【正文】 by the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver in the air propagation speed of the instrument measure the distance between the obstacle and to achieve the intent of the design. This design has a simple circuit design reasonable, stable performance, high speed, accurate measurement results. Paper introduces the development and the basic principle of ultrasonic testing, on the principles and characteristics of ultrasonic sensors, but also on a number of important parameters are discussed, and based on the introduction of ultrasonic ranging system functions on the system39。s overall proposed constitution. Thesis by paring a variety of programs to arrive at the most reasonable solution process were introduced. 【 Key words】 STC89C51； SCM ； HCSR04 ； Digital 本科畢業(yè)論文（設計） 1 緒論 隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人們生活水平和質量的不斷提高，汽車飛速普及，從而使交通業(yè)越來越興旺發(fā)達。萬物皆有兩面性，汽車的普及在給人們帶來方便的同時，也給我們的生活和安全帶來了一定的負面影響，比如過多的汽車使得往日寬闊的街道、馬路變的擁堵，在停車場、車庫的停靠越來越麻煩 。 其中的安全倒車問題一直困擾著我們 ，因為在倒車時 駕駛員 從倒車鏡中看到車后狀況的視野畢竟有限，有時汽車后面的障礙物可能不足以通 過后視鏡傳播到司機的視線，稍不注意就可能造成不必要的損失甚至危及他人的人身安全。據(jù)初步調查數(shù)據(jù)顯示， 15%的交通事故就是由于倒車時 駕駛員的 后視盲區(qū)造成的，所以人們迫切需要一種汽車倒車導航裝置， 希望這個裝置能夠解決倒車過程中的不利因素，能夠安全準確的將車?？康街付ǖ攸c，從不避免不必要的麻煩。這正是本設計要解決的問題。 本文介紹的汽車倒車超聲波測距防撞系統(tǒng)與市面上的具有倒車雷達功能的汽車的原理相似， 但本設計更為經濟，電路設計更簡單，測距更精準，可靠性和穩(wěn)定性更高。本設計的超聲波測距防撞系統(tǒng)由超聲波傳感器、單片 機控制系統(tǒng)、 LED數(shù)碼管和蜂鳴器組成。單片機通過超聲波傳感器傳回的數(shù)據(jù)測算出汽車與障礙物的距離，并通過與可設置的安全距離相比較，但小于安全距離時，蜂鳴器報警提示駕駛員，從而提高了駕駛的安全性。 本科畢業(yè)論文（設計） 2 1 汽車倒車超聲波 報警器的 設計背景 汽車倒車超聲波 報警器 的設計意義 在人們對安全出行、安全駕駛的交通意識越來越強烈的今天，一種能保障駕駛員安全、準確倒車的響應快、可靠性高且經濟的汽車倒車超聲波報警器正是廣大駕駛員所期望的 。超聲波測距報警器 利用超聲波 測距原理 檢測 車輛 與障礙物的距離 ，并 將測算數(shù)據(jù)實時顯示在數(shù)碼管上 ， 同事駕駛員可設置安全距離，當小于安全距離時，裝置將報警提示駕駛員提高警惕。相信，隨著科技的不斷發(fā)展 汽車倒車超聲波測距裝置的 功能 也會越來越強大，為我們的生活帶來更多的便捷。 汽車倒車超聲波 報警器的 發(fā)展 汽車倒車超聲波測距報警裝置經過了多年的發(fā)展。其最初只是應用在奔馳、寶馬等高檔轎車上，后來由于科技的進步，經濟社會的發(fā)展和開發(fā)成本的降低才逐漸成為普通汽車上的裝置。時至今日，汽車倒車超聲波測距報警器已經歷了 三 代的技術和結構改良。 第一代： 倒車時喇叭提醒。 這一代 的汽車倒車裝置只是在駕駛員掛上倒車檔時，語音提示“請注意，倒車”以引起駕駛員和周圍人的注意，現(xiàn)在這種裝置只是使用在少部分大卡車和泥頭車上。其并沒有超聲波測距裝置，只是靠語音提示，因此，這種裝置對安全倒車沒有太大的幫助，也并不能稱之為真正意義上的汽車倒車報警器。 第二代：根據(jù)蜂鳴器發(fā)音的頻率的不同來提醒。這才算是汽車倒車超聲波測距報警器歷史發(fā)展的真正的開始，因為超聲波裝置已應用到系統(tǒng)中。當在一定范圍內有障礙物時，蜂鳴器就會報警，汽車距障礙物越近時，蜂鳴器的“嘀嘀”聲就越急促，但這種裝置不能實時顯示汽車距障礙物 的距離，對駕駛員的安全倒車的作用也不大。 第三代： 距離顯示 。這代較第二代有較大的進步 ，可以顯示障礙物與車體間的距離有兩種顯示方式。一是通過數(shù)碼管顯示距離；二是通過顏色來提示，當在安全距離以上時顯示綠色，當接近安全距離時，顯示黃色警告，當在危險距離時，顯示紅色。這一代汽車倒車超聲波測距報警器已經比較先進了，其缺點是不夠經濟，精度不高，安裝不美觀。 課題的主要研究內容和目標 本課題以汽車倒車超聲波報警器的設計與實現(xiàn)為研究目標，從理論和實踐兩個方面對超聲波測距技術的應用進行探討。本課題著重對超聲波的基本理論 知識進行了介紹，闡述了汽車倒車超聲波報警器的總體設計方案， 同時詳述了硬件電路的設計和軟件設計，并論述了系統(tǒng)誤差和改進的方法。 本科畢業(yè)論文（設計） 3 2 超聲波基本發(fā)展史及原理 超聲波發(fā)展簡史 人類使用超聲波技術造福人類是受到蝙蝠的啟發(fā)。超聲波是由意大利科學家斯帕拉捷發(fā)現(xiàn)的。斯帕拉捷習慣晚飯后到附近的街道散步。他經?？吹胶芏囹痨`活的在空中飛來飛去，卻從來不會撞到墻壁或樹上。這個現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么本領可以在夜空中自由自在的飛行呢？ 為了弄清其中的原因，斯帕拉捷做了一系列的實驗。首先它蒙上了蝙 蝠的眼睛，發(fā)現(xiàn)蝙蝠仍然可以輕盈敏捷地來回飛翔，然后，他把蝙蝠的鼻子堵上，結果，蝙蝠在空中還是飛的那么敏捷、自由，于是他又捉來幾只蝙蝠，用油漆涂滿它們的全身，然而還是沒有影響到它們的飛行，最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把它們放到夜空中，這次，蝙蝠沒了先前的神氣，向無頭蒼蠅一樣在空中東碰西撞，很快就跌落在地上。他發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠聽覺來辨別方向，確認目標的。后來人們的繼續(xù)研究弄清了其中的奧秘。原來，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽不到的超聲波，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反社會來，蝙蝠的耳朵接受到這些超聲 波，就能迅速做出判斷，靈巧的自由飛翔，捕捉食物。 正真超聲波的研究和發(fā)展與媒質中超聲波的發(fā)射和接收的研究密切相關。自 19世紀末到 20 世紀初，在物理上發(fā)現(xiàn)了壓電效應和反壓電效應之后，人們找到了利用電子學產生超聲波的辦法，從此，超聲波技術便迅速得到發(fā)展和推廣。 1883 年 Galton 首次制成超聲波氣哨，其原理是將壓縮氣體經過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產生超聲波。此外，又出現(xiàn)了各種形式的機械型超聲波換能器。 20世紀初電子學的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應和磁致伸縮效應制成各種機電換能器 。 1917年法國物理學家Langevin 用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功應用于水下探測潛艇。隨著軍事和國名經濟各部門中超聲應用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了更大功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型超聲波換能器。 人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中潛艇的位置及其狀態(tài) 。 40年代末期超聲波治療在歐美興起，醫(yī)學上最早利用超聲波是在 1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術掃描腦部結構，以后到了 60年代醫(yī)生們開始將超聲波應用于腹部器官的探測。 1956年第二屆國際超聲醫(yī)學學術會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。 如今超聲波被廣泛應用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌、消毒等。超聲波技術在軍事、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學、科學研究等領域發(fā)揮著巨大的作用和價值。 超聲波的應用 超聲波因其獨特的物理化學特性，其被廣泛應用于許多方面。超聲波應用主要在以下幾個方面： （ 1）在檢驗方面的應用 超聲波波長短，方向性好，能透過不透明的物質，這些特性被廣泛應用在超聲波探傷、側厚、測距、遙控、和超聲波成像技術 [1]。 超聲波探傷是利用超聲波能透入金屬 材料的深處 由一 截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種 方法，當超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。超聲波測厚，是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度 [1]。 超聲波測距 是 通過 測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的本科畢業(yè)論文（設計） 4 時間差計算出發(fā)射點到障 礙物的實際距離 。超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量。 超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內部形象的技術，把從換能器發(fā)出的超聲波經聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶 粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術，其原理與光波的全息術基本相同，只是記錄手段不同而已。 （ 2）在超聲處理方面的應用 利用超聲的機械效應、溫熱效應、理化效應，可進行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應用。 超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波焊接主要分超聲波塑 料焊接和超聲波金屬焊接，超聲波塑料焊接具有焊接速度快，焊接強度高、密封性好的優(yōu)點；而超聲波金屬焊接的優(yōu)點在于快速、節(jié)能、熔合強度高、導電性好、無火花、接近冷態(tài)加工。針對所有的應用市場，超音波焊接其特有的優(yōu)點 —— 快捷、高效、清潔和牢固，贏得了各行各業(yè)的認可，在汽車、家電、包裝、玩具業(yè)、電子等行業(yè)的應用也越來越廣泛。 超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。目前所用的超聲波清洗機中，空化作用和直進流作用應用得更多。超 聲波清洗具有清洗效果好、清洗速度快、清潔度高，不須人手接觸清洗液，安全可靠，對工件表面無損傷，節(jié)省溶劑、熱能、工作場地和人工等諸多優(yōu)點。超聲波清洗方式超過一般的常規(guī)清洗方法，特別是工件的表面比較復雜像一些表面凹凸不平、有盲孔的機械零部件，一些特別小而對請潔度有較高要求的產品如：鐘表和精密機械的零件，電子元器件，電路板組件等，使用超聲波清洗都能達到很理想的效果。 超聲波技術在醫(yī)療方面的獨特療效已得到醫(yī)學界的普遍認可，并越來越被臨床重視和采用。超聲波治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體 康復的目的。超聲波的機械作用可軟化組織，增強滲透，提高代謝，促進血液循環(huán)，刺激神經系統(tǒng)和細胞功能，因此具有超聲波獨特的治療意義。超聲溫熱效應可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營養(yǎng)，增強酶活力。一般情況下，超聲波的熱作用以骨和結締組織為顯著，脂肪與血液為最少。超聲波治療以療效獨特，長期治療無毒副作用的安全特性見長，在肢體運動康復、心腦血管疾病治療方面有著獨特的優(yōu)勢，其體外無創(chuàng)的物理治療手段比較適合在社區(qū)、醫(yī)院運用。 （ 3）在基礎研究方面的應用 超聲學是研究超聲的科學，它是聲學的一個重要分支。超聲學是研究 超聲的產生、接收和在媒質中的傳播規(guī)律，超聲的各種效應，以及超聲在基礎研究和國民經濟各部門的應用等內容的聲學重要分支 [1]。機械運動是最簡單、也最普通的物質運動，它和其他形式的物質運動以及物質結構之間的關系非常密切。超聲振動本身就是一種機械運動，因此，超聲方法也是研究物質結構的一個重要途徑。 20 世紀 40 年代起，人們在研究媒質中超聲波的聲速和聲衰減隨頻率變化的關系時，就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了它們與各種分子弛豫過程（如分子的內、外自由度之間能量轉換的熱弛豫