【正文】 、安裝、價(jià)格等。 論文的結(jié)構(gòu)組成 該論文主要包括倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的背景、總體方案、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)四個(gè)大部分。第一部分對倒車?yán)走_(dá)的產(chǎn)生背景，設(shè)計(jì)的意義和其發(fā)展史做了簡單敘述。第二部分主要介紹了超聲波測距的原理和超聲波傳感器。第三部分也是該設(shè)計(jì)的核心部分，對硬件系統(tǒng)中的每一部分都做了較為詳細(xì)的介紹。第四部分則為軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要說明了產(chǎn)品內(nèi)部的一些應(yīng)用程序。2 倒車?yán)走_(dá)的總體設(shè)計(jì)方案LED數(shù)碼顯示管單 片 機(jī)比較電壓放大超聲波接收超 聲 波 發(fā) 射 圖21 倒車?yán)走_(dá)總圖 如上圖21所示為超聲波為超聲波倒車?yán)走_(dá)的總體設(shè)計(jì)方案，當(dāng)超聲波接收電路接收到距離信號時(shí)，又經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)化為直流電壓信號與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)信號電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出正脈沖，傳給單片機(jī)，將距離數(shù)字顯示在LED數(shù)碼顯示管上，電壓信號再轉(zhuǎn)化為聲音信號通過超聲波發(fā)射電路以聲音的形式發(fā)射，提醒駕駛員。 超聲波測距原理通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測距原理相似。 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，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）。圖22即為超聲波測距的具體流程圖。 圖22 超聲波測距流程圖 測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)的測量原理。由于此超聲波測距儀可以實(shí)現(xiàn)雙向測距，所以需進(jìn)行測距選擇，而這個(gè)測距選擇就以自動(dòng)選擇功能來實(shí)現(xiàn).T 2T 1 圖23 測距的原理如圖23所示為反射時(shí)間，是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的 時(shí)間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認(rèn)為空 氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時(shí)間 T 利用公式：其中，S 為被測距離、V 為空氣中聲速、T 為回波時(shí)間可以計(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 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： 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生 40Hz 的超聲波信號。其振蕩頻率計(jì)算公式如下： 測量盲區(qū)在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵(lì)傳感 器的同時(shí)也進(jìn)入接收部分。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會(huì)降低，甚至沒 有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi) 的缺陷回波高度對缺陷進(jìn)行定量評價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物,這時(shí)需要注意的。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬帶，加上放大器有阻塞問題,在靠近發(fā)射脈沖一段時(shí)間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離,稱為盲區(qū)，具體分析如下：當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射信號雖然只維持一個(gè)極短的時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機(jī)械慣性作用）。因此，在一段較長的時(shí)間 內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍具有一定的幅值高度，可以達(dá)到限 幅電路的限幅電平VM；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號卻遠(yuǎn)比發(fā) 射信號小，即使是離探頭較近的表面反射回來的信號，也達(dá)不到限幅電路的限幅電平，當(dāng)反射面離探頭愈來愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號相隔時(shí)間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。在超聲波檢測中，接收信號幅值需達(dá)到規(guī)定的閥值Vm，亦即接收信號的幅值必須大于這一閥值才能使接收信號放大器有輸入信號。 超聲波傳感器 超聲波傳感器原理及結(jié)構(gòu)超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。超聲波傳感器包括三個(gè)部分：超聲換能器、處理單元和輸出級。首先處理單元對超聲換能器加以電壓激勵(lì)，其受激后以脈沖形式發(fā)出超聲波，接著超聲換能器轉(zhuǎn)入接受狀態(tài)（相當(dāng)于一個(gè)麥克風(fēng)），處理單元對接收到的超聲波脈沖進(jìn)行分析，判斷收到的信號是不是所發(fā)出的超聲波的回聲。如果是，就測量超聲波的行程時(shí)間，根據(jù)測量的時(shí)間換算為行程，除以2，即為反射超聲波的物體距離。把超聲波傳感器安裝在合適的位置，對準(zhǔn)被測物變化方向發(fā)射超聲波，就可測量物體表面與傳感器的距離。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座 、引線、金 屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射 和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對 壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波 超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。3 硬件設(shè)計(jì)超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路、溫度補(bǔ)償電路、聲報(bào)警電路、單片機(jī)硬件接口電路及顯示報(bào)警電路組成，該系統(tǒng)的核心部分為性能較好的AT89C51單片機(jī)。 超聲波發(fā)射電路本設(shè)計(jì)是利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活性低。40KHz的超聲波是利用LC震蕩電路振蕩產(chǎn)生的，其振蕩頻率計(jì)算公式如下：電路圖如圖31所示。發(fā)射電路主要由SN74LS00的兩個(gè)與非門A、B與電阻、電容組成的多諧振蕩器，調(diào)節(jié)RC選頻網(wǎng)絡(luò)的電位器RP1可調(diào)節(jié)諧振頻率。，電路振蕩，發(fā)射由震蕩電路產(chǎn)生的40kHz超聲波，同時(shí)單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)；，電路停止發(fā)射超聲波信號。圖31 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路圖32所示為超聲波的接收電路。電路由LM324的三個(gè)運(yùn)算放大器A、B、C組成信號放大電路。電感L1和電容C9組成選頻電路，濾除40kHz以外的干擾信號。二極管VD2和電容C12組成信號半波整流濾波電路，將接收到40kHz反射波交流信號轉(zhuǎn)化為近似的直流電壓信號。運(yùn)算放大器D為電壓比較器，40kHz反射波交