【正文】 蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。第六代：專為高檔轎車配置的。單片機（AT89C51）發(fā)出短暫的40KHz 信號，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)對此型號進行技術(shù)判斷后，把相應(yīng)的計算結(jié)果送到 LED 顯示電路顯示，并進行聲光報警 [1]。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，達到最優(yōu)的特性。發(fā)射部件的點脈沖電壓很高，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，要對這樣小的信號進行處理就必須放大到一定的幅度。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關(guān)，在不同溫度下的聲速也不相同。這就是超聲波測距儀的機理。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目標(biāo)然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計算出來。其振蕩頻率計算公式如下： ???? 影響精度的因素分析(1) 發(fā)射接收時間對測量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。 (2) 當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠遠要比收發(fā)時間的影響嚴重。實際情況下，溫度每上升或者下降 1℃, 聲速將增加或者減少 /s ，這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴重的。則測距誤差 s△t 002 907s，即 。由此可見，測量精. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手度與溫度有著直接的關(guān)系，本文采用 DS18B20 溫度傳感器，對外界溫度進行測量，并在軟件中實現(xiàn)溫度補償。 為了便于對溫度信號的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 集成溫度傳感器。為了更好的實現(xiàn)換算過程同時兼顧設(shè)備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 STC12C5410 單片機實現(xiàn)超聲波測距的各項功能。標(biāo)桿校正的示意圖如圖 24 所示。 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)射電脈沖在激勵傳感器的同時也進入接收部分。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，發(fā)射信號雖然只維持一個極短的時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機械慣性作用） 。超聲波測距主要應(yīng)用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。探頭有壓電晶片、契塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。反之，如果兩級間為外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。圖 25 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的傳感器 SZWS4012M 發(fā)射型超聲波傳感器的特性為例加以說明。其頻率特性如圖 27 所示。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗的前置放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度。超聲傳感器的指向圖由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0 度時電壓最大，角度逐漸增大時，聲壓減小。前者利用軟件產(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計采用第二種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號。本系統(tǒng)將 40 KHz 方波信號分成兩路，分別由 74LS04 經(jīng)兩次和一次反向放大，從而構(gòu)成推拉式反向放大。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 RR9 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。CX20226A(國內(nèi)同類產(chǎn)品型號為 D20226A)是日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路。其主要功能是從 38KHz 紅外載波信號中，將編碼信號解調(diào)出來，并加以放大和整形，然后再送到微處理器(CPU)進行處理，以實現(xiàn)遙控操作功能，其具體引腳圖如圖 32 所示。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=，C= μF。例如，取 R=200kΩ 時，fn≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈38KHz。 超聲波接收電路超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號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行自動控制。（5） 積分濾波器與整形電路：檢測器輸出的信號經(jīng)積分濾波器送到整形. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手電路，輸出較好的矩形波。該系列單片機引腳與封裝如圖 34 所示。5l 系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。其中，變壓器將交流電源（220V/50Hz）變換位符 合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有但方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動或負載變化時，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。它由電源變壓器，橋式整流電路 D1~D4，濾波電容 CC8，防止自激電容 C1C16和一只固定式三端穩(wěn)壓器（7805）組成。單片機 AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減少測量誤差。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 36 單片機及顯示系統(tǒng)電路圖 溫度測量電路 由于超聲波的傳播速度 V 受到空氣中的溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中溫度的影響最為突出，溫度每升高 1℃，速度增加約 。為此，利用一線性數(shù)字溫度計即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機，構(gòu)成一個高精度的數(shù)字溫度檢測系統(tǒng)。2℃的測量精度。其電路連接如圖 37 溫度測量電路所示。第 4章 軟件設(shè)計超聲波倒車雷達系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、INT0超聲波接收中斷程序及顯示子程序四個主要模塊組成。（4） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動定時器工作，同時啟動接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號輸入時，對輸入信號進行處理。 主程序除了完成定時器 T0、中斷源 TNT0 初始化外，主要實現(xiàn)超聲波的巡回發(fā)射（調(diào)用超聲波發(fā)射程序）和距離的動態(tài)掃描顯示；INT0 中斷服務(wù)程序計系統(tǒng)各功能模塊系統(tǒng)初始化程序按鍵掃描模塊數(shù)碼管顯示模塊運算結(jié)果處理模塊發(fā)射接收控制模塊聲光報警模塊. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手算車尾距離障礙物的距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一方面交由主程序顯示，另一方面與設(shè)定值（比如 1m）進行比較，如小于 1m，接蜂鳴器報警，否則關(guān)閉報警；如果車尾距離障礙物的距離較遠，超聲波往返時間就會超過了定時器 T 一次性最長的定時時間，則 T0 發(fā)生溢出而中斷，這時進行距離計算，并顯示 “OFF”，以示車后無障礙物，可放心倒車。距離的計算公式為： （42tcsd??1）其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程， c 為聲速，t 為聲波來回所用的時間。這樣，定時器就記錄下了超聲波自發(fā)射點至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時間 t 。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕ＵＲ獧z測返回信號必須在啟動發(fā)射信號后 毫秒才可以檢測，這樣就可以抑制輸出的干擾。下圖 42 為主程序流程框圖。如果當(dāng)計時器溢出是還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2，及 Testok=2 以表示此次測距失敗。測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 UCM40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz 的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。顯示及報警子程序框圖： 圖 45 顯示子程序框圖 圖 46 報警子程序框圖報警子程序取測量值LED 顯示Y距離小于 1m返回蜂鳴報警N外部中斷入口初始化開位選查表送段碼位選左移一位修正段碼指針返回顯示完畢NY. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第 5章 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15的超聲波換能器 TCT4010F1（T 發(fā)射）和 TCT4010S1（R 接收） ，中心頻率為40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～8cm，其余元件無特殊要求。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。通過超聲波探頭反射超聲波，使用高速單片機計算測量車與障礙物之間的往返時間然后再計算出車與障礙物的距離，并加入了軟件補償，提高了距離計算的精度，然后顯示在 LED 數(shù)碼管上，當(dāng)在探測的范圍有障礙物時，蜂鳴器提示報警，距離越近蜂鳴器的報警頻率也越大，當(dāng)距離小于最小安全距離時，蜂鳴器不間斷報警。在我畢業(yè)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此機會，向您們表示由衷的感激。最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。在畢業(yè)設(shè)計的短短 3 個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝謝你們。該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定的時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應(yīng)用中誤差為 1cm 可忽略不計，由于此電路具有設(shè)計簡單，價格便宜，測量精度比較高的優(yōu)點。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 前方測距電路的輸出端接單片機 INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機 INT1 端口，同時單片機 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。右側(cè)和左側(cè)測距電路的輸入端分別接 和 端口，工作原理與前方測距電路相同。下面分別給出各自的流程圖如圖 43 和 44：圖 43 T0 中斷子程序 圖 44 超聲波接收中斷子程序超聲波發(fā)生子程序雖簡單，但要求程序運行準(zhǔn)確，需要采用匯編語言編程。主程序利用為中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進入中斷程序。再把定時器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。程序首先完成初始化過程，然后是一個重復(fù)的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都很判斷在發(fā)射信號后延時等待的過程中是否發(fā)