【正文】 .....................................................................................25 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) ...................................................................................25 主程序 ........................................................................................................................26 超聲波發(fā)送及接收中斷程序 ..........................................................................28 顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序 ...................................................................305 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 ..........................................................................................................30結(jié)束語(yǔ) ..........................................................................................................................................31致 謝 ..........................................................................................................................................32參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................33附錄 1 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................................34附錄 2 程序清單 ...................................................................................................................351 緒論倒車?yán)走_(dá)又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。 超聲波測(cè)距由于其能夠進(jìn)行非接觸測(cè)量和相對(duì)較高的測(cè)量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢(shì)來看，汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展將帶動(dòng)倒車?yán)走_(dá)市場(chǎng)的繁榮。國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)主流市場(chǎng)已經(jīng)開始有進(jìn)口高檔汽車向中低檔汽車發(fā)展。技術(shù)上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化發(fā)展，設(shè)備趨于小型化、人性化、智能化等方向發(fā)展。由此可見，超聲波汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)將會(huì)在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般由超聲波傳感器（俗稱探頭） 、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 設(shè)計(jì)的意義和要求隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)，狹小的停車場(chǎng)地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免的都存在一個(gè)后視盲區(qū)。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。 目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。第一代：倒車時(shí)通過喇叭提醒 。 “倒車請(qǐng)注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對(duì)駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語(yǔ)音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對(duì)駕駛員幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有~；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。第四代：液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：專為高檔轎車配置的。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。2 總體設(shè)計(jì)方案超聲波發(fā)射單片機(jī)LED 數(shù)碼管顯示鍵盤控制超聲波接收放大 比較圖 21 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)總框圖該設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景是基于 AT89C51 的超聲信號(hào)檢測(cè)的。因此初步計(jì)劃實(shí)在室內(nèi)小范圍的測(cè)試，限定在 米左右。單片機(jī)（AT89C51）發(fā)出短暫的40KHz 信號(hào)，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此型號(hào)進(jìn)行技術(shù)判斷后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果送到 LED 顯示電路顯示，本進(jìn)行聲光報(bào)警 [1]。其發(fā)射電路通常分為調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈（有時(shí)裝在探頭內(nèi)） ，諧振頻率有調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射的超聲脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數(shù)決定，頻帶較寬。將一定頻率、隔度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的固有頻率 40KHz，使其工作在諧振頻率，達(dá)到最優(yōu)的特性。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因?yàn)閷?duì)同一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接受傳感器上接受的回波功率就比較大，對(duì)于接受電路的設(shè)計(jì)就相對(duì)簡(jiǎn)單一些。但是每一支實(shí)際的發(fā)生傳感器有其工作電壓的極限值，同時(shí)發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強(qiáng)度。發(fā)射部件的點(diǎn)脈沖電壓很高，但是由于障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對(duì)這樣小的信號(hào)進(jìn)行處理就必須放大到一定的幅度。接收部分就是有兩級(jí)放大電路，檢波電路及鎖相環(huán)構(gòu)成，其中包括雜波抑制電路。最終達(dá)到對(duì)回波進(jìn)行放大檢測(cè)，產(chǎn)生一個(gè)單片機(jī)（AT89C51）能夠識(shí)別的中斷信號(hào)作為回波到達(dá)的標(biāo)志。 超聲波測(cè)距 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關(guān)，表 1 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的機(jī)理。圖 22 即為超聲波測(cè)距的具體流程圖。 定時(shí)器顯示器振蕩器調(diào)制器接收檢測(cè)器電聲換能器計(jì)時(shí)器控制電聲換能器圖 22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖、測(cè)量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。由于此超聲波測(cè)距儀可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距，所以需進(jìn)行測(cè)距選擇，而這個(gè)測(cè)距選擇就以自動(dòng)選擇功能來實(shí)現(xiàn).、理論計(jì)算T 2T 1圖 23 測(cè)距的原理如圖 23 所示為反射時(shí)間，是利用檢測(cè)聲波發(fā)出到接收到被測(cè)物反射回波的時(shí)間來測(cè)量距離其原理如圖所示，對(duì)于距離較短和要求不高的場(chǎng)合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測(cè)量回波時(shí)間 T 利用公式：2CS??其中，S 為被測(cè)距離、 V 為空氣中聲速、T 為回波時(shí)間，21?可以計(jì)算出路程，這種 方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號(hào)的影響也可以通過設(shè)置“時(shí)間門”來加以克服。這樣可以求出距離： ??21TCS?? 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生 40Hz 的超聲波信號(hào)。其振蕩頻率計(jì)算公式如下： ???? 影響精度的因素分析(1) 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對(duì)于一般要求的精度是可靠的。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設(shè)測(cè)量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測(cè)物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動(dòng)方程為：（21）????????kt+et+20AcosAcos?由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號(hào)可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間，必須對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會(huì)對(duì)超聲波測(cè)量精度產(chǎn)生影響。 (2) 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即：（22）?sRTCM?由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢海?3）???0C1T273式中 C0=；T 為絕對(duì)溫度，單位 K。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1℃, 聲速將增加或者減少 /s ，這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟?對(duì)于時(shí)間誤差主要由發(fā)送計(jì)時(shí)點(diǎn)和接收計(jì)時(shí)點(diǎn)準(zhǔn)確性確定，為了能夠提高計(jì)時(shí)點(diǎn)選擇的準(zhǔn)確性，本文提出了對(duì)發(fā)射信號(hào)和加收信號(hào)通過校正的方式來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。此外，當(dāng)要求測(cè)距誤差小于 1mm 時(shí)，假定超聲波速度C=344m/s(20℃室溫) ，忽略聲速的傳播誤差。則測(cè)距誤差 s△t 002 907s，即 。根據(jù)以上過計(jì)算可知，在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm 的誤差。使用的 12 MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的 AT89C51 單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到 1μs 的精度，因此系統(tǒng)采用 AT89C51 的定一時(shí)器能保證時(shí)間誤差在 1mm 的測(cè)量范圍內(nèi)。 超聲波的傳播速度主要受空氣密度所的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。由此可見，測(cè)量精度與溫度有著直接的關(guān)系，本文采用 DS18B20 溫度傳感器，對(duì)外界溫度進(jìn)行測(cè)量，并在軟件中實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。 提高