人身傷亡和社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失。針對(duì)汽車擁擠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種反應(yīng)快，穩(wěn)定性好而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車防撞測(cè)距儀對(duì)當(dāng)今汽車行駛安全現(xiàn)狀勢(shì)在必行。汽車防撞測(cè)距儀是一種向駕駛員報(bào)警的裝置，此汽車防撞測(cè)距儀能在汽車行駛和倒車過程中自動(dòng)檢測(cè)障礙物，然后通過超聲波測(cè)距原理測(cè)出汽車與障礙物之間的距離，并將距離顯示出來。當(dāng)汽車與障礙物之間的距離達(dá)到極限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，達(dá)到提醒司機(jī)防止撞車的目的。該汽車防撞測(cè)距儀，要求測(cè)量范圍在3050m

4、，測(cè)量精度12m，測(cè)量時(shí)與被測(cè)物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。功能說明：汽車倒車時(shí)，檢測(cè)車輛后方障礙物位置,并利用LED顯示屏將車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛員，同時(shí)啟動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警起到防撞的作用。系統(tǒng)能夠在高速行駛時(shí)，較準(zhǔn)確測(cè)量與前方障礙物的距離，并在車輛行駛到危險(xiǎn)距離時(shí)，發(fā)出急促的報(bào)警提醒駕駛員注意剎車。2 課題簡(jiǎn)介及其發(fā)展現(xiàn)狀21 課題研究現(xiàn)狀及其發(fā)展意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷進(jìn)步，汽車的數(shù)量逐年增加，汽車擁擠的現(xiàn)狀不可避免，而在汽車擁擠的情況下，惡性事故屢屢發(fā)生，時(shí)刻威脅著人們的安全。我國(guó)交通事故的年死亡人數(shù)遠(yuǎn)高于他國(guó)，分別是美國(guó)的2.3倍、德國(guó)的18.4倍、日本的13.4

5、倍。當(dāng)現(xiàn)代家庭充分的享受汽車帶來方便的同時(shí)，也為此付出了沉重的代價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自2010年至2010年，已有150多萬人死于道路交通事故，其中大部分的道路交通事故為汽車追尾碰撞事故。面對(duì)當(dāng)今這種現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種反應(yīng)快，穩(wěn)定性好而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車防撞測(cè)距儀勢(shì)在必行。防撞預(yù)警自動(dòng)測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尤其非接觸式測(cè)量技術(shù)發(fā)展卓越。在大多情況下，測(cè)量與障礙物之間的距離是不能夠接觸到障礙物的，在這種時(shí)候就會(huì)用到非接觸式測(cè)量設(shè)備。在物理學(xué)中人們發(fā)現(xiàn)了電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的超聲波后，從此超聲波技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在超聲波測(cè)距方面，結(jié)合了其他技術(shù)，用超聲波測(cè)距變得十分常用。超聲波在介質(zhì)中傳播的距離

6、較遠(yuǎn)，分辨力較高，且能量消耗小，利用超聲波測(cè)距比較方便而且速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單，容易做到實(shí)時(shí)控制，并且測(cè)量精度好，都能夠達(dá)到工業(yè)測(cè)量的需要2。因此超聲測(cè)距廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，特別是應(yīng)用于超聲波測(cè)距方面。超聲波測(cè)距利用的是聲波反射原理，聲波在空氣中傳播避免了與介質(zhì)接觸。與其它測(cè)距方式相比，超聲測(cè)距不受顏色、光線和電、磁場(chǎng)的影響，使他受到干擾的可能大幅度減少。它還具有可靠性能高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。也能夠測(cè)量處于黑暗、煙霧、有灰塵、電磁干擾等惡劣環(huán)境中的障礙物。但由于超聲波傳播時(shí)溫度對(duì)聲速影響比較大，使超聲測(cè)距的精確度到了影響，在這里可以采用溫度補(bǔ)償進(jìn)行校正，能夠消除溫度對(duì)其的影響。

7、22 超聲波簡(jiǎn)介眾所周知，當(dāng)物體在振動(dòng)的時(shí)候就能夠發(fā)出聲音。但是人類耳朵只能聽到頻率為2020000赫茲的聲波。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率不在這個(gè)范圍時(shí)的聲音人類是聽不見的。根據(jù)這種情況，人們規(guī)定把聲波頻率高于20KHZ的聲波稱為“超聲波”。由于超聲波具有方向性好，抗干擾能力強(qiáng)，穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)實(shí)生活中有著不可替代的作用它常用于清洗，測(cè)距，測(cè)速等。超聲波是聲波大家族中的一員。聲波指的是物體在機(jī)械振動(dòng)下，物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例如，鼓被敲打之后，鼓面就會(huì)上下振動(dòng)，振動(dòng)通過空氣向四面八方進(jìn)行傳播，這就是聲波，超聲波就是頻率很高的聲波。超聲波在現(xiàn)實(shí)生活中能夠廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槌暡ㄓ幸?/p>

8、下幾種特性，它能夠在氣體、固體、液體、等介質(zhì)中進(jìn)行傳播，能夠傳遞巨大的能量，能夠發(fā)生反射、干涉和共振的現(xiàn)象，并且超聲波在液體中進(jìn)行傳播時(shí)，可以產(chǎn)生劇烈的空化和沖擊的現(xiàn)象8。國(guó)內(nèi)的超聲波研究比其它國(guó)家起步晚，人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)之后，超聲波才逐漸應(yīng)用于電子行業(yè)、清洗機(jī)械器件、軍事、塑料焊接、金屬焊接、醫(yī)學(xué)等等領(lǐng)域。3 總體設(shè)計(jì)方案汽車防撞測(cè)距儀是指在汽車行駛過程中防止汽車發(fā)生碰撞障礙物的一種智能報(bào)警裝置。它能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的障礙物體，并且同時(shí)檢測(cè)汽車與障礙物之間的距離，到達(dá)極限距離時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以避免碰撞的發(fā)生。根據(jù)題目要求，汽車防撞報(bào)警器的功能主要有兩個(gè)：判斷汽車與障礙

9、物之間的距離和當(dāng)汽車與障礙物之間的距離到達(dá)臨界距離時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)2。31 設(shè)計(jì)總體思路概況汽車防撞測(cè)距儀的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，用計(jì)時(shí)器計(jì)出超聲波從發(fā)射到接收到遇到障礙物后反射聲波的時(shí)間通過公式計(jì)算出汽車與障礙物之間的距離 牛余朋，成曙基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)J兵工自動(dòng)化.2005.4。在實(shí)際生活中常用的測(cè)距方法主要有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端設(shè)置發(fā)射裝置，一端設(shè)置接收裝置，利用公式得出測(cè)量的距離。這種測(cè)量方式特別適用于測(cè)量身高；另一種是本次設(shè)計(jì)采用的方式，利用超聲波遇到障礙物后反射得出距離。汽車防撞測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路及

10、顯示報(bào)警電路三部分。單片機(jī)采用的是AT89C51系列。為了獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率而采用了高精度的晶振，這樣極大的減小測(cè)量距離的誤差。用單片機(jī)P1.0端口輸出超聲波發(fā)射器所需要的40kHz的方波信號(hào)，使用外中斷0口檢測(cè)接收超聲波的反射信號(hào)。顯示電路裝置通過結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜的4位LED數(shù)碼管顯示距離1。超聲波的發(fā)射裝置主要是由反相器74LS04和發(fā)射傳感器構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0引腳輸出40k赫茲的間斷方波信號(hào)分成2路，一路信號(hào)經(jīng)過一個(gè)反向器后到達(dá)TCT40一個(gè)引腳，另一路通過兩個(gè)反向器后到TCT40的另一個(gè)引腳，用這種形式將P1.0發(fā)出的單片機(jī)P1.0端口發(fā)出的間斷方波信號(hào)加到TCT40的

11、兩端上，用這種推換形式將間斷的方波信號(hào)連接到超聲波傳感器的兩個(gè)引腳上，這樣能夠增強(qiáng)超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。在加載方波信號(hào)時(shí)使用兩個(gè)74LS04并聯(lián)，使它的驅(qū)動(dòng)能力得到了很大的提高。而電阻R11、R12增大超聲波傳感器的阻尼效果，縮短了震蕩時(shí)間，使超聲波傳感器輸出高電平的能力大大增加。超聲波接收采用CX20106A集成電路模塊，集成芯片CX20106在接收裝置電路中的作用很大。CX20106是一款紅外線檢波接收的芯片，他常用于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線波的頻率為38 kHz，與測(cè)距使用的超聲波頻率接近。并且CX20106芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的5腳連接了一個(gè)外接電阻，此電阻使得

12、濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)R21的阻值越大濾波器的中心頻率就越低，變化范圍在3060 kHz之間。此次設(shè)計(jì)證明用CX20106A接收超聲波信號(hào)具有優(yōu)秀的靈敏特性和較強(qiáng)的抗干擾能力。超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主程序第一步是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化定時(shí)器T0為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作模式。全局中斷打開并給顯示端口清0。再調(diào)用超聲波的發(fā)生子程序發(fā)出一個(gè)超聲波脈沖，在發(fā)射過程中延時(shí)約0.1 ms，避免聲波信號(hào)從發(fā)射器發(fā)出后直接傳送到接收器而引起直射波觸發(fā)，然后在使用外中斷接收遇到物體后返回的聲波信號(hào)。設(shè)計(jì)中采用了1

13、2MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)間隔是1s，當(dāng)主程序接收到成功的信號(hào)后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)計(jì)算，即得出與障礙物之間的距離，測(cè)出距離后將結(jié)果送往LED顯示，這就是超聲波測(cè)距的過程。在系統(tǒng)調(diào)試方面，由于設(shè)計(jì)的電路由很多集成電路構(gòu)成。外圍元件很少，所以調(diào)試不太難。只要焊接的電路沒有錯(cuò)誤，簡(jiǎn)單調(diào)試一下就能夠正常使用了。電路設(shè)計(jì)中除了集成電路，對(duì)其它電子元件也沒專業(yè)要求?？梢愿鶕?jù)測(cè)量距離的差異，調(diào)整與接收換能器濾波電容就能得到適合靈敏度和超聲波抗干擾能力 蘇偉，鞏壁建.超聲波測(cè)距誤差分析.傳感器技術(shù).2004.。32 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是通過檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來的回波，從而測(cè)出超聲波

14、發(fā)射和接收的時(shí)間差T,然后根據(jù)公式，即可算出汽車與被測(cè)物體的距離。S為汽車與障礙物之間的距離,C為超聲波在空氣中的傳播速度2。因?yàn)槁曀貱受溫度的影響很大，我們采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒p小誤差。表3-1中列出了不同溫度下的超聲波聲速。T為超聲波發(fā)射到接收到超聲波所用時(shí)間，計(jì)時(shí)是由單片機(jī)的定時(shí)功能計(jì)出從超聲波的發(fā)射到檢測(cè)到超聲波信號(hào)的時(shí)間。表3-1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（ms）313319325323338344349386超聲波的測(cè)距原理，如下圖3-1所示。單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲

15、波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)。超聲波發(fā)射器放大電路放大電路數(shù)據(jù)顯示定時(shí)器單片機(jī)控制超聲波接收器 圖3-1 超聲波測(cè)距原理圖33 超聲波傳感器超聲傳感器指的是在超聲波頻率范圍內(nèi)將交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波信號(hào)或?qū)⑼饨绲穆暡ㄐ盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器件。大體上講，超聲波的發(fā)生器可分為兩類：一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波，一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波。兩種方式產(chǎn)生的超聲波功率、頻率和聲波的特性都不相同。因此不同的用途采用不同的方式產(chǎn)生超聲波。而在此次設(shè)計(jì)中采用電氣方式產(chǎn)生超聲波，使用目前在理論研究和實(shí)際生活中最為常用的壓電式超

16、聲波發(fā)生器。壓電式超聲波傳感器裝置是根據(jù)聲電轉(zhuǎn)換原理制成的，它又稱為超聲波探頭或者超聲波換能器。超聲波換能器有兩種，一種是超聲波發(fā)射換能器，另一種是超聲波接收換能器。壓電式超聲波換能器的原理是依靠壓電晶體的諧振來進(jìn)行工作的。超聲波換能器的內(nèi)部由一個(gè)換能板和兩個(gè)壓電晶片構(gòu)成。這種超聲換能器需要的壓電材料很少并且價(jià)格便宜，并且很適用于氣體介質(zhì)中。當(dāng)壓電晶片受到發(fā)射電脈沖激勵(lì)后即可產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)射聲波脈沖，是逆壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)用于超聲波的發(fā)射。當(dāng)外界的超聲波作用于壓電晶片時(shí)，晶片被迫發(fā)生振動(dòng)引起形變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這是正壓電效應(yīng) 浦昭邦，王寶光 主編.測(cè)控儀器設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.4

17、。正壓電效應(yīng)應(yīng)用于超聲波的接收。在換能器的兩極引腳加上大小和方向不斷變化的交流電壓，就能使壓電晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)引腳的頻率和壓電晶片上的振蕩頻率相同時(shí)，就能帶動(dòng)共振板發(fā)生共振產(chǎn)生超聲波。圖3-2 超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖超聲波換能器的工作原理是把40kHz的間斷方波信號(hào)分成2路，一路經(jīng)一級(jí)反向器后到達(dá)TCT40一個(gè)電極，另一路通過兩級(jí)反向器后到達(dá)TCT40的另一個(gè)電極，用這種形式將P1.0發(fā)出的方波信號(hào)加到達(dá)TCT40的兩端上，產(chǎn)生諧振后經(jīng)輻射器將振動(dòng)信號(hào)向四面八法傳播出去。當(dāng)超聲波信號(hào)經(jīng)過傳播后如果遇到障礙物之后就會(huì)發(fā)生光波折射，再傳播回來，由接收換能器進(jìn)行接收。34 控制系統(tǒng)框圖超聲波防撞

18、控制系統(tǒng)如圖3-3所示。該系統(tǒng)全部都由單片機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)發(fā)出40Hz的方波脈沖，經(jīng)過超聲波發(fā)射電路發(fā)射出超聲波。超聲波在遇到障礙物之后反射回來再由接收電路接收反射超聲波信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行分析，計(jì)算出汽車與障礙物之間的距離，將處理后的結(jié)果送入顯示電路經(jīng)過數(shù)碼顯示管顯示出距離，如果距離達(dá)到安全的極限距離則由報(bào)警電路通過蜂鳴器發(fā)車報(bào)警，提示司機(jī)躲避障礙物。超聲波接收超聲波發(fā)射溫度傳感器單 片 機(jī) 控 制顯示距離報(bào)警器圖3-3 超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)圖35 超聲波發(fā)射裝置設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射裝置包括兩個(gè)部分：超聲波產(chǎn)生電路部分和超聲波發(fā)射控制電路部分。超聲波探頭采用TCT40。單片機(jī)P1.0端口輸出40KH

19、z的超聲波信號(hào)，此時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。通過輸出引腳輸入，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲波，此方法充分利用了軟件控制，靈活性好。超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)圖如圖3-4所示，超聲波發(fā)射裝置仿真圖如圖3-5所示。圖3-4 超聲波發(fā)射裝置設(shè)計(jì)圖圖3-5 超聲波發(fā)射裝置仿真圖超聲波的發(fā)射電路主要由反相器74LS04 張國(guó)雄 編著.測(cè)控電路（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.3和發(fā)射換能器TCT40-16構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0口輸出的40kHz的間斷方波信號(hào)分成2路，一路經(jīng)一級(jí)反向器后到達(dá)TCT40一個(gè)電極，另一路通過兩級(jí)反向器后到TCT40的另一個(gè)電極，用這種形式將P1.0發(fā)出的方波信號(hào)加到TCT40

20、的兩端上，能夠增強(qiáng)超聲波的發(fā)射強(qiáng)度 九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè).沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2002.5。在加載方波信號(hào)時(shí)使用兩個(gè)74LS04并聯(lián)，可以提高驅(qū)動(dòng)能力。而電阻R11、R12可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短了震蕩時(shí)間，還可以提高換能器輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力。36 超聲波接收裝置設(shè)計(jì)超聲波接收裝置包括接收探頭、信號(hào)放大電路和波形變換電路三個(gè)部分。超聲波探頭采用RCT40。按照超聲波原理，微處理器需要的只是第一個(gè)回波的時(shí)刻。接收裝置的設(shè)計(jì)可用CX20106A來完成。在空氣中傳播的超聲波，其能量的衰減與距離是成正比的，距離越小、衰減越少，距離越大、衰減越多，通常都在1V之內(nèi) 時(shí)德剛，劉嘩

21、.超聲波測(cè)距的研究.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002.10。圖3-6 超聲波接收裝置設(shè)計(jì)圖超聲波的接收裝置如圖3-6所示，超聲波的接收采用CX20106A集成電路模塊。CX20106是一款紅外線檢波接收的芯片，他常用于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線波的頻率為38 kHz，與測(cè)距使用的超聲波頻率接近。，并且CX20106芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的5腳連接了一個(gè)外接電阻，此電阻使得濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，R21的阻值越大濾波器的中心頻率就越低，變化范圍在3060 kHz之間。接收到的聲波信號(hào)經(jīng)由放大器，調(diào)整信號(hào)的頻率，然后濾波消除干擾信號(hào)，最后再經(jīng)過整形，輸出到CX20106的7腳輸

22、出。當(dāng)接收到的聲波信號(hào)與CX20106的中心頻率相符時(shí)，它的7腳就會(huì)低電平輸出，而7腳接到INT0引腳上，這樣就會(huì)中斷。若頻率和CX20106的中心頻率不同時(shí)，即可調(diào)節(jié)R21，使濾波器的中心頻率與超聲波測(cè)距的頻率相符。CX20106引腳圖 李朝青 編著. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2006.12如圖3-7所示，CX20106有8個(gè)引腳管腳1是超聲波信號(hào)輸入端；管腳2的電阻和電容決定接收換能器的總增益，通過增大或者減小電阻電容，確定放大倍數(shù)；管腳3與GND之間連接的電容起到檢波作用；管腳5上的連接一個(gè)外接電阻，這個(gè)電阻用來設(shè)置濾波器的中心頻率；管腳6與GND之間接入一個(gè)

23、電容，該電容確定探測(cè)距離；管腳7是集電極開路輸出端：管腳8接電源正極。圖3-7 CX20106引腳圖37 溫度補(bǔ)償溫度對(duì)超聲波的影響是很大的，如果能夠知道溫度，則可求出超聲波的聲速，從而能夠得到較高的精度 張和生，宋明耀提高超聲波測(cè)距精度的設(shè)計(jì)測(cè)試測(cè)量.2004.7。而問題在于用什么方法獲得溫度數(shù)據(jù)。為了方便對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集和處理，設(shè)計(jì)中采用了DALASS 公司的 DS18B20 集成溫度傳感器對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償 永學(xué)等.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用.電子產(chǎn)品世界.2003.12。DS18B20采用1-WIRE 總線技術(shù)，能夠在只占單片機(jī)一個(gè) I/O 接口的

24、情況下進(jìn)行工作，方便了使用者對(duì)其的調(diào)試使用，而且它在零下十?dāng)z氏度到八十五攝氏度的工作環(huán)境下能夠保持 0.005的精度，足以為超聲波測(cè)距裝置提供精度范圍。 圖3-8所示為溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)圖。兩個(gè)按鍵開關(guān)用于控制測(cè)量的開始與結(jié)束之間的切換。DS18B20硬件性能穩(wěn)定，接口簡(jiǎn)單，只需一根接口線就能連接起來。DS18B20溫度傳感器里面有兩個(gè)晶振，低溫度系數(shù)晶振和高溫度系數(shù)晶振。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率隨外界溫度的變化基本上沒有影響，所以低溫度系數(shù)的晶振產(chǎn)生的信號(hào)是固定頻率的，這樣便把它產(chǎn)生信號(hào)發(fā)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振和低溫度系數(shù)晶振正好相反，它在溫度變化很大的時(shí)候,它的振蕩頻率隨著溫度發(fā)生很大的變

25、化，所以計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入信號(hào)我們使用高溫度系數(shù)的信號(hào)輸入。由于計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的值減少到0時(shí)，溫度寄存器的數(shù)值就加1，計(jì)數(shù)器1的數(shù)值就會(huì)重新裝入，計(jì)數(shù)器1再重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣一直循環(huán)，一直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止對(duì)溫度寄存器數(shù)值的累加，這時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3-8 溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)圖38 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路中顯示測(cè)量距離使用的是4位共陽的LED數(shù)碼管，它簡(jiǎn)單實(shí)用并且價(jià)格便宜。LED顯示是共陽極接法的動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示，段碼使用74LS245芯片驅(qū)動(dòng)，位碼使用四個(gè)PNP三極管來驅(qū)動(dòng)，顯示電路設(shè)計(jì)圖如圖3-

26、9所示。74LS245芯片是生活中最為常用的芯片。它是8路同相三態(tài)雙向總線的收發(fā)器，它可以用來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或者一些其他的設(shè)備。它具有雙向的三態(tài)功能，這使得它能夠雙向的傳輸數(shù)據(jù)，既可以輸入數(shù)據(jù)，也可以輸出數(shù)據(jù)。圖3-9 顯示電路設(shè)計(jì)圖在74LS245芯片端低電平有效時(shí)，當(dāng)DIR=“0”時(shí)，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；當(dāng) DIR=“1”時(shí)，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；當(dāng)為高電平時(shí)，A、B兩端均為高阻態(tài)。在生活中最常見的LED數(shù)碼管是八段和七段的，八段式原理圖的如圖3-11所示。本次設(shè)計(jì)中采用的是八段式的數(shù)碼管。八段式的與七段式的相比，他們各部分結(jié)構(gòu)大體相同，八段只比七段式的多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管都是由L

27、ED發(fā)光二極管發(fā)光單片機(jī)控制LED的滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數(shù)字。數(shù)碼管又分為兩種類型，共陽極型和共陰極型，原理圖如圖3-10所示。共陽極型就是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陽極都接在一起并且接到電源上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陰極接到地線上，它就會(huì)發(fā)光。共陰極型則是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陰極都接在一起并且接到地線上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陽極接到電源上，它就會(huì)發(fā)光。圖3-10 共陰極型和共陽極型原理圖abegfcdabgfedcdpdpcomcom圖3-11 數(shù)碼顯示管引腳圖如圖3-11數(shù)碼顯示管引腳圖所示，把兩個(gè)COM引腳連接起來，作為數(shù)碼管的公共端，數(shù)碼管共陰端要

28、接地，共陽端接電源。一個(gè)二極管是一位，八個(gè)管子即a,b,c,d,e,f,g還有dp，拼成個(gè)8字列在一起就構(gòu)成了一個(gè)8位的數(shù)碼顯示管。一個(gè)八段式的數(shù)碼顯示管的每個(gè)顯示管連在一起，每個(gè)二極管的公共端稱為位選線。在數(shù)碼管顯示數(shù)字時(shí)，一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)一條直線，a對(duì)應(yīng)的是首位，dp對(duì)應(yīng)最后位。例如，當(dāng)數(shù)碼管顯示管顯示數(shù)字0時(shí)，那么共陰極數(shù)碼顯示管的編碼就為00111111，十六進(jìn)制數(shù)為0 x3f，而共陽極的數(shù)碼顯示管的編碼就是11000000，十六進(jìn)制數(shù)為0 xC0。通過這個(gè)例子可以看出來共陰極數(shù)碼顯示管和共陽極數(shù)碼顯示管的編碼各個(gè)位是相反的。39 報(bào)警裝置設(shè)計(jì)報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，利用單片機(jī)控

29、制輸出一個(gè)一定頻率的信號(hào)。信號(hào)通過一個(gè)三極管，把信號(hào)放大，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。然后將放大之后的信號(hào)連接到蜂鳴器上，報(bào)警部分裝置如圖3-12所示。圖3-12 報(bào)警裝置設(shè)計(jì)圖蜂鳴器使用直流電源進(jìn)行供電，廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，尤其在計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)等電子設(shè)備制造中作為發(fā)聲的器件而廣泛應(yīng)用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，它分為兩種類型，一種是壓電式蜂鳴器，另一種是電磁式蜂鳴器 陳建元 作者，編著.傳感器技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2008.10。壓電式蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、共鳴箱及阻抗匹配器和外殼等部分組成。壓電蜂鳴片是由鈮鎂酸鉛或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制造而成。在陶瓷片的

30、表面鍍上金屬電極，經(jīng)過極化處理和老化處理之后，再與不銹鋼鋼片粘貼在一起就制成了壓電蜂鳴片。而多諧振蕩器由集成電路或者晶體管構(gòu)造而成。當(dāng)電極兩端接通電源以后,多諧振蕩器開始振動(dòng),輸出音頻信號(hào)，然后阻抗匹配器便能推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動(dòng)膜片、電磁線圈和外殼等部分組成。在兩極接通電源之后，振蕩器能夠產(chǎn)生音頻信號(hào)，信號(hào)通過電磁線圈，便會(huì)使電磁線圈生成磁場(chǎng)。這樣振動(dòng)膜片便會(huì)在磁鐵和電磁線圈的作用下，周期性地反復(fù)振動(dòng)從而發(fā)出聲音。4 軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。41 軟件工作流程按下控制系統(tǒng)的開

31、關(guān)，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，當(dāng)主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由 P1.0 口發(fā)射出1個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波，并且計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波從發(fā)射到接收所用的時(shí)間。當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波后，接收電路輸出端輸出一個(gè)跳變信號(hào)，在INT0端產(chǎn)生一個(gè)中斷的信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后執(zhí)行外部中斷子程序，讀取出來時(shí)間間隔，得到超聲波的時(shí)間差。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器T1的值減少到0時(shí)，溫度寄存器的數(shù)值就加1，計(jì)數(shù)器T1再重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，一直循環(huán)到計(jì)數(shù)器T2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，這時(shí)即可讀取此時(shí)溫度

32、值。根據(jù)上文中表3-1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表，即可知道超聲波精準(zhǔn)的聲波速度。知道了時(shí)間和超聲波的聲波速度后，由S=CT/2算出汽車與被測(cè)物體的距離。其中，S為測(cè)量的距離,C為超聲波在空氣中的傳播速度。T為從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)的時(shí)間間隔。通過單片機(jī)的計(jì)算得出距離，顯示出來，到達(dá)距離極限時(shí)，啟用報(bào)警模塊。42 主程序流程圖開始延時(shí)1ms調(diào)試測(cè)距子程序調(diào)用顯示、報(bào)警子程序調(diào)用溫度檢測(cè)子程序系統(tǒng)初始化結(jié)束適合溫度修正超聲波溫度計(jì)算測(cè)量結(jié)果圖4-1 主程序流程圖主程序流程圖如圖4-1所示。主程序第一步是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化定時(shí)器T0為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作模式。全局中斷打開并給顯示端

33、口清0。再調(diào)用超聲波的發(fā)生子程序發(fā)出一個(gè)超聲波脈沖，在發(fā)射過程中延時(shí)約0.1ms，避免聲波信號(hào)從發(fā)射器發(fā)出后直接傳送到接收器而引起直射波觸發(fā)，然后使用外中斷接收遇到物體后返回的超聲波信號(hào)。設(shè)計(jì)中采用了12 MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)間隔是1s，當(dāng)主程序接收到成功的信號(hào)后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)計(jì)算，即得出與障礙物之間的距離。測(cè)出距離后將結(jié)果送往LED顯示，跳出程序，結(jié)束測(cè)量。43 超聲波的發(fā)生子程序和中斷程序超聲波發(fā)生子程序是通過P1.0端口發(fā)出頻率約40kHz的方波脈沖信號(hào)，在發(fā)出脈沖的同時(shí)，打開計(jì)數(shù)器T0開始計(jì)時(shí)。測(cè)距主程序是利用外中斷T0檢測(cè)遇到障礙物后反射回來的聲波信號(hào)，一旦接收到信號(hào)，

34、馬上進(jìn)入中斷程序。中斷開始后立刻讓計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)測(cè)距成功。如果在計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還沒有檢測(cè)到反射的超聲波信號(hào)，此時(shí)測(cè)距不成功。開始關(guān)T0，開T1按下功能鍵修改完畢開T0，關(guān)T1，計(jì)時(shí)結(jié)束圖4-2 中斷處理流程圖5 硬件設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波的發(fā)射和檢測(cè)接收電路。在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用AT89C51。還采用了12MHz高精度的晶振，以減小測(cè)量誤的差 薛紅宣.采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性.電子產(chǎn)品世界.2004.1。用AT89C51的P1.0端口輸出所需的40kHz的方波信號(hào)，采用AT89C51實(shí)現(xiàn)對(duì)TCT40超聲波轉(zhuǎn)換模塊和CX20106A芯片

35、的控制。51 芯片的功能及其測(cè)距原理5.1.1 AT89C51的功能特點(diǎn)AT89C51單片機(jī)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等組成。中央處理器是單片機(jī)的核心部分，它的主要作用是完成運(yùn)算和控制功能。程序存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)功能，使應(yīng)用程序在開發(fā)調(diào)試后永久性的存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。AT89C51控制著超聲波的發(fā)送和接收,串行口發(fā)送數(shù)據(jù),及溫度采樣頻率,并在內(nèi)部計(jì)算轉(zhuǎn)變成溫度數(shù)據(jù)，使在不同溫度下的誤差最小。該芯片包括了限幅放大、前置放大、整形和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Onl

36、y Memory） 陳光東.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第二版).武漢：華中理工大學(xué)出版社.1999.4。8位高性能的CMOS微處理器，叫做單片機(jī)。該單片機(jī)采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造，它能夠與達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出管腳和MCS-51指令集相兼容 占操，梁厚琴，曹燕.單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù).電子技術(shù).2003.3附錄附錄1：汽車防撞測(cè)距儀原理圖汽車防撞測(cè)距儀原理圖附錄2: 程序清單ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP PINT0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG001BH LJMP INTT1ORG0023H

37、 RETIORG002BH RETI*主程序*START: MOVSP, #4FH MOVR0, #40H ;40H43H為顯示數(shù)據(jù)存放單元（40H為最高位） MOVR7, #0BHCLEARDISP: MOV R0, #00H INCR0 DJNZR7,CLEARDISP MOV20H,#00H MOVTMOD,#21H; T1為8位自動(dòng)重裝模式，T0為16位定時(shí)器 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H MOV TH1, #0F2H MOV TL1, #0F2H;40KHz初值 MOV P0, #0FFH MOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3

38、, #0FFH MOV R4,#04H;超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制（為賦值的一半） SETB PX0 SETB ET0 SETB EA SETB TR0;；開啟測(cè)距定時(shí)器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H,START1; ；收到反射信號(hào)是標(biāo)志為1 CLR EA LCALL MATH; ；計(jì)算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0; ；重新開啟測(cè)距定時(shí)器 MOV R2,#64H; ；測(cè)量間隔控制（約4ms100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2,LOOP SJMP START1*顯示程序*DISPLAY: MOVR1,#40

39、H ;40H為最高位，43H為最低位，先掃描高位 MOVR5,#0F7HPLAY: MOVA,R5 MOVP0,#0FFH MOVP2,A MOVA,R1 MOVDPTR,#TAB MOVCA,A+DPTR MOVP0,A LCALLDL1MS INCR1 MOVA,R5 JNB ACC.0,ENDOUT RRA MOVR5,A AJMPPLAYENDOUT: MOVP2,#0FFH MOVP0,#0FFH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH;共陽段碼表 “0”，“1”，“2”，“3”，“4

40、”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“不亮”，“A”，“”*中斷程序*INTT0: CLREA;T0中斷，65ms中斷一次 CLRTR0 MOVTH0,#00H MOVTL0,#00H SETBET1 SETBEA SETBTR0 ;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器T0，用以計(jì)算超聲來回時(shí)間 SETBTR1 ;開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器T1OUT: RETIINTT1: CPLVOUT ;T1中斷，發(fā)超聲波用 DJNZR4,RETIOUT CLRTR1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān)T1 CLRET1 MOVR4,#04H SETBEX0 ;開啟接收回波中斷RETIOUT: RETIPINT0: CLRTR0 ;外中斷0，

41、收到回波時(shí)進(jìn)入，關(guān)計(jì)數(shù)器 CLRTR1 CLRET1 CLREA CLREX0 MOV44H,TL0 ;將計(jì)數(shù)值移入處理單元 MOV45H,TH0 SETB00H ;接收成功標(biāo)志 RETI*延時(shí)程序*DL1MS: MOVR6,#14HDL: MOVR7,#19HDL1: DJNZR7,DL1 DJNZR6,DL RET *距離計(jì)算程序（距離=計(jì)數(shù)值171000Cm *MATH: PUSHACC PUSHPSW PUSHB MOVPSW,#18H MOVR3,45H MOVR2,44H MOVR1,#00D MOVR0,#17D LCALLMUL2BY2 MOVR3,#03H MOVR2,#0E

42、8H LCALLDIV4BY2 LCALLDIV4BY2 MOV40H,R4 MOVA,40H JNZJ0 MOV40H,#0AH;最高位為0，不點(diǎn)亮J0: MOVA,R0 MOVR4,A MOVA,R1 MOVR5,A MOVR3,#00D MOVR2,#100D LCALLDIV4BY2 MOV41H,R4 MOVA,41H JNZJ1 MOVA,40H ;次高位為0，先看最高位是否為不亮 SUBBA, #0AH JNZJ1 MOV41H,#0AH;；最高位不亮，次高位也不亮J1: MOVA, R0 MOVR4, A MOVA, R1 MOVR5, A MOVR3, #00D MOVR2,

43、 #10D LCALLDIV4BY2 MOV42H, R4 MOVA, 42H JNZJ2 MOVA,41H;；次次高位為0，先看次高位是否為不亮 SUBBA, #0AH JNZJ2 MOV42H,#0AH;；次高位不亮，次次高位也不亮J2: MOV43H, R0 POPB POPPSW POPACC RET*2字節(jié)無符號(hào)數(shù)乘法程序*MUL2BY2: CLRA MOVR7, A MOVR6, A MOVR5, A MOVR4, A MOV46H, #10HMULLOOP1: CLRC MOVA, R4 RLCA MOVR4, A MOVA, R5 RLCA MOVR5, A MOVA, R6

44、RLCA MOVR6, A MOVA, R7 RLCA MOVR7, A MOVA, R0 RLCA MOVR0, A MOVA, R1 RLCA MOVR1, A JNCMULLOOP2 MOVA, R4 ADDA, R2 MOVR4, A MOVA, R5 ADDCA, R3 MOVR5, A MOVA, R6 ADDCA, #00H MOVR6, A MOVA, R7 ADDCA, #00H MOVR7, AMULLOOP2: DJNZ46H, MULLOOP1 RET*4字節(jié)2字節(jié)無符號(hào)數(shù)除發(fā)程序*DIV4BY2: MOV46H, #20H MOVR0, #00H MOVR1, #00

45、HDIVLOOP1: MOVA, R4 RLCA MOVR4, A MOVA, R5 RLCA MOVR5, A MOVA, R6 RLCA MOV R6, A MOVA, R7 RLCA MOVR7, A MOVA, R0 RLCA MOVR0, A MOVA, R1 RLCA MOVR1, A CLRC MOVA, R0 SUBBA, R2 MOVB, A MOVA, R1 SUBBA, R3 JCDIVLOOP2 MOVR0, B MOVR1, ADIVLOOP2: CPLC DJNZ46H, DIVLOOP1 MOVA, R4 RLCA MOVR4, A MOVA, R5 RLCA M

46、OVR5, A MOVA, R6 RLCA MOVR6, A MOVA, R7 RLCA MOVR7, A RET END;；程序結(jié)束。它將8位多功能CPU處理器和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,AT89C51是一種高效微控制器，其外形及引腳排列如圖5-1所示。圖5-1 AT89C51控制器AT89C51有兩種可用軟件來選擇的省電方式：空閑工作方式和掉電工作方式。當(dāng)處于空閑方式時(shí)CPU處于睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的其他部件仍然繼續(xù)工作，而且片內(nèi)RAM的內(nèi)容和所有專用寄存器的內(nèi)容在空閑方式期間都被保留起來。當(dāng)處于掉電方式時(shí)保存了RAM的內(nèi)容，振蕩器停止震蕩，禁止芯片其它功能直到下一次硬件復(fù)位才能使用。5.1

47、.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理如圖5-3所示為超聲波傳播圖，利用聲波發(fā)出到接收的時(shí)間來測(cè)量?jī)烧唛g的距離。圖5-3 超聲波傳播圖因?yàn)樵谥袩o介質(zhì)，我們可認(rèn)為超聲波空氣中的聲速為常數(shù)，測(cè)量出聲波傳播時(shí)間T ，利用公式5-1即可算出與障礙物之間的距離。 (5-1)其中，S 為汽車與障礙物距離、V 為超聲波在空氣中傳播聲速、T 為超聲波從發(fā)射到接收到反射聲波所用的時(shí)間。5.1.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)基于超聲波技術(shù)的汽車防撞測(cè)距儀的設(shè)計(jì)，由于使用單片機(jī)作為控制元件控制整個(gè)系統(tǒng)電路，致使系統(tǒng)操作方便、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且能夠自動(dòng)控制該系統(tǒng)的的運(yùn)行，能夠自己檢測(cè)障礙物。對(duì)于當(dāng)今社會(huì)汽車擁擠的這一現(xiàn)狀，此項(xiàng)研究對(duì)于防止交

48、通事故的發(fā)生具有預(yù)防作用?？傮w說來，本次設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)距的功能，報(bào)警距離可以人工智能控制，能夠產(chǎn)生方向性好，抗干擾能力強(qiáng)，穿透能力強(qiáng)的聲波信號(hào)，能夠在事故發(fā)生前提示報(bào)警。52 超聲波測(cè)距系統(tǒng)元器件清單在本次設(shè)計(jì)中使用的元器件主要有單片機(jī)AT89C51，CX20106A,超聲波探頭，蜂鳴器，數(shù)碼顯示管等，所用元器件詳細(xì)清單如表5-1所示。表5-1 元器件清單元件名稱規(guī)格單位個(gè)數(shù)電阻1K只4電阻10K只1電阻2K只5電阻200K只2電阻4.7R只1磁片電容30P只2磁片電容330P只1磁片電容1.0P只2磁片電容4.7P只1二極管LED只2電解電容4.7uf只3蜂鳴器蜂鳴器只1超聲波探頭40T只2

49、三極管9012只5電源插座電源插座只1數(shù)碼管數(shù)碼管只4集成電路74HC04塊1晶振12M只1集成電路CX20106A塊1單片機(jī)AT89C51塊1開關(guān)RST只1結(jié)束語汽車防撞測(cè)距儀的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，用計(jì)時(shí)器計(jì)算出從發(fā)射到接收到遇到障礙物后反射聲波的時(shí)間，再通過公式計(jì)算出汽車與障礙物之間的距離。它的硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路及顯示報(bào)警電路三部分。單片機(jī)采用的是AT89C51系列，超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和發(fā)射換能器構(gòu)成，用單片機(jī)P1.0端口輸出超聲波發(fā)射器所需要的40kHz的方波信號(hào)。超聲波的接收采用CX20106A集成電路模塊

50、進(jìn)行。超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示報(bào)警子程序。在本次設(shè)計(jì)中，與已有的汽車防撞測(cè)距儀相比，系統(tǒng)的抗干擾能力有了很大的提高。本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器DS18B20對(duì)汽車防撞測(cè)距儀進(jìn)行溫度補(bǔ)償，消除了溫度對(duì)于超聲波聲速的影響。由于溫度對(duì)超聲波聲速的影響很大，這一改進(jìn)大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。雖然在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中已經(jīng)通過認(rèn)真的思考，但是還有很多不足的地方。在本設(shè)計(jì)中沒有把汽車速度的測(cè)量設(shè)計(jì)到汽車防撞測(cè)距儀中去，對(duì)于這一方面還沒有充分的研究。對(duì)于測(cè)速的初步想法就是利用多普勒效應(yīng)測(cè)出汽車的行駛速度，然后根據(jù)測(cè)出的速度確定汽車與障礙物之間的極限

51、安全距離再由單片機(jī)智能控制發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在設(shè)計(jì)過程中，由于知識(shí)學(xué)得不透徹，導(dǎo)致壓力很大，每一次在圖書館中學(xué)習(xí)，每一次在網(wǎng)上收集最新研究動(dòng)態(tài)，都極大地?cái)U(kuò)展了自己的知識(shí)面。感謝我的指導(dǎo)老師王老師、何老師在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的悉心指導(dǎo)。這次課程設(shè)計(jì)沒有您們對(duì)我專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)，我不會(huì)這么順利的完成課程設(shè)計(jì)。借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感謝。感謝我的同組同學(xué)們，為我創(chuàng)造一個(gè)和諧融洽，相互促進(jìn)的學(xué)習(xí)環(huán)境，使得我們能夠順利地完成課程設(shè)計(jì)，祝他們?cè)谝院蟮墓ぷ骱蜕钪幸磺许樌Ｗ詈笪乙钌畹馗兄x我的家人，無論我身處順境還是逆境，你們都給予我無限的理解和支持，你們是我的堅(jiān)強(qiáng)后盾，正是你們的支持，才使我有足夠的勇氣戰(zhàn)勝成長(zhǎng)路上的一切困難。參 考 文 獻(xiàn)