【正文】 ，但不可避免地都存在一個后視盲區(qū)，倒車?yán)走_(dá)則可以在一定程度上幫助駕駛員掃除視角死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，減少刮、擦事件。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。 國內(nèi)外超聲波測距系統(tǒng)的概況目前超聲波測距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計時器計時，并結(jié)合溫度補(bǔ)償聲速等處理手段提高測距精度。 超聲波測距儀雖然原理簡單，但是由于超聲波測距受到許多外界因素制約。因此，近年來許多先進(jìn)安全系統(tǒng)及駕駛輔助系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來。無庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。盡管某些雷達(dá)具有二維，甚至三維的目標(biāo)探測能力，但迄今為止，沒有任何一個傳感器能保證在任何時刻提供完全可靠的信息。 課題研究的意義近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。 超聲波的簡介科學(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。超聲波在傳播時，方向性強(qiáng)，能量易于集中。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。167。在流體動力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動等一系列動力學(xué)過程稱為空化。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(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)?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖21和22所示。它實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。其具有下列的特性:把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變。傳感器的主要組成部分是壓電晶片，當(dāng)壓電晶片發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。 圖23雙壓電晶片示意圖雙壓電晶片如圖23所示，當(dāng)在AB間施加交流電壓時，若A片的電場方向與極化方向相同，則下面的方向相反，因此，上下一伸一縮，形成超聲波振動。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。雙晶振子為正方形，正方形的左右兩邊由圓弧形凸起部分支撐著。167。本文設(shè)計主要用于倒車?yán)走_(dá)等方面的應(yīng)用, 故選擇頻率高的傳感器。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波。本文中選用的探頭是40KHz的收發(fā)分體式HCSR04超聲波測距模塊。（2）模塊自動發(fā)送8個40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回。3. 電氣參數(shù)表21 HCSR04超聲波測距模塊的電氣參數(shù)電氣參數(shù)HCSR04超聲波模塊工作電壓DC 5 V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10uS 的TTL 脈沖輸出回響信號輸出TTL 電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸452015mm圖26 HCSR04超聲波測距模塊的時序圖以上時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是距離=高電平時間聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。其原理是利用超聲波的發(fā)射和接受,根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。167。在具體設(shè)計中，比較了25181。s(32個40KHz方波脈沖)的發(fā)射脈沖寬度，作為發(fā)射信號后的接收信號。此時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方面來衡量比較適中，并且接收準(zhǔn)確響應(yīng)速度快。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。當(dāng)反射面離探頭愈來愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。另外，從圖中a點(diǎn)以后，接收信號才比發(fā)射信號大，但還將與發(fā)射信號相迭加，難以分辨。167。選用HCSR04超聲波測距模塊，其價格比較實(shí)惠，程序控制簡單具有較高的實(shí)用性。其設(shè)計方案如下所示： 的高電平測距觸發(fā)信號；模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。超聲波自動測距系統(tǒng)原理框圖如圖31所示。從此，計算機(jī)技術(shù)在兩個重要領(lǐng)域——通用計算機(jī)領(lǐng)域和嵌入式計算機(jī)領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的社會?，F(xiàn)代社會中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟(jì)、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖引腳功能： 為超聲波發(fā)射端口； 為超聲波測試端口（用 LED 顯示時候有回波）； 為超聲波回波接受端口； 位蜂鳴器報警端口； 為發(fā)光二極管報警端口；P0 為LCD顯示端口； 為顯示位控制端口；167。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。 發(fā)射電路輸出波形分析為獲得高分辨力，發(fā)射電路設(shè)計應(yīng)保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復(fù)性；此外，所發(fā)射的超聲波應(yīng)盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應(yīng)近似為同一頻率的振動，以便接收時可采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為：單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠(yuǎn)近，設(shè)置發(fā)射脈沖個數(shù)。 超聲波發(fā)射器的注意事項(xiàng)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。，所以實(shí)際測量時，不一定是第一個回波的過零點(diǎn)觸發(fā)。，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小為2，當(dāng)很小的時候，可直接按式進(jìn)行距離的計算；當(dāng)夾角很大的時候，必須進(jìn)行距離的修正，修正的公式為： (31) 實(shí)際的調(diào)試過程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因?yàn)槊恳环N超聲波發(fā)射、接收頭都有一個有效測量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測量夾角為45176。 超聲波的接收電路設(shè)計接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強(qiáng)的機(jī)械振動。圖34 超聲波接收電路框圖電路如圖33所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗(Input Impedance))；同時，換能器的輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，這就要求前置放大電路有很高的精度、很小的輸入偏置電壓 (Input Offset Voltage)。，即凈輸入電流I0，如把它理想化，則有，但不是斷開，故常稱為虛斷。 (35)利用反相比例放大器可實(shí)現(xiàn)對交直流輸入信號的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要調(diào)節(jié)和阻值即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。 顯示電路設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而己。167。2. 半導(dǎo)體顯示器某些特殊的半導(dǎo)體材料，例如用磷砷化鎵作成的PN結(jié)，當(dāng)加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)化成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。顯示譯碼器的輸出級的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。(共陽極) （共陰極）圖35 數(shù)碼管引腳圖當(dāng)輸入BCD碼(以A、B、C、D表示)，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號(以Fa～Fg表示)，也稱4—7譯碼器。 LED數(shù)碼管的顯示本設(shè)計顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管顯示所測距離值。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。缺點(diǎn)是需要的硬件電路較多(每一個數(shù)碼管都需要一個鎖存器)，同時由于所有數(shù)碼管都處于被點(diǎn)亮狀態(tài)，所以需要的電流很大，當(dāng)數(shù)碼管的數(shù)量增多時，對電源的要求也就隨之增高。動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。動態(tài)掃描顯示時刷新頻率最好大于50HZ，即沒顯示一輪的時間不超過20ms，每個數(shù)碼管顯示時間不能太長也不能太短，時間太長會影響刷新率，導(dǎo)致總體顯示呈現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，時間太短發(fā)光二極管的電流導(dǎo)通時間也就短，會影響總體的顯示亮度。167。167。圖38 發(fā)光二極管的驅(qū)動電路167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)；，分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序；、按鍵處理以及各個子程序的調(diào)度管理等部分；4. 本次設(shè)計使用C語系統(tǒng)采用AT89S52的內(nèi)時鐘：12MHz；5. 言編寫程序，C語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。定時器0中斷,用做顯示。 //將io口設(shè)置為推挽輸出 P1M1 = 0。 P2M0 = 0XFF。 Trig=0。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 超聲波發(fā)射接收程序 以上脈沖觸發(fā)信號，模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。while(1) //程序循環(huán) { EA=0。 //產(chǎn)生一個20us的脈沖，在Trig引腳 while(Echo==0)。 //定時器1清零 TL1=0。 //開總中斷while(TH1 30)。 //測量結(jié)果的高8位 distance_data=8。 //沒有回波則清零 test = !test。 } }167。外部中斷0，用做判斷回波電平INTO_() interrupt 0 //外部中斷是0號 { outeH =TH1。 //關(guān)閉外部中斷 }167。 //寫入定時器0初始值 TL0=0x77。p2_2=1。 p2_0=1。break。p2_2=0。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將由超聲波模塊所測的數(shù)據(jù)按個位，十位，百位分離開來。 temp_data=temp_data%100。 bai_data=table[bai_data]。 bai = bai_data。 }167。void baojing (int f){ BAO=0 。 DENG=1。再通過STC_ISP_V483將每一個模塊的程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行實(shí)際測試，使其各部分功能實(shí)現(xiàn)。并用數(shù)字萬用表測量各引腳之間是否連接正常。檢查并改進(jìn)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。由于 c 語言具有較好的移植性，可以將各部分的程序進(jìn)行組合、調(diào)試，使其能夠?qū)崿F(xiàn)整體功能。，通過程序進(jìn)行模塊程序的移植和調(diào)用，使其能夠完整的實(shí)現(xiàn)其所需的功能。2. 時間誤差 當(dāng)要求測距誤差小于1mm時，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。 3. 超聲波傳播速度誤差 超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快。sfr P1M1 = 0X91。//***********************************************sbit Trig = P1^0。sbit DENG=P2^5。uchar code table[] ={0xeb,0x28,0xb3,0xba,0x78,0xda,0xdb,0xa8,0xfb,0xfa}。 //測距接收緩沖區(qū)uchar ge,shi,bai,temp,flag,outeH,outeL,i。void baojing (int f)void main(void) // 主程序{ uint distance_data,a,b。 P2M1 = 0。 i=0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 //打開定時器0中斷 EX0=0。 //超聲波輸入端 delay_20us()。 //清測量成功標(biāo)志 EX0=1。 //計數(shù)溢出標(biāo)志 TR1=1。 //關(guān)閉定時器1 EX0=0。 //與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù) distance_data=distance_data*。 if(b==a) CONT_1=0。 conversion(b)。 //取出定時器的值 succeed_flag=1。 switch(flag) { case 0x00:P0=ge。flag++。p2_1=0。 case 0x02:P0=bai。flag=0。 tem