電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)【畢業(yè)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述 開(kāi)題報(bào)告】汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

《電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)【畢業(yè)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述 開(kāi)題報(bào)告】汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)【畢業(yè)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述 開(kāi)題報(bào)告】汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（54頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+文獻(xiàn)綜述+開(kāi)題報(bào)告】汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （20_ _屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 摘 要 本文開(kāi)始就此次選題的背景和意義做了說(shuō)明，以及針對(duì)倒車(chē)?yán)走_(dá)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀作了較詳細(xì)的分析。 本文詳細(xì)介紹了此次基于AT89C51單片機(jī)的超聲波脈沖測(cè)距倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，它是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知條件，通過(guò)超聲波反射回來(lái)的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離。本文描述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)以及超聲波傳感器部分的電路設(shè)計(jì)。 論文簡(jiǎn)述了超聲波測(cè)距的發(fā)展和基本原理，并且介紹了超聲波傳感器的

2、原理及它所具有的特性，還對(duì)超聲波的發(fā)射、接收信號(hào)電路及報(bào)警電路做了概述。在單片機(jī)方面論文介紹了AT89C51單片機(jī)的芯片結(jié)構(gòu)和引腳功能，并對(duì)單片機(jī)與超聲波測(cè)距結(jié)合作了有關(guān)介紹。 本文還論證了倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的實(shí)用性，分析了幾種可能會(huì)影響超聲波測(cè)距精度的因素，闡述了如何應(yīng)對(duì)的一些方法。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，超聲波，測(cè)距 The Hardware Design of Anti-collision Alarm System for Auto Reversing Abstract The beginning of the topic to the background and signific

3、ance of this was illustrated,and it made a more detailed analysis for reversing radar research status at home and abroad. This paper describes the AT89C51 microcontroller based ultrasonic pulse ranging reversing radar system, It is the use of ultrasonic propagation velocity in the air which path

4、 is known, reflected back by the time ultrasound to measure the distance. This article describes the theoretical basis of system design and the ultrasonic sensor part of the circuit design. Paper outlines the development and the basic principles of the ultrasonic distance measurement, And introd

5、uced the principle of ultrasonic sensors and it has the features, but also on the ultrasound transmitting and receiving signal circuits and alarm circuits were outlined. This paper introduces the SCM AT89C51 microcontroller chip architecture and pin functions, and the combination of microcontroller

6、and ultrasonic distance measurement made on introduction. This article also demonstrates the practicality of reversing radar system, analysis of several that may affect the accuracy of ultrasonic ranging factors ,and it explained how to deal with the methods.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音Keywords: SCM,Ultrason

7、ic, measure distance 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1選題的背景與意義 1 1.2汽車(chē)?yán)走_(dá)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2.1 汽車(chē)?yán)走_(dá)的歷代變革 2 1.2.2 汽車(chē)?yán)走_(dá)的國(guó)內(nèi)研究 3 1.2.3 汽車(chē)?yán)走_(dá)的國(guó)外研究 3 1.3課題研究的主要內(nèi)容 4 2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.2系統(tǒng)方案評(píng)價(jià) 5 3 超聲波測(cè)距原理 7 3.1超聲波及其基本性質(zhì) 7 3.2 超聲波傳感器 9 3.3 超聲波測(cè)距原理 10 3.4 溫度對(duì)超聲波測(cè)距精度的影響 11 4 AT89C51單片機(jī)介紹 13 4

8、.1 89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 13 4.2 89C51單片機(jī)引腳及功能 14 5系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 16 5.1 主要器件選擇和介紹 16 5.2超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)和接收檢測(cè)電路 18 5.3顯示電路、溫度補(bǔ)償及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 19 6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 22 6.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 22 6.2 超聲波測(cè)距儀的軟件規(guī)劃 22 6.3 主程序及其流程圖 23 6.4 溫度檢測(cè)電路 25 6.5 超聲測(cè)距測(cè)量與顯示電路程序設(shè)計(jì) 29 7 超聲測(cè)距系統(tǒng)誤差分析 32 7.1 超聲測(cè)距誤差原因及解決方案 32 總結(jié) 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 37 附 錄 38

9、 1 緒論 1.1選題的背景與意義 從1886年世界上第一輛汽車(chē)誕生至今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車(chē)制造業(yè)迅猛發(fā)展，汽車(chē)的價(jià)格也越來(lái)越便宜，這使得越來(lái)越多的人擁有汽車(chē)。亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官兼秘書(shū)長(zhǎng)羅軍二十四日透露，到2010年，全球汽車(chē)保有量將達(dá)到十億輛，中國(guó)將突破七千萬(wàn)輛。當(dāng)然有一個(gè)問(wèn)題不能忽視，在我們享受汽車(chē)給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，汽車(chē)的交通安全問(wèn)題也越來(lái)越突顯。目前，在每年的車(chē)禍中有120多萬(wàn)人死亡，1200多萬(wàn)人傷殘，全球50%的交通事故受害者年齡在15～24歲，每年交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5180億多美元，相當(dāng)于每年發(fā)生兩次日本廣島核爆炸[1][2]。美國(guó)高速公路交通安全管

10、理局NHTSA表示，每年因倒車(chē)事故導(dǎo)致的平均死亡人數(shù)達(dá)292人[3]。伴隨著汽車(chē)保有量的增加和城市布局的日益密集化，汽車(chē)的活動(dòng)空間越來(lái)越小，特別是汽車(chē)倒車(chē)時(shí)司機(jī)由于視野不能很好的達(dá)到后面加上車(chē)后的盲區(qū)，使得倒車(chē)事故逐年上升。對(duì)于公路交通事故的分析表明，超過(guò)65%的交通事故屬于追尾相撞，80%以上的交通事故是駕駛員由于反應(yīng)不及時(shí)引起的[4]。一項(xiàng)由Mercedes Benz主導(dǎo)的研究發(fā)現(xiàn)，只要增加0.5秒警示時(shí)間，就能避免60%的追撞事故；如果警示時(shí)間增加至1.5秒，更能提高到90%[5]。汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)是一種安裝在汽車(chē)上實(shí)時(shí)進(jìn)行汽車(chē)與障礙物距離檢測(cè)的裝置，一旦發(fā)現(xiàn)障礙物與汽車(chē)的距離小于安全距

11、離就發(fā)出警報(bào)來(lái)提醒司機(jī)。因此，根據(jù)目前汽車(chē)防撞系統(tǒng)研發(fā)的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的汽車(chē)應(yīng)用前景上考慮，越來(lái)越多的汽車(chē)生產(chǎn)廠家和科研院所以及一些大學(xué)投人大量的人力和物力來(lái)研究汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)。 本課題研究的意義在于通過(guò)對(duì)汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)的研究使得汽車(chē)在白天和晚上倒車(chē)時(shí)都能很好的實(shí)現(xiàn)安全倒車(chē)防止碰撞，而且應(yīng)用單片機(jī)和超聲波技術(shù)汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性都大大提高，從被動(dòng)的防撞到主動(dòng)防撞。而針對(duì)多種測(cè)距的方法，我發(fā)現(xiàn)由于超聲波指向性強(qiáng)，因而對(duì)于距離的測(cè)量利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，所以本次課題我采用超聲波測(cè)距結(jié)合單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)

12、汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)。 1.2汽車(chē)?yán)走_(dá)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 汽車(chē)?yán)走_(dá)的歷代變革 從二十世紀(jì)六十年代對(duì)汽車(chē)防撞雷達(dá)的研究開(kāi)始，汽車(chē)?yán)走_(dá)可以說(shuō)是經(jīng)歷了一代又一代的變革與發(fā)展，起初人們對(duì)于交通事故中車(chē)后撞車(chē)的問(wèn)題開(kāi)始興起對(duì)汽車(chē)防撞的研究。汽車(chē)倒車(chē)防撞的研究可以分為六代[6]。 第一代是倒車(chē)?yán)取Ｏ嘈糯蠹叶加洃洩q新，記得小時(shí)候，每當(dāng)有汽車(chē)倒車(chē)時(shí)總會(huì)有“倒車(chē)，請(qǐng)注意!”的提示音來(lái)提醒汽車(chē)旁或汽車(chē)后面的行人，從而確保汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全，對(duì)于那個(gè)時(shí)候的倒車(chē)防撞系統(tǒng)而言是相當(dāng)先進(jìn)的了。但這種倒車(chē)?yán)炔荒苁顾緳C(jī)很好的起到觀察車(chē)后的作用，畢竟這只對(duì)人而言能有效地防止碰撞，可是如果遇到車(chē)后有障礙物時(shí)就沒(méi)

13、有多大作用。 第二代是倒車(chē)蜂鳴器。它的原理是事先先設(shè)計(jì)障礙物與車(chē)尾的碰撞距離，當(dāng)障礙物離汽車(chē)尾部越來(lái)越近時(shí)，蜂鳴器的叫聲尖銳程度會(huì)越來(lái)越大，以此來(lái)提醒司機(jī)注意倒車(chē)速度與車(chē)距。但是，我們知道光從蜂鳴器的叫聲來(lái)判斷車(chē)后的障礙物到底有多遠(yuǎn)，能不能再往后倒點(diǎn)等事項(xiàng)上還是有很大的不足的。 第三代是數(shù)碼波段顯示[7]。相對(duì)于第一、第二代產(chǎn)品而言，第三代產(chǎn)品在汽車(chē)倒車(chē)防撞上起到很大的作用。它有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示和波段顯示。數(shù)碼顯示是產(chǎn)品能夠顯示距離數(shù)字。而波段顯示由三種顏色來(lái)區(qū)別：綠色代表車(chē)后障礙物或人與車(chē)的距離在安全范圍意外;黃色代表障礙物已經(jīng)進(jìn)入與車(chē)的警示距離，需要引起司機(jī)的注意；紅色代表的是障

14、礙物與車(chē)的距離已經(jīng)超出警示距離，司機(jī)必須格外的小心。 第四代是液晶熒屏顯示。它使得只要汽車(chē)一經(jīng)啟動(dòng)就可以讓司機(jī)能夠看到顯示器上出現(xiàn)的汽車(chē)圖案與障礙物的距離，以及車(chē)的周?chē)系K物的距離。但液晶熒屏顯示的不足是它的抗干擾能力不強(qiáng)，誤報(bào)出現(xiàn)的次數(shù)也多。 第五代是魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)[8]。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新放聲超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確測(cè)知2米以?xún)?nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的提醒駕駛員。魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車(chē)?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車(chē)內(nèi)空氣污染顯示等多功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車(chē)鏡，可以不占用車(chē)內(nèi)空間，直接安裝在車(chē)內(nèi)后

15、視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車(chē)內(nèi)裝飾選配。 第六代是無(wú)線倒車(chē)?yán)走_(dá)。全新無(wú)線液晶倒車(chē)?yán)走_(dá)，融無(wú)線連接、倒車(chē)?yán)走_(dá)、彩色液晶顯示、BP警示音于一體。由于普通倒車(chē)?yán)走_(dá)安裝時(shí)，從車(chē)后雷達(dá)主機(jī)到車(chē)前儀表臺(tái)上顯示器要布一條線，這樣要拆除車(chē)內(nèi)的裝飾板、膠條等，非常不方便?，F(xiàn)在最新推出的新六代無(wú)線液晶倒車(chē)?yán)走_(dá)，一舉解決此問(wèn)題，車(chē)后主機(jī)和顯示器之間無(wú)線連接，方便快捷。更可在大巴、卡車(chē)等車(chē)身長(zhǎng)的車(chē)上使用，使安裝更容易。雷達(dá)測(cè)距數(shù)碼顯示，無(wú)線連接（主機(jī)和顯示器之間無(wú)線連接）。彩屏顯示，BiBiBi三級(jí)跳報(bào)警音，動(dòng)感車(chē)模（車(chē)后探頭方位閃動(dòng)，智辨左右），全天候設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)不同的環(huán)境[9]。

16、 1.2.2 汽車(chē)?yán)走_(dá)的國(guó)內(nèi)研究 在國(guó)內(nèi)的一些汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)研究中，已經(jīng)開(kāi)始使用了數(shù)字無(wú)盲區(qū)可視倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，比如尼桑天籟就采用了倒車(chē)影像設(shè)計(jì)，做到真正無(wú)盲區(qū)探測(cè)，聲音和圖像，倒車(chē)顯示屏顯示。成都泰信電子科技有限公司研發(fā)的“探路神”倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，填補(bǔ)了貨運(yùn)車(chē)無(wú)倒車(chē)?yán)走_(dá)的空白[10]。又如廣東鐵將軍紅蝙蝠倒車(chē)?yán)走_(dá)3066采用3CPU（外理器）設(shè)計(jì)，厘米能精密探測(cè)，防水、防霜、防風(fēng)沙，探測(cè)器探頭自檢，異常提示[11]。還有清華同方LED三色燈報(bào)警顯示雷達(dá)（四個(gè)探頭）CRD-H01通過(guò)裝在車(chē)尾部的超聲波探測(cè)器，探測(cè)汽車(chē)尾部與障礙物之間的距離，并提供LED三色燈報(bào)警顯示和數(shù)碼距離顯示，三級(jí)警報(bào)提

17、示音。其他一些汽車(chē)廠商在汽車(chē)倒車(chē)防撞雷達(dá)研究中也有不錯(cuò)的汽車(chē)產(chǎn)品，如上海通用06款別克凱越系列除三廂1.6LX MT之外，其余車(chē)型都加裝了倒車(chē)?yán)走_(dá)。此外，還有許多廠家在新推出的中低檔車(chē)型中安裝了倒車(chē)?yán)走_(dá)，如：北京現(xiàn)代的伊蘭特、索納塔、途勝；上海通用的別克LaCROSSE君越；東南汽車(chē)的三菱戈藍(lán)、三菱藍(lán)瑟；上海大眾的帕薩特增值版POLO勁情；廣州本田的雅閣、奧德賽、兩廂飛度；神龍汽車(chē)的東風(fēng)雪鐵龍C6、新薩拉??畢加索、愛(ài)麗舍、塞納；江淮汽車(chē)的瑞風(fēng)??祥和；奇瑞汽車(chē)的A5 1.6；千里馬汽車(chē)的RIO千里馬；長(zhǎng)安福特汽車(chē)的蒙迪歐、兩廂?？怂沟萚12]。 1.2.3 汽車(chē)?yán)走_(dá)的國(guó)外研究 在國(guó)外，日

18、本馬自達(dá)汽車(chē)公司研制的掃描激光雷達(dá)和超聲波傳感器，可以檢測(cè)到前方是否有行人和在斜角方向是否有車(chē)駛來(lái)，以避免事故發(fā)生[13]。美國(guó)通用汽車(chē)公司于1997年研制成一種為“視控雷達(dá)”的防撞裝置，車(chē)載電腦根據(jù)脈沖多普勒雷達(dá)原理來(lái)測(cè)兩車(chē)距離和相對(duì)速度、本車(chē)信號(hào)，最后于雷達(dá)測(cè)出的實(shí)際距離作比較[14]。德?tīng)柛Ｓ?998年SAE年會(huì)上推出了“防撞系統(tǒng)”[15]。它采用雷達(dá)及超聲波技術(shù)，來(lái)提高汽車(chē)的安全性。作為汽車(chē)技術(shù)較先進(jìn)的戴姆勒-克萊斯勒公司成功開(kāi)發(fā)出供商用車(chē)（尤指卡車(chē)）使用的電子剎車(chē)系統(tǒng)，它與其他剎車(chē)系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車(chē)車(chē)頭設(shè)有雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車(chē)前觀察周?chē)h(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器加工

19、處理，形成一虛擬景象[16]。 1.3課題研究的主要內(nèi)容 本課題主要是研究如何避免汽車(chē)在倒車(chē)的情況下發(fā)生碰撞而引起交通事故，由于汽車(chē)倒車(chē)時(shí)車(chē)的后視鏡只能觀察到車(chē)尾部?jī)蛇叺能?chē)況而不能看到尾部正后方的情況，所以在這種情況下很容易發(fā)生碰撞事故。本課題通過(guò)安置在車(chē)尾部的超聲波測(cè)距器不斷的發(fā)射超聲波和接收超聲波來(lái)告知駕駛者車(chē)后是否有障礙物并且顯示具體的距離，這樣駕駛者就可以更清楚的了解到車(chē)后的情況從而避免碰撞事故的發(fā)生。本課題通過(guò)超聲波測(cè)距器與AT89C51單片機(jī)的結(jié)合來(lái)達(dá)到測(cè)距與顯示和報(bào)警的效果。首先我們要針對(duì)超聲波測(cè)距來(lái)制作超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路，測(cè)距開(kāi)始時(shí)發(fā)出一連串脈沖信號(hào)，單

20、片機(jī)開(kāi)啟計(jì)數(shù)器，當(dāng)單片機(jī)接收到反射回來(lái)的回波后，運(yùn)行中斷程序來(lái)關(guān)閉計(jì)數(shù)器，根據(jù)計(jì)數(shù)周期T，得到過(guò)渡時(shí)間TL NT，NTL的乘積的一半。 2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用AT89C51單片機(jī)，采用12MHz高精度的晶振，來(lái)獲得穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。通過(guò)定時(shí)器來(lái)輸出與超聲波傳感器所匹配的40KHz超聲波脈沖，再通過(guò)超聲波傳感器的發(fā)射探頭輸出超聲波來(lái)進(jìn)行探測(cè)障礙物并進(jìn)行反射回波，與此同時(shí)單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)另一個(gè)超聲波傳感器的接收探頭檢測(cè)到有超聲波返回時(shí)，單片機(jī)的中斷程序開(kāi)始執(zhí)行，它關(guān)閉計(jì)數(shù)器。于是，單片機(jī)內(nèi)開(kāi)始執(zhí)行事先編寫(xiě)好的距離計(jì)算程序，再將計(jì)算結(jié)果顯示在4位LED數(shù)

21、碼管上。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，因此，在本設(shè)計(jì)中專(zhuān)門(mén)增加了DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它能起到實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度的作用，使超聲測(cè)距更加準(zhǔn)確。本系統(tǒng)還設(shè)置了一個(gè)安全距離報(bào)警模塊，當(dāng)車(chē)與障礙物距離小于3m時(shí)安全報(bào)警模塊啟動(dòng)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如2-1所示。 圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 2.2系統(tǒng)方案評(píng)價(jià) 通過(guò)查閱超聲波測(cè)距的相關(guān)書(shū)籍與論文所知，超聲波的指向性非常強(qiáng)，能量消耗慢，并且它在介質(zhì)中傳播的距離也較遠(yuǎn)，因而用超聲波來(lái)進(jìn)行本設(shè)計(jì)的測(cè)距是最合適的選擇。更重要的一個(gè)方面是利用超聲波測(cè)距設(shè)計(jì)比較方便，它的計(jì)算處理也簡(jiǎn)單，這對(duì)于本設(shè)計(jì)的可行性而言是很關(guān)鍵的。 超聲波發(fā)生器發(fā)展到現(xiàn)在也已比較完

22、善，特別是近距離測(cè)量方面較為常用的壓電式超聲波換能器，它在超聲波發(fā)射與接收時(shí)都有很好的性能。本設(shè)計(jì)中的溫度傳感模塊DS18B20它本身就具有A/D轉(zhuǎn)換功能，這樣的話根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，它使89C51的引腳使用量大大減少了，從而可以閑出多余的引腳來(lái)用于LED顯示與其他模塊的使用。 3 超聲波測(cè)距原理 3.1超聲波及其基本性質(zhì) 各種各樣的聲信號(hào)存在于我們的生活中，在聲學(xué)中將頻率高于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)上限頻率（約20000Hz）的聲波，稱(chēng)為超聲波，或稱(chēng)超聲。而人類(lèi)能產(chǎn)生超聲的核心部件是超聲傳感器，也稱(chēng)超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為聲能，也可以把聲能轉(zhuǎn)化為光能的裝置。 波長(zhǎng)這樣短

23、的超聲波具有類(lèi)似光線的一些物理性質(zhì)[17,18]： （1）超聲波的傳播類(lèi)似于光線，遵循幾何光學(xué)的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能焦聚，因此可進(jìn)行定位、測(cè)量、探傷等； （2）超聲波發(fā)射的波長(zhǎng)很短，由超聲波發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的超聲波不會(huì)亂發(fā)散，它的方向性很強(qiáng)，當(dāng)波長(zhǎng)越短時(shí)它的方向性愈強(qiáng)，所以超聲技術(shù)可用于水下探測(cè)、探傷； （3）超聲波能發(fā)出窄的脈沖波。為了能讓探測(cè)分辨率和精度有所提高，就要求超聲波發(fā)射器發(fā)出脈沖非常窄，由于超聲波的波長(zhǎng)較短，故可作為超聲波窄脈沖發(fā)生器來(lái)發(fā)射窄脈沖； （4）功率大，超聲波本身能夠傳送很大的能量。當(dāng)超聲波作用在物體上時(shí)，物體中的一些分子也會(huì)隨著超聲波

24、的頻率而運(yùn)動(dòng)，它們的振動(dòng)頻率和作用在物體上的聲波頻率相同，當(dāng)超聲波的頻率愈高，物體中的分子運(yùn)動(dòng)就愈來(lái)愈快。 由物理知識(shí)可知，任何聲波在真空是不能運(yùn)動(dòng)的，它們需要通過(guò)液體、固體、氣體或者是它們?nèi)齻€(gè)的組合體作為傳播媒介才能正常傳播。通常情況下，聲波在空氣中的傳播速度約為344。 超聲波的傳播特性： （1）聲速 超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣燃唇橘|(zhì)的聲速，用C表示。它是一秒鐘超聲波等相面通過(guò)的距離，與介質(zhì)的密度和彈性性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于液體介質(zhì)，只能傳播縱波，以CL表示。 （3-）K---介質(zhì)的體積彈性模量; ---介質(zhì)

25、的密度。 聲速是隨著介質(zhì)及其狀態(tài)（如溫度）的不同而不同。如在常溫下，空氣中的聲速約為334，在水中的聲速約為1440，而在鋼鐵中約為5000。除水以外，大部分液體的聲速隨溫度的升高而增加。 （2）（3-）（3）（1）（2）（3）（3-）（3-） 式中 p0-------距離聲源X 0處的聲音的壓強(qiáng)； I0--------距離聲源X 0處的聲音的強(qiáng)度； ------衰減系數(shù)，（奈培/厘米）； 超聲波三種衰減為吸收衰減、散射衰減和擴(kuò)散衰減[20]： （1）吸收衰減。在介質(zhì)中傳播的超聲波，質(zhì)點(diǎn)由于介質(zhì)的粘滯特性會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦，這樣就會(huì)有一些聲能轉(zhuǎn)化為

26、勢(shì)能；而且熱傳導(dǎo)性也是介質(zhì)的一種特性，介質(zhì)的稀疏和稠密兩部分之間會(huì)進(jìn)行某種程度的熱交換，因此聲能的損耗也就隨之產(chǎn)生。 （2）散射衰減。超聲波在介質(zhì)中傳播遇到障礙物，當(dāng)阻礙物的尺寸與超聲波長(zhǎng)可相比或更小時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射衰減。產(chǎn)生散射衰減的因素很多，總的來(lái)說(shuō)是由于介質(zhì)阻抗的不連續(xù)性造成的。 （3）擴(kuò)散衰減。由于聲束的擴(kuò)散，隨著傳播距離的增加，波束界面愈來(lái)愈大，從而使單位面積上的能量逐漸減少。 3.2 超聲波傳感器 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的，即晶體的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。它的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-1所示。 圖3-1 超聲換能器原理圖 超聲波發(fā)生器是一個(gè)具有

27、超聲頻率的電子振蕩器，當(dāng)把振蕩器上產(chǎn)生的超聲頻電壓加到超聲發(fā)生器的壓電晶體上時(shí)，壓電晶體部件就開(kāi)始在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)。壓電部件振動(dòng)時(shí)，其振幅很小，約為（1～10）（10～103）g （3-）V為超聲波的波速，常溫下取344。 在測(cè)量距離時(shí)要求有一個(gè)遠(yuǎn)限，原因在于接收信號(hào)時(shí)的幅值至少要大于規(guī)定的閥值（又叫臨界值）。而這個(gè)閥值取決于對(duì)信噪比的要求。信噪比，即SNR Signal to Noise Ratio ，又稱(chēng)為訊噪比。它是指一個(gè)電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號(hào)與噪聲的比例。因此如果想增大要測(cè)的距離，就要從兩個(gè)方面來(lái)解決，一方面盡量降低噪聲，另一方面盡可能增大發(fā)射信號(hào)的幅值。 本系統(tǒng)在測(cè)

28、距開(kāi)始時(shí)，由單片機(jī)開(kāi)始發(fā)出指令使超聲波發(fā)生器發(fā)出一串脈沖，與此同時(shí)單片機(jī)開(kāi)啟計(jì)數(shù)器，當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，單片機(jī)又執(zhí)行中斷功能來(lái)關(guān)閉計(jì)數(shù)器，根據(jù)計(jì)數(shù)脈沖的重復(fù)周期T，得到過(guò)渡時(shí)間TL nT，nTL實(shí)際上就可變成讀出距離計(jì)數(shù)器的數(shù)碼值n。目標(biāo)距離L與計(jì)數(shù)器讀數(shù)n之間的關(guān)系式為： （3-）（3-）f為計(jì)數(shù)脈沖的重復(fù)頻率，計(jì)數(shù)脈沖頻率f越高，測(cè)距精度越高[21]。 3.4 溫度對(duì)超聲波測(cè)距精度的影響 超聲波是一種聲波，故聲速C為：

29、 （3-8） 上式中為氣體的絕熱體積系數(shù)（空氣為1.4），P為氣體的氣壓（海平面為），為氣體的密度（空氣為1.29）。 對(duì)于1mol空氣，質(zhì)量為m，體積為V，則密度應(yīng)為，故 （3-9） 0℃時(shí)，空氣中C0 331.45。 對(duì)于任意溫度下，有： （3-10） 因此，超聲波在理想氣體條件下空氣中傳播速度可表示為：

30、 （3-11） 下表3-1為超聲波在不同溫度下對(duì)應(yīng)的速度： 表3-1 不同溫度下超聲波聲速表[22] 溫度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 50 聲速（m/s） 313 319 325 323 338 344 349 361 由于溫度不是一個(gè)固定的值，由于它的不確定性，所以需要有一個(gè)溫度傳感系統(tǒng)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而保證測(cè)距的精確。本設(shè)計(jì)中的溫度測(cè)量電路基于DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡(jiǎn)潔，具體電路如圖3-2所示。DS18B20是美國(guó)DALLS公司推出的DS1820的替代產(chǎn)品[22]。具

31、有9、10、11和12位轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)精度為12位，測(cè)量精度一般為0.5℃，軟件處理后可達(dá)0.1℃。溫度輸出以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在先，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)。 DS18B20的引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右分別是1（GND）2（輸入/輸出）、3（VDD）R8為上拉電阻，阻值可選為5左右[23]。 1 2 3 +5

32、 P1.7 R8 圖3-2 溫度測(cè)量電路 4 AT89C51單片機(jī)介紹 4.1 89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 4.1.1單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)框圖介紹[24] 圖4-1所示為89C51帶閃存（Flash ROM） 圖4-1 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 89C51單片機(jī)芯片內(nèi)包括： 一個(gè)8位的80C51微處理器（CPU）256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM/SFR，用以存放可以讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果

33、以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 片內(nèi)4KB程序存儲(chǔ)器Flash ROM,用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 4個(gè)8位并行I/O端口P0～P316位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 具有5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)。 一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信。 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻率為24MHz。 89C51單片機(jī)與8051相比，具有節(jié)電工作方式，即休閑方式

34、及掉電方式。 4.2 89C51單片機(jī)引腳及功能 圖4-2為89C51的引腳圖，是雙列直插封裝（DIP） 圖4-2 89C51單片機(jī)引腳圖 1、電源引腳VCC和VSS VCC（40腳）：電源端，為+5V。 VSS 20腳 ：接地端。 2、外界晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2（18腳）：接外接晶體和微調(diào)電容的一端。 XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 3、控制信號(hào)引腳RST、ALE、和 RST（9腳）：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。 ALE（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)端。 29腳 ：程序存儲(chǔ)器允許輸出信號(hào)端。

35、 31腳 ：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。 4、輸入/輸出端口P0、P1、P2、P3 P0端口（P0.0～P0.7，39~32腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。 P1端口（P1.0～P1.7）：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 P2端口（P2.0～P2.7）：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。 P3端口（P3.0～P3.7）：P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在89C51中，P3端口還用于一些復(fù)用功能。其復(fù)用功能如表4-1所示。 表4-1 P3端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 P3.0 RXD（串行輸入口

36、） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0 外部中斷0 P3.3 INT1 外部中斷1 P3.4 T0（定時(shí)器0的外部輸入） P3.5 T1（定時(shí)器1的外部輸入） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 5系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5.1 主要器件選擇和介紹 1、4 圖5-1 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合圖 （a）分段布置圖 （b）段組合圖 共陽(yáng)極電路中，七個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一

37、起接高電平，需要某一段發(fā)光，就將相應(yīng)二極管的陽(yáng)極接低電平。如圖5-2所示為二極管顯示器共陽(yáng)極等效電路[25]。 a b c d e f g 圖5-2 二極管共陽(yáng)極顯示器等效電路 2、74LS244緩沖器、NPN三極管8550 74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動(dòng)器。74LS244沒(méi)有鎖存的功能。地址鎖存器就是一個(gè)暫存器，它根據(jù)控制信號(hào)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來(lái)。8086/8088數(shù)據(jù)和地址總線采用分時(shí)復(fù)用操作方法，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂贰Ｋ饕?/p>

38、于三態(tài)輸出，作為地址驅(qū)動(dòng)器，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和總線驅(qū)動(dòng)器，定向發(fā)送器等。其真值表如表5-1所示。 表5-1 74LS244真值表 輸入 輸出 G A Y L L L L H H H X Z 三極管由兩個(gè)PN結(jié)的三層半導(dǎo)體制成的。中間是一塊N型半導(dǎo)體。從三塊半導(dǎo)體上各自接出的一根引線就是BJT的三個(gè)電極，它們分別叫做發(fā)射極e、基

39、極b和集電極c，對(duì)應(yīng)的每塊半導(dǎo)體稱(chēng)為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)[26]。圖5-3為NPN型BJT的示意圖和表示符號(hào)。 C集電極 c N 集電區(qū) 集電結(jié) B基極 P基區(qū) b N發(fā)射區(qū) 發(fā)射結(jié) E發(fā)射極 e

40、 a 結(jié)構(gòu)示意圖 b 表示符號(hào) 圖5-3 NPN型BJT的示意圖和表示符號(hào) 3、集成電路CX20106A芯片 CX20106A是一款由日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控信號(hào)接收集成芯片。CX20106A通過(guò)外部所接電阻，可以將內(nèi)部帶通濾波電路的中心頻率f0設(shè)置成40 kHz，那么就能接收放大的超聲波電信號(hào)，整形后輸出負(fù)脈沖電壓。圖5-4為CX20106A的結(jié)構(gòu)框圖。 圖5-4 CX20106A芯片結(jié)構(gòu)框圖 4、 DS18B20 DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量16位符號(hào)擴(kuò)展的

41、二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供 圖5-6 超聲波發(fā)射電路 2、超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì) 超聲波檢測(cè)接收電路中，我用到了集成電路CX20106A芯片，CX20106A是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片。因?yàn)榧t外線遙控常用的載波頻率38KHz與本次測(cè)距的超聲波頻率40KHz接近，所以可用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。超聲波檢測(cè)接收電路如圖5-7所示。 圖5-7 超聲波檢測(cè)接收電路 5.3顯示電路、溫度補(bǔ)償及報(bào)警電路設(shè)計(jì) 1、顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)選用的型號(hào)是AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)的芯片特性和引腳功能已在論文的前面作了詳細(xì)的介紹。單片機(jī)的復(fù)位操作有兩種方式即上電自動(dòng)復(fù)位和按

42、鍵手動(dòng)復(fù)位[24]。本設(shè)計(jì)采用上電自動(dòng)復(fù)位，它是在加電瞬間電容通過(guò)充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖5-8所示。 VCC VCC C + 22μF TST/VPD R 1 VSS 圖5-8為自動(dòng)復(fù)位 在通電瞬間，電容C通過(guò)電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。只要電源VCC的上升時(shí)間不超過(guò)1，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。關(guān)于參數(shù)的選定，在振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間

43、（即正脈沖寬度）大于2個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)采用晶體頻率為6MHZ時(shí)，可取C 22，R 1;當(dāng)采用晶體為12MHZ時(shí)可取C 10，R 8.2。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，取C 20，R 10。 單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲傳感器所需要的40KHZ的方波信號(hào)，通過(guò)利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。本設(shè)計(jì)的顯示電路用了4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用NPN三極管8550驅(qū)動(dòng)。該單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖5-9所示。 圖5-9 單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路圖 2、溫度補(bǔ)償電路及系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì) DS18B20溫

44、度傳感器將被測(cè)環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成帶符號(hào)的數(shù)字信號(hào)（以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個(gè)字節(jié)），溫度補(bǔ)償電路如圖5-10所示。 圖5-10溫度補(bǔ)償電路 系統(tǒng)報(bào)警電路是由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器組成。R19 1，R18 10，此次的運(yùn)算放大器采用F007芯片，兩級(jí)放大電路均是負(fù)反饋的接法，而反相比例運(yùn)算電路中，輸入信號(hào)從反相輸入端輸入，同時(shí)輸入端接地。系統(tǒng)報(bào)警電路如圖5-11所示。 圖5-11 系統(tǒng)報(bào)警電路6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法是公認(rèn)的面向過(guò)程編程應(yīng)遵循的基本方法和原則。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法主要包括：1、只采用三種基本的程序控制結(jié)構(gòu)來(lái)編制程序，從而

45、使程序具有良好的結(jié)構(gòu)；2、程序設(shè)計(jì)自頂而下；3、用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)流程圖表示算法。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的總體思想是采用模塊化結(jié)構(gòu)，自上而下，逐步求精。即首先把一個(gè)復(fù)雜的大問(wèn)題分解為一些單獨(dú)的小問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)若小問(wèn)題還是難以解決，那么可以繼續(xù)把剛才分的小問(wèn)題繼續(xù)不斷的分解，直到使這些問(wèn)題能直接用程序的三種基本結(jié)構(gòu)法表達(dá)為止。然后，針對(duì)各小問(wèn)題來(lái)編輯程序模塊，最后把解決的模塊再重新組合在一起。這就是自上而下的程序設(shè)計(jì)方法。 一個(gè)優(yōu)秀的程序編寫(xiě)者應(yīng)該有良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，而擁有一個(gè)良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格就要注意以下幾點(diǎn)： 1 語(yǔ)句形式化。程序語(yǔ)言是標(biāo)準(zhǔn)的形式化語(yǔ)言，要做到準(zhǔn)確，無(wú)二義性。所以，形

46、式呆板、內(nèi)容活潑一直是軟件行業(yè)的風(fēng)范； 2 程序一致性。保持程序中的各部分風(fēng)格一致，文檔格式一致； 3 結(jié)構(gòu)規(guī)范化。程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、甚至軟件的體系結(jié)構(gòu)要符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)原則； 4 適當(dāng)使用注釋。注釋是幫助程序員理解程序，提高程序可讀性的重要手段，對(duì)某段程序或某行程序可適當(dāng)加上注釋?zhuān)? 5 標(biāo)識(shí)符貼近實(shí)際。程序中數(shù)據(jù)、變量和函數(shù)等的命名原則是：選擇有實(shí)際意義標(biāo)識(shí)符，以易于識(shí)別和理解。 6.2 超聲波測(cè)距儀的軟件規(guī)劃 超聲波測(cè)距儀的程序主要包括以下幾個(gè)功能模塊： DS18B20溫度傳感器模塊，分為初始化子程序、寫(xiě)入子程序及讀取子程序等部分； 距離計(jì)算模塊，分為超

47、聲波發(fā)射控制程序、接收處理子程序及距離計(jì)算子程序部分； 主模塊，分為系統(tǒng)的初始化及各子程序調(diào)度管理部分。圖6-1為各程序模塊功能及相互關(guān)系。 圖6-1 各程序模塊功能及相互關(guān)系 本次設(shè)計(jì)中控制程序可采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。因?yàn)閰R編語(yǔ)言它容易精確計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間且有很高的效率，而C語(yǔ)言則有利于一些復(fù)雜的算法編寫(xiě)。 6.3主程序及其流程圖 系統(tǒng)上電后，初始化單片機(jī)中各寄存器，使單片機(jī)AT89C51中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0裝入65ms的計(jì)數(shù)值。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的數(shù)初值為T(mén)H0 00H，TL0 00H。安裝汽車(chē)尾部的超聲波收發(fā)裝置，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)

48、器T0產(chǎn)生65ms中斷時(shí)，單片機(jī)的P1.0口經(jīng)定時(shí)器T1產(chǎn)生一個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，此時(shí)計(jì)數(shù)器T0開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)單片機(jī)的外部中斷腳P3.2端口接收到了發(fā)射脈沖的反射波時(shí)T0計(jì)數(shù)器便停止計(jì)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)中的距離計(jì)算程序和溫度檢測(cè)程序來(lái)計(jì)算障礙物與超聲波測(cè)距器的距離，系統(tǒng)中以障礙物與汽車(chē)之間3m的距離為報(bào)警信號(hào)，當(dāng)距離小于3m時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警，同時(shí)LED數(shù)碼顯示管顯示汽車(chē)與障礙物的距離圖6-2為主程序流程圖。 圖 6-2 主程序流程圖 部分程序代碼: INTT0: Clr tr0 Mov th0, #00h

49、 Mov tl0, #00h Setb et1 Setb ea Setb tr0 ;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器t0，用以計(jì)算超聲來(lái)回時(shí)間 Setb tr1 ;開(kāi)啟發(fā)超聲波用定時(shí)器t1 OUT: retI ;t1中斷，發(fā)超聲波用 INTT1: JNB TF1， $ ;T1沒(méi)有溢出等待

50、CLR TF1 ;產(chǎn)生溢出，清標(biāo)志位 cpl VOUT ;P1.0取反輸出一個(gè)完整的40KHz的超聲波 Djnz r4, retiVOUT ;發(fā)送4個(gè)超聲波脈沖 Clr tr1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān)t1 Clr et1 Mov r4, #04h ;超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制 Set

51、b ex0 ;開(kāi)啟接收回波中斷 RETIOUT: reti ;外中斷0，收到回波時(shí)進(jìn)入 PINT0: clr tr0 ;關(guān)計(jì)數(shù)器 Clr tr1 Clr et1 Clr ea Clr ex0 Setb 20h

52、 ;接收成功標(biāo)志 Reti 6.4 溫度檢測(cè)電路 溫度接收電路主要是針對(duì)開(kāi)始測(cè)距時(shí)，我們首先要對(duì)DS18B20的接口進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，DS18B20的一線工作協(xié)議流程為，初始化→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作順序包括：初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。 1.DS18B20初始化 DS18B20初始化是使得DS18B20復(fù)位，主要通過(guò)判斷存在脈沖的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖，即寬度范圍是的負(fù)脈沖，拉高以延時(shí)等待，然后通過(guò)輸入/輸出線讀存在脈沖，如果返回的是低電平則說(shuō)明存在，復(fù)位成功。 DS18

53、B20_RST: CLR WDIO ;發(fā)復(fù)位信號(hào) MOV R7, #33 ;延時(shí)500 LCALL DELAY15US SETB WDIO ;恢復(fù) MOV R7, #4 ;等待60 LCALL DELAY15US CLR EXIST ;清存在標(biāo)志 JB WDIO, DS18B20_RS

54、T_0 ; 1，則不存在，跳轉(zhuǎn) SETB EXIST ;存在，則置位標(biāo)志 MOV R7, #28 ;數(shù)據(jù)線持續(xù)低電平420 LCALL DELAY15US DS18B20_RST_0: RET 字節(jié)寫(xiě)DS18B20程序 字節(jié)寫(xiě)為拉低輸入/輸出線至少15以作為起始信號(hào)，接著芯片按從低位到高位順序取出欲寫(xiě)字節(jié)中的1位數(shù)據(jù)，寫(xiě)入輸入/輸出線中，延時(shí)等待15后再將輸入/輸出線拉高作為停止信號(hào)，以等待下一位寫(xiě)入。 DS18B20_WRITE:

55、 CLR C MOV R1, #8 ;1字節(jié)8位 DS18B20_WR_1: CLR WDIO ;產(chǎn)生寫(xiě)信號(hào) MOV R7, #1 LCALL DELAY15US RRC A ;取出待寫(xiě)位 MOV WDIO, C ;寫(xiě)入DS18B20 MOV R7, #1 LCALL DELAY15US SETB WDIO

56、 ;停止 NOP DJNZ R1, DS18B20_WR_1 ;1字節(jié)寫(xiě)完否 SETB WDIO ;寫(xiě)完后恢復(fù)返回 RET 字讀DS18B20程序 字讀DS18B20的程序設(shè)計(jì)思想為DS18B20連續(xù)讀2字節(jié)子程序，讀出值存儲(chǔ)在全局變量：TEMP,TEMP+1。 DS18B20_READ: CLR C MOV R1, #2 ;連讀2字節(jié) MOV R0, #TEMP ;讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)首址 DS18B20_RD_1: M

57、OV R, #8 ;1字節(jié)8位 DS18B20_RD_2: SETB WDIO NOP NOP CLR WDIO ;產(chǎn)生讀信號(hào) NOP NOP SETB WDIO ;準(zhǔn)備讀入數(shù)據(jù) MOV R7, #1 ;等待15 LCALL DELAY15US MOV C, WDIO

58、;讀入數(shù)據(jù) RRC A ;右移以拼接數(shù)據(jù)字節(jié) DJNZ R2, DS18B20_RD_2 MOV @R0, A ;1字節(jié)讀完后存入相應(yīng)單元 INC R0 ;指向下一存儲(chǔ)單元 DJNZ R1, DS18B20_RD_1 RET ;2字節(jié)讀完后返回 4.啟動(dòng)DS18B20轉(zhuǎn)換子程序： DS18B20_START:

59、 LCALL DS18B20_RST ;DS18B20復(fù)位 JNB EXIST, DS18B20_ST_0 ;DS18B20不存在則直接返回 MOV A, #0CCH ;發(fā)跳過(guò)ROM命令 LCALL DS18B20_WRITE MOV A, #44H ;發(fā)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令 LCALL DS18B20_WRITE DS18B20_ST_0: RET 5.DS18B20讀取溫度子程序： DS18B20_GET: LCALL DS18B20_RST

60、 ;復(fù)位 MOV A, #0CCH ;單個(gè)DS18B20，跳過(guò)多傳感器檢測(cè) LCALL DS18B20_WRITE MOV A, #0BEH ;發(fā)讀DS18B20命令 LCALL DS18B20_WRITE LCALL DS18B20_READ ;讀取高低溫度字節(jié) RET END 以下是對(duì)DS18B20進(jìn)行溫度讀取操作的流程框圖如圖6-3所示： 圖 6-3 DS18B20操作流程圖 6.5 超聲測(cè)距測(cè)量與顯示電路程序設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)

61、距主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)器T停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值以表示此次測(cè)距不成功 N Y 圖 6-4 超聲測(cè)距流程圖 部分源程序如下： 7 超聲測(cè)距系統(tǒng)誤差分析 7.1 超聲測(cè)距誤差原因及解決方案 超聲測(cè)距中主要引起誤差的原因

62、有兩個(gè)：一個(gè)是溫度對(duì)聲速的影響從而對(duì)測(cè)距產(chǎn)生誤差；還有一個(gè)是盲區(qū)會(huì)對(duì)超聲測(cè)距產(chǎn)生影響。 1.溫度對(duì)聲速的影響及解決方法 本設(shè)計(jì)在第二章中已詳細(xì)介紹溫度對(duì)聲速的影響，從式7-1中就可知： （7-1） 式中聲速跟空氣中的溫度有關(guān)，因此實(shí)時(shí)的檢測(cè)溫度并傳送至單片機(jī)來(lái)修改測(cè)距計(jì)算中的聲速非常必要的。為此本設(shè)計(jì)中采用了DS18B20溫度傳感器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)做到溫度補(bǔ)償。表7-1為溫度與聲速的二維關(guān)系表，它是為了方便起見(jiàn)，在表格中的聲速值乘以機(jī)器周期1再乘以100得到折合后的聲速值。因?yàn)闄C(jī)器周期為常數(shù)，因此將

63、乘法運(yùn)算直接設(shè)計(jì)在表格中，避免了程序中的乘法運(yùn)算。這里乘以100是從精度和運(yùn)算復(fù)雜性?xún)烧呓Y(jié)合起來(lái)考慮，這樣既保證了2位精度，同時(shí)又能進(jìn)行2字節(jié)與2字節(jié)的乘法運(yùn)算。 表7-1 溫度與聲速的二維關(guān)系表 溫度℃ 聲速（m/s） 折合后的聲速 對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù) -30 313 31300 7A44H -20 319 31900 7C9CH -10 325 32500 7EF4H 0 332 33200 81B0H 10 338 33800 8408H 20 344 34400 8660H 30 349 34900 8854H 40 355 35

64、500 8AACH 50 361 36100 8D04H 2.盲區(qū)對(duì)超聲測(cè)距的影響及解決方法 當(dāng)采用車(chē)尾后中部安裝一套超聲波測(cè)距裝置時(shí)，由于超聲波覆蓋范圍有限，比如車(chē)的兩側(cè)和車(chē)尾后下方就不能被超聲波探及，這些不能被探及的地方就是盲區(qū)。正因?yàn)橛忻^(qū)的存在使得超聲測(cè)距有很多不確定性。 為了解決盲區(qū)給超聲測(cè)距帶來(lái)的不良影響，我們采取的方案是在車(chē)尾中部和兩側(cè)及車(chē)尾靠下方各裝設(shè)超聲波測(cè)距器。我們把倒車(chē)測(cè)距器設(shè)計(jì)成4測(cè)量通道，實(shí)際顯示的是汽車(chē)與障礙物之間的距離是4個(gè)超聲測(cè)距器與障礙物之間的距離的最小值?？紤]到倒車(chē)測(cè)距器有4個(gè)測(cè)量通道，因而對(duì)4個(gè)探頭采用掃描工作法，工作時(shí)可以共用一個(gè)信號(hào)處理電路，從

65、而達(dá)到降低成本的目的。 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于時(shí)間和其它客觀上的原因，沒(méi)有做出實(shí)物。但是我想它對(duì)設(shè)計(jì)卻是一個(gè)非常好的理論基礎(chǔ)。此設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距器能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量車(chē)尾與障礙物的距離，以數(shù)字LED的形式顯示測(cè)量距離并在危險(xiǎn)距離時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。 超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波發(fā)射和，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離。 硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路超聲波檢測(cè)接收電路部分。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)。超聲波74LS04和超聲波

66、發(fā)射換能器T構(gòu)成，利用推挽方式將方波信號(hào)加到超聲波換能器上，可以有效地提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。 超聲波檢測(cè)接收電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片。因?yàn)榧t外遙控常用的載波頻率為38KHz與測(cè)距的超聲波頻率40KHz很接近，所以這次選用它作為超聲波的接收芯片。 超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序顯示子程序組成。超聲波測(cè)距主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。 參考文獻(xiàn) [1] 張維剛.汽車(chē)碰撞安全性設(shè)計(jì)與改進(jìn)技術(shù)[D].湖南大學(xué)博士學(xué)位論文，2002年10月. [2] 雷正保.汽車(chē)縱向碰撞控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論與方法[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2000. [3] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).超聲波檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [4] 馬義德，李伯年，申建軍.汽車(chē)防撞系統(tǒng)研究[J].刑警與科技,2004 7 . [5] 奠石鎂.超聲波測(cè)距在汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].人工智能及識(shí)別技術(shù), 2007. [6] 紀(jì)壽文等.國(guó)內(nèi)外智能車(chē)輛研究進(jìn)