【正文】 市場上倒車?yán)走_(dá)的主流產(chǎn)品，甚至還配合以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動(dòng)態(tài)顯示周圍障礙物的情況。 其中 探頭能夠以最大水平 120 度垂直 70 度范圍輻射，上下左右搜尋目標(biāo)。本系統(tǒng)采 用 AT89C51 單片機(jī)對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，已達(dá)到上述效果。流體動(dòng)力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。同理當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波；反之，如果兩電極間未外加電壓，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。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。 超聲波傳感器的特性 超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以 TR 系列的 超聲波傳感器的特性為例加以說明 （ 1） 頻率特性 超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級(jí)和靈敏度。曲線在 40KHz（ 波長 λ = ） 處最尖銳，輸出電信號(hào)的振幅最大，即在 40KHz 處接收靈敏度最高。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。超聲傳感器的指向角一般為 40 度到 80 度，本設(shè)計(jì)要求傳感器的指向角為 75 度。第二種方法是利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。若測得距離小于事先設(shè)定的數(shù)值，則發(fā)出聲音預(yù) 警。該器件采用 ATMEL 高密度非易失 存儲(chǔ)器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。其結(jié)構(gòu)圖如 32所示： 圖 32 AT89C51 結(jié)構(gòu)圖 （ 2）主要特性 1) 與 MCS51 兼容 2） 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 5） 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 6） 三級(jí) 程序存儲(chǔ)器 鎖定 7） 1288 位內(nèi)部 RAM 8） 32 個(gè) 編程 I/O 線 9） 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10） 5 個(gè) 中斷源 11） 可編程串行通道 12） 低功耗的閑置和掉電模式 13） 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ 3）引腳及功能 10 圖 33 AT89C51 引腳排列 AT89C51 單片機(jī)為 40 腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。 2）時(shí)鐘及復(fù)位信號(hào) XTAL1:是片內(nèi) 振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。 RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。 3）地址鎖存允許 /編程信號(hào)端 ALE/PROG:當(dāng) 89C51 上電正常工作后， ALE 管腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。 11 4）程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端 PSEN———— ：在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定 時(shí)輸出脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 5）外部程序存儲(chǔ)器地址通話輸入端 /固化編程電壓輸入端 EA—— /VPP:當(dāng) EA 端接高電平時(shí)， CPU 只訪問片內(nèi) EPROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在 PC 的值超過 0FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)端口鎖存器還有位地址，所以每一條 I/O 線獨(dú)立地用做輸入 或輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存；作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸 入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 圖 34 復(fù)位電路 當(dāng)在時(shí)鐘電路工作以后，只要在 RESET 端加上大于 10ms 的高電平，單片機(jī)便能實(shí) 13 現(xiàn)復(fù)位。 圖 34 為上電和按鍵復(fù)位電路。 。時(shí)鐘電路中， 晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。無源晶振就是石英晶體諧振器的別稱， 晶體（ crystal)，有 2 個(gè)引腳，體積小，需借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)；有源晶振叫做振蕩器（ oscillator)，有 4 只引腳，體積較大，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。 30 ppm, or specify 負(fù)載電容： Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify 單片機(jī)的電源電路 （ 1）直流穩(wěn)壓電源的工作原理 查閱資料可知 IntelMCS51 系列單片機(jī)的 工作電壓范圍是： +～ +,一般用 +5V的電源，所以本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) +5V 的電壓源為系統(tǒng)單片機(jī)工作。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。這樣在 U2 的整個(gè)周期內(nèi)，都有單向脈沖的電壓輸出。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，因此 Uo=Uc≈ U2，在 U2 達(dá)到最大值時(shí)，Uc 也達(dá)到最大值，然后 U2 下降，此時(shí)， Uc U2， V V3 截止，電容 C 向負(fù)載電阻 RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)τ =RLC 一般較大，電容電壓 Uc 按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到 | U2|Uc 時(shí)， V V4 導(dǎo)通，電容 C 再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程。避免這種不利的可能的發(fā)生 ,在濾波電路的后面再接一個(gè)穩(wěn)壓電路（如圖39），使輸出的直 流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化，再用一個(gè) LED作為電源指示燈。輸出端接入電容器 C C6，也是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。 用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為 N 個(gè) ，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。 本設(shè)計(jì)采用 LM7805 的三端穩(wěn)壓集成電路，其主要參數(shù)如表 所示： 18 表 LM7805 的三端穩(wěn)壓集成電路參數(shù) 參數(shù) 符號(hào) 測試條件 最小值 典型值 最大值 單位 輸出電壓 Vo Tj=25℃ V 1o,Po15W Vi= to 20v V 線性調(diào)整率 △ Vo Tj=25℃ ,Vi= to 25V 100 mV Tj=25℃ ,Vi=8V to 12V 50 mV 負(fù)載調(diào)整率 △ Vo Tj=25℃ ,lo= to 1.5A 9 100 mV Tj=25℃ ,lo=250mA to 750mA 4 50 mV 靜態(tài)電流 IQ Tj=25℃ 8 mA 靜態(tài)電流變化率 △ IQ lo=5mA to mA Vi=8V to 25V mA 輸出電壓溫漂 △ Vo/△ T lo=5mA mV/ ℃ 輸出噪音電壓 VN f=10Hz to 100KHz,Ta=25℃ 42 μV 紋波抑制比 RR f=120Hz,Vi=8V to 18V 62 73 dB 輸入輸 出電壓差 Vo lo=,Tj=25℃ 2 V 輸出阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ 短路電流 1SC Vi=35V,Ta=25℃ 230 mA 峰值電流 1PK Tj=25℃ A 2）變壓器的選擇 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓 U1 變換為整流電路所需要的交流電壓 U2。 超聲波測量最常用的換能器發(fā)射電路大體可分為三種類型：窄脈沖觸發(fā)的寬帶激勵(lì)電路、調(diào)制脈沖諧振電路和單脈沖發(fā)射電路。而脈沖諧振電路設(shè)計(jì)起來比較簡單，其基本方法是用振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)高頻振蕩，經(jīng)過幅值和功率放大后接至換能器，使換能器發(fā)出超聲波，確保高頻振蕩的頻率與換能器固有頻率一致，則可獲得超聲發(fā)射的最佳效果。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波 換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極 間 未外加電壓， 當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片振動(dòng)， 使 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。適當(dāng)?shù)母淖?電容 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。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 。 4 GND 接地端 5 f0 帶 通濾波器中心頻率設(shè)置端，通過該腳與電源正端接一電阻 R來確定 f0，當(dāng) R=200 千歐時(shí)，中心頻率 f0=40KHZ；當(dāng) R=220千歐時(shí)，中心頻率 f0=38KHZ。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路進(jìn)行放大。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 。通過單片機(jī)的 、 、 三 個(gè)管腳的信號(hào)控制四個(gè)三極管的 基 極，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。 圖 315 距離顯示電路 報(bào)警電路 音頻集成功放 LM386 簡介 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 音頻功率放大器 。輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下， 它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386特別適用于電池供電的場合。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負(fù)載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 引腳 2 為反相輸入端，引腳 3 為同相輸入端。 （ 2） LM386 的引腳 LM386 的外形和引腳的排列如圖 316 所示。 超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì) 超聲波測距的原理 為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。 圖 41 超聲波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。 測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。 系統(tǒng)的軟硬件的調(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(shí)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(shí)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(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。 設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測距儀 能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。上位電阻 R1O、 R11 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。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。 32 致謝 首先，我要感謝我的李想老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也要感謝學(xué)校其他老師在我畢業(yè) 設(shè)計(jì)種給我的幫助和支持。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短幾月里，你們無私的向我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助，在此也衷心的謝謝你們。 在此，對(duì)于給予我?guī)椭娜?，我無法一一列舉，在此一并對(duì)你們表示真心的謝意。經(jīng)過幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，由 于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免