【正文】 he distance between obstacles. Ultrasonic Ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range。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。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。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。 “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。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作。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。第四代：液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。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。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。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。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強(qiáng)度。 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。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。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。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)。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。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。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。 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。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 通過 DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU，由軟件進(jìn)行聲速換算。(2) 標(biāo)桿校正的方法提高測(cè)距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如果仍舊要求較高的測(cè)量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距精度的校正。因此，只用為測(cè)距設(shè)備設(shè)定“標(biāo)定”和“測(cè)量”兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實(shí)現(xiàn)的高精度測(cè)距功能。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)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。 超聲波傳感器 超聲波傳感器原理及結(jié)構(gòu)超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。探頭有壓電晶片、契塊、接頭等組成，是超聲檢測(cè)中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成部分。所以，只要對(duì)這種材料加以交變電場(chǎng)，它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，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(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)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(jí)間為外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，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。壓電晶片電極圖 25 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器的特性共振板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。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(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0 度時(shí)電壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。這個(gè)方法是利用超聲波的 反射。過去，許多技術(shù)因?yàn)闊o法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。采用小型超聲波傳感器（Φ12 Φ16),工作頻率在 40KHZ,遙控距離約 10 ，這是由555 時(shí)基電路組成的振蕩器,調(diào)整 10KΩ 電位器，使振蕩頻率為 40KHZ，傳感器接在③腳接下按鈕時(shí)，發(fā)送出超聲波，接收電路。放大后的信號(hào)去觸發(fā)由4 組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，Q5 及 LED 作為觸發(fā)隔離，并可發(fā)光顯示。液位指示及控制器由于超聲波在空氣中有一定的衰減，則發(fā)送到液面及從液面反射回來的信號(hào)大小與液位有關(guān)，液面位置越高，信號(hào)越大；液面越低則信號(hào)就小。BG 不導(dǎo)通，若液位升到規(guī)定位置，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。前者利用軟件產(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號(hào)，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計(jì)采用第二種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號(hào)。本系統(tǒng)將 40 KHz 方波信號(hào)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(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。CX20226A(國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品型號(hào)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(hào)中，將編碼信號(hào)解調(diào)出來，并加以放大和整形，然后再送到微處理器(CPU)進(jìn)行處理，以實(shí)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(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R=，C= μF。例如，取 R=200kΩ 時(shí)，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(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。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 34 所示。5l 系列單片機(jī)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(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)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(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，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(jī) AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測(cè)量誤差。12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40AT89C51U5LS2 Speaker+C19 /25vC1104fP10P11VCCS5RSTC25 20PFC20 20PFXT1 12MOS1OS2VCCa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS1 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS2 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS3 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS4 DPY_7SEG_DPQ18550P11123456789RL1CON91G11A121A231A341A451A162A272A382A49GND101Y1111Y2121Y3131Y4142Y1152Y2162Y3172Y4182G19VCC2074LS244U6 74LS244VCCOS1OS2R3210KR31 1KVCCVCC R171KR181KR191KR201KR251KR261KR291KR281Kd1d2d3d4d5d6d7d8d1d2d3d4d5 d6d7d8P20P21P22P23 123DS18B20VCCR1RXDRXDR102KR112KR122KR132KQ28550Q38550Q48550Q58550 VCC聲報(bào)警電路單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路202201010133溫度測(cè)量電路P32圖 37 單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路圖 溫度測(cè)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(qiáng)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(jì)即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機(jī)，構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)。2℃的測(cè)量精度。其電路連接如圖 37 溫度測(cè)量電路所示。4 軟件設(shè)計(jì)超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)定時(shí)器工作，同時(shí)啟動(dòng)接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。 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(yùn)算結(jié)果處理模塊發(fā)射接收控制模塊聲光報(bào)警模塊主程序除了完成定時(shí)器 T0、中斷源 TNT0 初始化外，主要實(shí)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(dòng)態(tài)掃描顯示；INT0 中斷服務(wù)程序計(jì)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(jìn)行比較，如小于 1m，接蜂鳴器報(bào)警，否則關(guān)閉報(bào)警；如果車尾距離障礙物的距離較遠(yuǎn)，超聲波往返時(shí)間就會(huì)超過了定時(shí)器 T 一次性最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間，則 T0 發(fā)生溢出而中斷，這時(shí)進(jìn)行距離計(jì)算，并顯示 “OFF”，以示車后無障礙物，可放心倒車。距離的計(jì)算公式為： （42tcsd??1）其中，d 為被測(cè)物與測(cè)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(shí)間。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間 t 。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Ｒ獧z測(cè)返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 毫秒才可以檢測(cè)，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(jì)時(shí)器溢