基于單片機(jī)的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

《基于單片機(jī)的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機(jī)的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc（26頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料學(xué)生姓名: 準(zhǔn)考證號(hào) 專 業(yè):電子工程設(shè)計(jì)(論文)題目:基于單片機(jī)的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作指導(dǎo)教師: (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))材 料 目 錄序號(hào)名 稱數(shù)量備 注1畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表12畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)13畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告含文獻(xiàn)綜述14畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯含原文15畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表12013年 1 月南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)：電子工程設(shè)計(jì)(論文)題目：基于單片機(jī)的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作指 導(dǎo) 教 師: 2013 年 2 月 20 日開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)

2、要求1開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)審查后生效；2開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從繼續(xù)教育學(xué)院網(wǎng)站上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)；3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）；4有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 74082005數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)

3、定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 超聲波檢測(cè)技術(shù)是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展和推廣的新技術(shù)，其具有高精度，無(wú)損，非接觸等優(yōu)點(diǎn)。目前，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。最近在歐美又出現(xiàn)了一種電磁感應(yīng)倒車?yán)走_(dá)。在一線路套上一環(huán)型的感應(yīng)圈(此線圈貼在后保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)，車外表完全看不出有此裝置)，以感應(yīng)車后物體的有無(wú)。此種裝置價(jià)格中等，并且完全隱

4、密，算是一種好產(chǎn)品，但可惜的是，安裝困難(必須卸下保險(xiǎn)杠貼在內(nèi)側(cè))，而且只能探測(cè)動(dòng)態(tài)物品，當(dāng)車在后退行進(jìn)時(shí)，可探測(cè)到物體，但車一旦停止后退行進(jìn)，則任何物體都不被認(rèn)可。換言之，如有任何物品貼在后保險(xiǎn)杠，當(dāng)車一旦停止再啟動(dòng)后，此裝置并不會(huì)告知駕駛者后方有物品貼在保險(xiǎn)杠，此車不能再后退等。因此，實(shí)用性也相當(dāng)有限。 日本、美國(guó)和歐洲等國(guó)的大汽車公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開(kāi)發(fā)的高級(jí)汽車上。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒克萊斯勒公司日前成功開(kāi)發(fā)出供商用車(尤指卡車)使用的電子剎車系統(tǒng)，它與其他剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車車頭設(shè)有

5、雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器加工處理，形成一虛擬景象。之后再借助演算法的輔助來(lái)判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車。未來(lái)兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價(jià)格昂貴，目前定為3745歐元，其過(guò)高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。在底特律國(guó)際車展上，通用公司的Precept概念車裝了Donnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)用一個(gè)內(nèi)后視鏡和兩個(gè)外后視鏡采集汽車周圍的景象，三個(gè)景象合成一個(gè)全景圖像在中控臺(tái)的視屏上顯示出來(lái)，還用文字說(shuō)明來(lái)傳達(dá)信息。攝像機(jī)也可在倒車時(shí)使用，當(dāng)車后近處有障礙物時(shí)，就及時(shí)讓駕駛員知曉。迄今為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測(cè)距傳

6、感器的研究。通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過(guò)顯示設(shè)備顯示出來(lái)。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角45輻射，檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗又難以看見(jiàn)的障礙物并報(bào)警，如花壇，蹲在車后玩耍的兒童等：顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車據(jù)后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂鳴器就開(kāi)始鳴叫，提示司機(jī)停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。轉(zhuǎn)帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同

7、，倒車?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺(tái)上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。因?yàn)?，大力研究開(kāi)發(fā)倒車?yán)走_(dá)等主動(dòng)式汽車輔助安全裝置，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于交通安全起到重要作用。顯然，此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):1沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析M.北京航空航天大學(xué)出版社，2001.2張

8、毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2001.3楊恢先.黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2002.4徐淑華,程退安,姚萬(wàn)生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994.5戴佳,戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.6何立明單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.7涂時(shí)亮.單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)M重慶：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，2003. 8邦田.電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)M.北京：人民郵電出版社，1994.9童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2001.10趙文

9、博.新型常用集成電路速查手冊(cè)M.人民郵電出版社,2005.11常敏，王涵，范江波等.單片機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與實(shí)踐M.電子工業(yè)出版社，2009.12胡瑞，周錫青.基于超聲波傳感器的測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.科技信息.2009.13李光飛,李良兒,樓然苗.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)M.北京航空航天大學(xué)出版社,2005.14杜樹(shù)春編著.單片機(jī)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程實(shí)例詳解M.北京航空航天大學(xué)出版社,2006.15田立，田清等.51單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)快速入門(mén)M.人民郵電出版社,2007. 16趙占林，劉洪梅.超聲測(cè)距系統(tǒng)誤差分析及修正J.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì).2002. 17宋明耀.提高超聲波測(cè)距精度的設(shè)計(jì)J.

10、測(cè)試測(cè)量.2004. 18李茂山.超聲測(cè)距原理及實(shí)踐技術(shù)J.實(shí)用測(cè)試技術(shù).1994.19常靜，賀煥林.減少超聲波測(cè)距儀盲區(qū)的研究M.棉花加工技術(shù),2005.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：主要研究?jī)?nèi)容：1、超聲波發(fā)射與回波接收電路2、單片機(jī)控制電路 3、LED數(shù)碼管顯示電路和報(bào)警電路關(guān)鍵問(wèn)題：1、根據(jù)超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距電路2、結(jié)合設(shè)計(jì)目的進(jìn)行聲音報(bào)警電路和顯示電路的設(shè)計(jì)3、軟件模塊化編程的實(shí)現(xiàn)4、在單片機(jī)上編寫(xiě)程序5、軟硬件結(jié)合，進(jìn)行調(diào)試解題思路：超聲波發(fā)射與回波接收電路的主要作用是提高驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的脈沖電壓幅值，有效地進(jìn)

11、行電聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離，并通過(guò)收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)。超聲波電信號(hào)放大電路采用集成電路構(gòu)成。通過(guò)外部所接電阻，將其內(nèi)部帶通濾波電路的中心頻率f0設(shè)置為指定值，就可以接收放大超聲波電信號(hào)，并整形輸出負(fù)脈沖電壓。系統(tǒng)硬件框圖如下所示：障礙物單片機(jī)控制系統(tǒng)報(bào)警電路顯示電路超聲波發(fā)射超聲波返回 圖1 系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)展移植。采用C語(yǔ)言編程。主要有主程序、T0中斷服務(wù)程序、蜂鳴器報(bào)警程序、超聲波發(fā)生子程序等。1）主程序：整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的，然后通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，能精確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在測(cè)距中，各種

12、信號(hào)對(duì)聲速的影響都將干擾到測(cè)距的準(zhǔn)確性，其中超聲波的余波信號(hào)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中測(cè)距的精確度的干擾的影響比較大。超聲波接收回路中的超聲波信號(hào)一共有兩種波信號(hào)：第一種波信號(hào)為余波信號(hào)就是當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射出信號(hào)之后，超聲波接收探頭馬上就接收到的超聲波信號(hào)，實(shí)際就是超聲波的發(fā)射信號(hào)；另一種波信號(hào)就是有效信號(hào)，即經(jīng)過(guò)障礙物表面反射回來(lái)的超聲波回波信號(hào)，也是所需要測(cè)量的距離數(shù)值。 在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開(kāi)始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離，對(duì)于回波信號(hào)需要進(jìn)行檢測(cè)的有效信號(hào)是反射物體反射的回波信號(hào)，所以要盡量避免在檢測(cè)時(shí)候檢測(cè)到余波信號(hào)。余波就是

13、在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因。 超聲波接收電路在接收到超聲波回波后，向單片機(jī)發(fā)出有效信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)外部中斷的改變記錄回波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號(hào)，這個(gè)時(shí)候停止計(jì)時(shí)，并且讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是需要進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間差的數(shù)據(jù)。程序中對(duì)測(cè)距距離的計(jì)算方法是按公式L=0.017*N (cm)進(jìn)行計(jì)算的，其中，N為計(jì)數(shù)器的值，聲速的值取為340 m/s。 綜合以上的分析可以得到系統(tǒng)主程序的流程圖，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。開(kāi)始單片機(jī)初始化超聲波模塊復(fù)位發(fā)射并接收超聲波記錄輸出高電平時(shí)間計(jì)

14、算測(cè)量距離顯示距離同時(shí)蜂鳴器報(bào)警延時(shí) 圖2 主程序流程圖2）T0中斷服務(wù)程序：負(fù)責(zé)計(jì)算車尾與障礙物之間的距離是INT0的中斷程序。根據(jù)前面的對(duì)超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號(hào)后，超聲波接收電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平送至單片機(jī)的P3.2引腳，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器T0和外部中斷0就立即被關(guān)閉，同時(shí)讀取時(shí)間值，并給回波接收標(biāo)志位清零即成功接收到回波信號(hào)。中斷處理程序的程序流程圖如圖3所示開(kāi)始計(jì)時(shí)停止關(guān)閉中斷距離計(jì)算處理顯示距離并判斷是否報(bào)警NY指定的報(bào)警聲開(kāi)啟返回圖3 T0中斷服務(wù)3）蜂鳴器報(bào)警程序：主程序根據(jù)距離計(jì)算公式計(jì)算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的

15、遠(yuǎn)近，通過(guò)數(shù)碼管顯示，并且同時(shí)控制蜂鳴器的鳴叫的頻率。在本設(shè)計(jì)中，利用的是單片機(jī)P3.5引腳來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波來(lái)控制蜂鳴器產(chǎn)生不同頻率的“滴滴”聲，且是在離障礙物距離越近鳴叫頻率越低。蜂鳴器報(bào)警程序的程序流程圖如圖4所示開(kāi)始返回蜂鳴器鳴叫距離小于300cm距離小于100cm顯示距離NYN圖4 蜂鳴器報(bào)警程序4）超聲波發(fā)生子程序：發(fā)送周期矩形脈沖電壓。脈沖串個(gè)數(shù)在1020個(gè)比較合適。脈沖個(gè)數(shù)太少，發(fā)射強(qiáng)度小，探測(cè)距離短；脈沖個(gè)數(shù)太多，發(fā)射持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在離障礙物距離近時(shí)，脈沖串尚未發(fā)射完畢，先發(fā)射出去的脈沖產(chǎn)生的回波就到達(dá)接收端，影響測(cè)距結(jié)果，造成測(cè)距盲區(qū)增大 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào)

16、 告指導(dǎo)教師意見(jiàn)：1對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：2對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見(jiàn)： 負(fù) 責(zé) 人： 年 月 日 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯專 業(yè)： 電子工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： (用外文寫(xiě))外文出處： United States Patent 5442592 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。附件1：外文資料翻譯譯文超聲波測(cè)距儀文件類型和數(shù)目：美國(guó)專利5442592 摘要：提出了一種可以抵消溫度的影響和濕度的變化的新型超聲波測(cè)距儀，

17、包括測(cè)量單元和參考資料。在每一個(gè)單位，重復(fù)的一系列脈沖的產(chǎn)生，每有一個(gè)重復(fù)率，直接關(guān)系到各自之間的距離，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。該脈沖序列提供給各自的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的產(chǎn)出的比率，是用來(lái)確定被測(cè)量的距離。 出版日期：1995年8月15日主審查員：羅保.伊恩j. 一、背景發(fā)明本發(fā)明涉及到儀器的測(cè)量距離，最主要的是，這種儀器，其中兩點(diǎn)之間傳輸超聲波。精密機(jī)床必須校準(zhǔn)。在過(guò)去，這已經(jīng)利用機(jī)械設(shè)備來(lái)完成，如卡鉗，微米尺等。不過(guò)，使用這種裝置并不利于本身的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展。據(jù)了解，兩點(diǎn)之間的距離可以通過(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的行波傳播時(shí)間的決定。這樣的一個(gè)波浪型是一種超聲波，或聲波。當(dāng)超聲波在兩點(diǎn)之間通過(guò)時(shí)，兩點(diǎn)之間的距離可

18、以由波的速度乘以測(cè)量得到的在分離的兩點(diǎn)中波中轉(zhuǎn)的時(shí)間。因此，本發(fā)明提供儀器利用超聲波來(lái)精確測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離對(duì)象。當(dāng)任意兩點(diǎn)之間的介質(zhì)是空氣時(shí)，聲音的速度取決于溫度和空氣的相對(duì)濕度。因此，它是進(jìn)一步的研究對(duì)象，本次的發(fā)明，提供的是獨(dú)立于溫度和濕度的變化的新型儀器。 2、 綜述發(fā)明這項(xiàng)距離測(cè)量?jī)x器發(fā)明是根據(jù)上述的一些條件和額外的一些基礎(chǔ)原則完成的，其中包括一個(gè)參考單位和測(cè)量單位。參考和測(cè)量單位是相同的，每個(gè)包括一個(gè)超聲波發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)。間隔發(fā)射器和接收器的參考值是一個(gè)固定的參考距離，而間距之間的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的測(cè)量單位是有最小距離來(lái)衡量的。在每一個(gè)單位，發(fā)射器和接收器耦合的一個(gè)反饋回路，它會(huì)

19、導(dǎo)致發(fā)射器產(chǎn)生超聲脈沖，這是由接收器和接收到一個(gè)電脈沖然后被反饋到發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換，從而使重復(fù)系列脈沖的結(jié)果。重復(fù)率脈沖是成反比關(guān)系之間的距離發(fā)射器和接收器。在每一個(gè)單位，脈沖提供一個(gè)反饋。由于參考的距離是眾所周知的聲速，比例反產(chǎn)出是利用數(shù)學(xué)以確定所期望的距離來(lái)衡量。由于這兩方面都是相同的影響，溫度和濕度的變化，采取的比例相同，由此產(chǎn)生的測(cè)量變得準(zhǔn)確。 三、詳細(xì)說(shuō)明(一)超聲波測(cè)距原理 1、壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示，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(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生

20、共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，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(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。測(cè)量脈沖到達(dá)時(shí)間的傳統(tǒng)方法是以擁有固定參數(shù)的接收信號(hào)開(kāi)端為基礎(chǔ)的。這個(gè)界限恰恰選于噪音水平之上，然而脈沖到達(dá)時(shí)間被定義為脈沖信號(hào)剛好超過(guò)界限的第一時(shí)刻。一個(gè)物體的脈沖強(qiáng)度很大程度上取決于這個(gè)物體的自然屬性尺寸還有它與傳感器的距離。進(jìn)一步說(shuō)，從脈沖起始點(diǎn)到剛好超過(guò)界限之間的時(shí)間段隨著脈沖的強(qiáng)度而改變。結(jié)果，一種錯(cuò)誤便出現(xiàn)了兩個(gè)擁有不同強(qiáng)度的脈沖在不同時(shí)間超過(guò)界限卻在同一時(shí)間到達(dá)。強(qiáng)度較強(qiáng)的脈沖會(huì)比強(qiáng)度較弱的脈沖超過(guò)界限的時(shí)間早點(diǎn)，因此

21、我們會(huì)認(rèn)為強(qiáng)度較強(qiáng)的脈沖屬于較近的物體。2、超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(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(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為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：s=340t/2二 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用8751，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖如圖所示。其中只畫(huà)出前方測(cè)距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測(cè)距電路與前方測(cè)距電路相同，故省略之。1、4

22、0kHz脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來(lái)產(chǎn)生。puzel： mov 14h, #12h； 超聲波發(fā)射持續(xù)200mshere： cpl p1.0 ； 輸出40kHz方波 nop ； nop ； nop ； djnz 14h，here； ret前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在P1.0端口輸出一個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管T放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。右側(cè)和左側(cè)測(cè) 距電路的輸入端分別接P1.1和P

23、1.2端口，工作原理與前方測(cè)距電路相同。2、超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2。IC2是帶有鎖 定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號(hào)大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸

24、入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。部分源程序如下：receive1：push psw push acc clr ex1 ； 關(guān)外部中斷1 jnb p1.1, right ； P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 jnb p1.2, left ； P1.2引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序return： SETB EX1； 開(kāi)外部中斷1 pop acc pop psw retiright： . ； 右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp returnleft： . ； 左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp return3、計(jì)算超聲波傳播時(shí)間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)

25、單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路 輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下：RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ； 關(guān)外部中斷0 MOV R7, TH0 ； 讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, #0BBH； 計(jì)算時(shí)間差 MOV 31H, A ； 存儲(chǔ)結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, #3CH MOV 30H, A

26、 SETB EX0 ； 開(kāi)外部中斷0 POP ACC POP PSW RETI對(duì)于一個(gè)平坦的目標(biāo)，距離測(cè)量包括兩個(gè)階段:粗糙的測(cè)量和精細(xì)測(cè)量。第一步：脈沖的傳送產(chǎn)生一種簡(jiǎn)單的超聲波。第二步：根據(jù)公式改變回波放大器的獲得量直到回?fù)鼙粰z測(cè)到。第三步：檢測(cè)兩種回波的振幅與過(guò)零時(shí)間。第四步：設(shè)置回波放大器的所得來(lái)規(guī)格輸出，假定是3伏。通過(guò)脈沖的周期設(shè)置下一個(gè)脈沖。根據(jù)第二部的數(shù)據(jù)設(shè)定時(shí)間窗。第五步：發(fā)射兩串脈沖產(chǎn)生干擾波。測(cè)量過(guò)零時(shí)間與回波的振幅。如果逆向發(fā)生在回波中，決定要不通過(guò)在低氣壓插入振幅。第六步：通過(guò)公式計(jì)算距離y。四、超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖3（a

27、）（b）(c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。系統(tǒng)初始化后就啟動(dòng)定時(shí)器T1從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，此時(shí)主程序進(jìn)入等待，當(dāng)?shù)竭_(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)T1溢出進(jìn)入T1中斷服務(wù)子程序；在T1中斷服務(wù)子程序中將啟動(dòng)一次新的超聲波發(fā)射，此時(shí)將在P1.0引腳上開(kāi)始產(chǎn)生40KHz的方波，同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器T0計(jì)時(shí)，為了避免直射波的繞射，需要延遲1ms后再開(kāi)INT0中斷允許；INT0中斷允許打開(kāi)后，若此時(shí)出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號(hào)，將提出中斷請(qǐng)求進(jìn)入INT0中斷服務(wù)子程序，在INT0中斷服務(wù)

28、子程序中將停止定時(shí)器T0計(jì)時(shí)，讀取定時(shí)器T0時(shí)間值到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)設(shè)置接收成功標(biāo)志；主程序一旦檢測(cè)到接收成功標(biāo)志，將調(diào)用測(cè)溫子程序，采集超聲波測(cè)距時(shí)的環(huán)境溫度，并換算出準(zhǔn)確的聲速，存儲(chǔ)到RAM存儲(chǔ)單元中；單片機(jī)再調(diào)用距離計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離；此后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示；當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過(guò)程完成后，系統(tǒng)將延遲100ms重新讓T1置初值，再次啟動(dòng)T1以溢出，進(jìn)入下一次測(cè)距。如果由于障礙物過(guò)遠(yuǎn)，超出量程，以致在T0溢出時(shí)尚未接收到回波，則顯示“ERROR”重新回到主流程進(jìn)入新一輪測(cè)試。五、結(jié)論對(duì)所要求測(cè)量范圍30cm200cm內(nèi)的平面物體做了多次測(cè)量

29、發(fā)現(xiàn)，其最大誤差為0.5cm，且重復(fù)性好。可見(jiàn)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。因此，它不僅可用于移動(dòng)機(jī)器人，還可用在其它檢測(cè)系統(tǒng)中。思考：至于為什么接收不用晶體管做放大電路呢，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)搞不好，CX20106集成放大電路，還帶自動(dòng)電平增益控制，放大倍數(shù)為76dB，中心頻率是38k到40k，剛好是超聲波傳感器的諧振頻率 。附件2：外文原文（復(fù)印件）Ultrasonic distance meterDocument Type and Number:United States Patent 5442592 Abstract:An ultrasonic d

30、istance meter cancels out the effects of temperature and humidity variations by including a measuring unit and a reference unit. In each of the units, a repetitive series of pulses is generated, each having a repetition rate directly related to the respective distance between an electroacoustic tran

31、smitter and an electroacoustic receiver. The pulse trains are provided to respective counters, and the ratio of the counter outputs is utilized to determine the distance being measured. Publication Date:08/15/1995 Primary Examiner:Lobo, Ian J.A.BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a

32、pparatus for the measurement of distance and, more particularly, to such apparatus which transmits ultrasonic waves between two points. Precision machine tools must be calibrated. In the past, this has been accomplished utilizing mechanical devices such as calipers, micrometers, and the like. Howeve

33、r, the use of such devices does not readily lend itself to automation techniques. It is known that the distance between two points can be determined by measuring the propagation time of a wave travelling between those two points. One such type of wave is an ultrasonic, or acoustic, wave. When an ult

34、rasonic wave travels between two points, the distance between the two points can be measured by multiplying the transit time of the wave by the wave velocity in the medium separating the two points. It is therefore an object of the present invention to provide apparatus utilizing ultrasonic waves to

35、 accurately measure the distance between two points. When the medium between the two points whose spacing is being measured is air, the sound velocity is dependent upon the temperature and humidity of the air. It is therefore a further object of the,present invention to provide apparatus of the type

36、 described which is independent of temperature and humidity variations. B.SUMMARY OF THE INVENTION The foregoing and additional objects are attained in accordance with the principles of this invention by providing distance measuring apparatus which includes a reference unit and a measuring unit. The

37、 reference and measuring units are the same and each includes an electroacoustic transmitter and an electroacoustic receiver. The spacing between the transmitter and the receiver of the reference unit is a fixed reference distance, whereas the spacing between the transmitter and receiver of the meas

38、uring unit is the distance to be measured. In each of the units, the transmitter and receiver are coupled by a feedback loop which causes the transmitter to generate an acoustic pulse which is received by the receiver and converted into an electrical pulse which is then fed back to the transmitter,

39、so that a repetitive series of pulses results. The repetition rate of the pulses is inversely related to the distance between the transmitter and the receiver. In each of the units, the pulses are provided to a counter. Since the reference distance is known, the ratio of the counter outputs is utili

40、zed to determine the desired distance to be measured. Since both counts are identically influenced by temperature and humidity variations, by taking the ratio of the counts, the resultant measurement becomes insensitive to such variations.C.DETAILED DESCRIPTION A.principle of ultrasonic distance mea

41、surement 1, the principle of piezoelectric ultrasonic generator Piezoelectric ultrasonic generator is the use of piezoelectric crystal resonators to work. Ultrasonic generator, the internal structure as shown in Figure 1, it has two piezoelectric chip and a resonance plate. When its two plus pulse s

42、ignal, the frequency equal to the intrinsic piezoelectric oscillation frequency chip, the chip will happen piezoelectric resonance, and promote the development of plate vibration resonance, ultrasound is generated. Conversely, if the two are not inter-electrode voltage, when the board received ultra

43、sonic resonance, it will be for vibration suppression of piezoelectric chip, the mechanical energy is converted to electrical signals, then it becomes the ultrasonic receiver. The traditional way to determine the moment of the echos arrival is based on thresholding the received signal with a fixed r

44、eference. The threshold is chosen well above the noise level, whereas the moment of arrival of an echo is defined as the first moment the echo signal surpasses that threshold. The intensity of an echo reflecting from an object strongly depends on the objects nature, size and distance from the sensor

45、. Further, the time interval from the echos starting point to the moment when it surpasses the threshold changes with the intensity of the echo. As a consequence, a considerable error may occur Even two echoes with different intensities arriving exactly at the same time will surpass the threshold at

46、 different moments. The stronger one will surpass the threshold earlier than the weaker, so it will be considered as belonging to a nearer object.2, the principle of ultrasonic distance measurement Ultrasonic transmitter in a direction to launch ultrasound, in the moment to launch the beginning of t

47、ime at the same time, the spread of ultrasound in the air, obstacles on his way to return immediately, the ultrasonic reflected wave received by the receiver immediately stop the clock. Ultrasound in the air as the propagation velocity of 340m / s, according to the timer records the time t, we can c

48、alculate the distance between the launch distance barrier (s), that is: s = 340t / 2 B.Ultrasonic Ranging System for the Second Circuit Design System is characterized by single-chip microcomputer to control the use of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver since the launch from time to time,

49、 single-chip selection of 8751, economic-to-use, and the chip has 4K of ROM, to facilitate programming. Circuit schematic diagram shown in Figure 2. Draw only the front range of the circuit wiring diagram, left and right in front of Ranging Ranging circuits and the same circuit, it is omitted. 1,40

50、kHz ultrasonic pulse generated with the launch Ranging system using the ultrasonic sensor of piezoelectric ceramic sensors UCM40, its operating voltage of the pulse signal is 40kHz, which by the single-chip implementation of the following procedures to generate. puzel: mov 14h, # 12h; ultrasonic fir

51、ing continued 200ms here: cpl p1.0; output 40kHz square wave nop; nop; nop; djnz 14h, here; ret Ranging in front of single-chip termination circuit P1.0 input port, single chip implementation of the above procedure, the P1.0 port in a 40kHz pulse output signal, after amplification transistor T, the

52、drive to launch the first ultrasonic UCM40T, issued 40kHz ultrasonic pulse, and the continued launch of 200ms. Ranging the right and the left side of the circuit, respectively, then input port P1.1 and P1.2, the working principle and circuit in front of the same location. 2, reception and processing

53、 of ultrasonic Used to receive the first launch of the first pair UCM40R, the ultrasonic pulse modulation signal into an alternating voltage, the op-amp amplification IC1A and after polarization IC1B to IC2. IC2 is locked loop with audio decoder chip LM567, internal voltage-controlled oscillator cen

54、ter frequency of f0 = 1/1.1R8C3, capacitor C4 determine their target bandwidth. R8-conditioning in the launch of the carrier frequency on the LM567 input signal is greater than 25mV, the output from the high jump 8 feet into a low-level, as interrupt request signals to the single-chip processing. Ra

55、nging in front of single-chip termination circuit output port INT0 interrupt the highest priority, right or left location of the output circuit with output gate IC3A access INT1 port single-chip, while single-chip P1.3 and P1. 4 received input IC3A, interrupted by the process to identify the source

56、of inquiry to deal with, interrupt priority level for the first left right after. Part of the source code is as follows: receive1: push psw push acc clr ex1; related external interrupt 1 jnb p1.1, right; P1.1 pin to 0, ranging from right to interrupt service routine circuit jnb p1.2, left; P1.2 pin

57、to 0, to the left ranging circuit interrupt service routine return: SETB EX1; open external interrupt 1 pop acc pop psw reti right: .?; right location entrance circuit interrupt service routine Ajmp Return left: .; left Ranging entrance circuit interrupt service routine Ajmp Return 3, the calculatio

58、n of ultrasonic propagation time When you start firing at the same time start the single-chip circuitry within the timer T0, the use of timer counting function records the time and the launch of ultrasonic reflected wave received time. When you receive the ultrasonic reflected wave, the receiver circuit outputs a negative jump in the end of INT0 or INT1 interrupt request generates a signal, single-chip microcomputer in response to external interrupt request, the impleme