【正文】 ....................... 1 超聲波測(cè)距工作原理 .................................................................................................................. 1 測(cè)量與控制方法 ...................................................................................................................... 2 理論 計(jì)算 .................................................................................................................................. 2 影響精度的因素分析 .............................................................................................................. 3 系統(tǒng)工作原理 .............................................................................................................................. 4 3 單元電路設(shè)計(jì) .................................................................................................................................. 4 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 4 單片機(jī)的選擇 .......................................................................................................................... 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 5 超聲波接收和發(fā)射電路設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 6 超聲波接收電路設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 6 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 9 顯示電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 10 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 11 溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 11 輔助電源電路的設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 12 4 軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................................................ 13 流程圖設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 13 程序清單 .................................................................................................................................... 14 5 結(jié)論 ................................................................................................................................................ 24 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................ 24 致謝 .................................................................................................................................................... 25 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 前言 據(jù)美國(guó)的最新統(tǒng)計(jì)表明，因各種原因造成的車輛倒車事故占公路交通事故總量的 90%左右。主要 闡述了 超聲波測(cè)距的工作原理、測(cè)量和控制方法、理論計(jì)算，分析了影響精度的因素 ，設(shè)計(jì)了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，超聲波接收以及超聲波發(fā)射電路、顯示電路、報(bào)警電路、溫度補(bǔ)償電路等 。倒車系統(tǒng) 主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機(jī) 模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、溫度補(bǔ)償模塊 組成 。因此，要降低 公路交通事故，必須大力降低車輛倒車事故，而汽車倒車技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用有助于減少汽車倒車事故的發(fā)生。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測(cè) 距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。本文著重研究超聲波測(cè)距。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。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關(guān)， 列出了幾種不同溫度下的聲速。這就是超聲波測(cè)距儀的原理。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。對(duì)于接收到的回 波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過(guò)程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。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： 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。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。則測(cè)距誤差 s△ t 002 907s，即 。由此可見(jiàn)，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。通過(guò)計(jì)數(shù)器測(cè)得的脈沖數(shù)可得到超聲波信號(hào)往返所需要的時(shí)間，從而達(dá)到測(cè)距的目的。 圖 3 汽車倒車系統(tǒng)的工作原理圖 3 單元電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)是 Intel 的 51 系列，由于產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，具有很多優(yōu)點(diǎn)。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見(jiàn)。 51 系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)了便 利。積的低位字節(jié)在累加器 A 中，高位字節(jié)在寄存器 B 中 )。 Intel 公司 51 系列的典型產(chǎn)品是 8051，片內(nèi)有 4K 字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器（ OTP）。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá) 20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十微安 甚至更?。娏鲗?shí)際上 是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 51系列單片機(jī)種類很多，此次我選用 AT89C51單片機(jī)。 1）電源模塊的設(shè)計(jì) AT89C51 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板提供了一個(gè) 9 伏 400 毫安的外接交流電源，它能空載輸出 12 伏的直流電壓，穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓通過(guò)專門的電源插座把直流電壓引入實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，左邊兩個(gè)是 12 伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個(gè)小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因?yàn)榇蟮碾娊怆娙菀话悴捎镁砝@工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個(gè)小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，如電路原理圖所示在引腳 XTAL1 和 XTAL2 跨接晶振 Y1 和微調(diào)電容 C1和 C6。 圖 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 超聲波接收和發(fā)射電路設(shè)計(jì) 超聲波接收電路設(shè)計(jì) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eBD a t e : 19 F e b 20 1 2 S h e e t of F il e : D : \ pc b\ s hu z i w e n du j i .dd b D r a w n B y:IN1C12C23G N D4F05C36O U T7V C C8 C X 2 01 0 6A 47 3 10 4 33 0P F+ 10 U F+ 10 U F 20 0K 20 0K 4. 7K S P E A K E RV C C超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分。內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。通過(guò)反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動(dòng)控制。 5) 積分濾波器與整形電路：檢測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波。常用的載波頻率 38khz 與測(cè)距的 40khz 較為相近，可以利用它來(lái)做接收電路。這種 IC 性能優(yōu)越，封裝形式及體積與許多遙控信號(hào)接收器 IC 相同或相似，故可用來(lái)代換多種型 號(hào)的遙控信號(hào)接收集成電路。 1) l 腳：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 3) 3腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 F。 6) 6腳： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。前者利用