【正文】 3319325323338344349386在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速c是基本不變的，計(jì)算時(shí)取c為340m/s。這樣可以求出距離：S=C(T2T1)/2。 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距的方法有多種：如往返時(shí)間檢測(cè)法、相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間聲速(340M/S))/2。 HCSR04超聲波測(cè)距模塊的簡(jiǎn)介HCSR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。在超聲波測(cè)量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多。超聲波傳感器分通用型、寬頻帶型、耐高溫型、密封放水型等多種產(chǎn)品。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器,常用的材料是壓電陶瓷。金屬板的中心有圓錐形振子，發(fā)送超聲波時(shí)，圓錐形振子有較強(qiáng)的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波。超聲波傳感器采用雙晶振子，即把雙壓電陶瓷片以相反極化方向粘在一起，在長(zhǎng)度方向上，一片伸長(zhǎng)另一片就縮短。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率?o。也就是說(shuō)，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為兒交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。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)。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。流體動(dòng)力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。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)，產(chǎn)生超聲波。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)超聲波傳感器分機(jī)械方式和電氣方式兩類本。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。他們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。167。超聲波傳播過(guò)程中，會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機(jī)械效應(yīng)。如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。167。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率小于20Hz或大于20KHz時(shí)，我們便聽不見了。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波，提醒駕駛員在倒車時(shí)有效的避開可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由于倒車造成的汽車碰撞或擦傷的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問(wèn)題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。如美國(guó) Dephi 公司的汽車防撞系統(tǒng)就采用了激光雷達(dá)、微波雷達(dá)和機(jī)器視覺等多種傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)了信息分析、綜合和平衡，利用數(shù)據(jù)間的冗余性和互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯(cuò)處理，克服了單一傳感器可靠性低、有效探測(cè)范圍小等缺點(diǎn)，有效降低了雷達(dá)的誤報(bào)率。車用雷達(dá)首先要解決的技術(shù)難題就是減少雷達(dá)的誤報(bào)。倒車輔助的發(fā)展從倒車警示喇叭開始，經(jīng)倒車?yán)走_(dá)蜂鳴器碰撞警示、數(shù)字波段顯示技術(shù)（利用雷達(dá)感測(cè)液晶顯示距離）等階段的發(fā)展，目前己成功研發(fā)液晶顯示屏幕技術(shù)（即顯示距離激活引擎時(shí)，顯示器會(huì)顯示輪廓外型并以動(dòng)態(tài)方式顯示車輛與障礙物距離）。167。由于微處理計(jì)時(shí)精度有限和硬件設(shè)計(jì)的束縛，現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量范圍比較低。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。近年來(lái)，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波作出精確測(cè)量已成可能。如越來(lái)越多的汽車使道路上有效的使用空間越來(lái)越小，新手也越來(lái)越多，由此引起的刮傷事件也越來(lái)越多，由此引起的糾紛也在不斷地增加。 記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果 36結(jié)　論 38參考文獻(xiàn) 39致　謝 41附　錄 42第1章 課題研究背景與意義167。 汽車?yán)走_(dá)實(shí)物 35圖51汽車?yán)走_(dá)實(shí)物 35167。 顯示程序 32167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 29167。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 27167。 超聲波的接收電路設(shè)計(jì) 21167。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 18167。 測(cè)量盲區(qū) 14167。 超聲波傳感器的選擇 10167。 超聲波的物理性質(zhì) 6167。 國(guó)內(nèi)外超聲波測(cè)距系統(tǒng)的概況 4167。 課題研究的背景 3167。 超聲波的簡(jiǎn)介 6167。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 8167。 發(fā)射脈沖寬度 14167。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述 17167。 超聲波發(fā)射器的注意事項(xiàng) 20167。 LED數(shù)碼管的顯示 25167。 本章小結(jié) 28第4章 軟件設(shè)計(jì) 29167。 外部中斷子程序 32167。 本章小結(jié) 34第5章 安裝與調(diào)試 35167。 整機(jī)調(diào)試 36167。當(dāng)今，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分，它給人們帶來(lái)方便快捷的同時(shí)，也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。因此，提出了基于超聲波測(cè)距的汽車用倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求。但由于超聲波傳播時(shí)間難于精確捕捉，溫度對(duì)聲速的影響等原因，使得超聲波測(cè)距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量精度要求更高的場(chǎng)合下的應(yīng)用。因此，如何選擇合適的方法提高精度是技術(shù)開發(fā)的重要瓶頸，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在提高超聲波測(cè)距精度方面做了大量的研究。其中倒車輔助系統(tǒng)是駕駛輔助系統(tǒng)中最先受到囑目的技術(shù)發(fā)展，目前己成為高階新車的標(biāo)準(zhǔn)駕駛輔助配備之一。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。要想完全解決這種誤報(bào)問(wèn)題，還需采取多傳感器之間的信息融合技術(shù)。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20Hz～20000Hz。超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強(qiáng)按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。 超聲波對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的超聲效應(yīng)。如果超聲波作用于介質(zhì)時(shí)被介質(zhì)所吸收，實(shí)際上也就是有能量吸收，同時(shí)，由于超聲波的振動(dòng)，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。 圖 21超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu) 圖 22超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 167。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。電聲型主要有壓電傳感器、磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。探頭由壓電晶片、楔塊、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)換的一種傳感器件，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成部分。相反，對(duì)這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。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。圖24雙壓電晶片的等效電路圖雙壓電晶片的等效電路如圖24所示，為靜電電容，R為陶瓷材料介電損耗,并聯(lián)電阻Cm和Lm為機(jī)械共振回路的電容和電感，為損耗串聯(lián)電阻。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，利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。這兩處的支點(diǎn)就成為振子振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。 超聲波傳感器的選擇測(cè)距系統(tǒng)的分辨率取決于對(duì)超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器有多種結(jié)構(gòu)形式，可分成直探頭(接收縱波)、斜探頭(接收橫波)、表面波探頭(接收表面波)、收發(fā)一體式探頭、收發(fā)分體式雙探頭等。收發(fā)分體式是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接受器用作接受超聲波。167。（3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。167。如圖23所示為反射時(shí)間法測(cè)距原理圖，利用檢測(cè)聲波發(fā)出到接收到被測(cè)物反射回波的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離,對(duì)于距離較短和要求不高的場(chǎng)合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù),我們通過(guò)測(cè)量回波時(shí)間T 利用公式S=C(T/2)其中，S為被測(cè)距離、V為空氣中聲速、T 為回波時(shí)間(T=T2T1)，T1為超聲波發(fā)出的時(shí)刻，T2 為超聲波返回的時(shí)刻，可以計(jì)算出路程，這種方法不受聲波強(qiáng)度的影響?？諝庵新曀倥c溫度的關(guān)系可以表示為： (21)式中，T為環(huán)境攝氏溫度℃。 發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度決定了測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)，也影響測(cè)量精度，同時(shí)與信號(hào)的發(fā)射能量有關(guān)。s(l個(gè)40KHz方波脈沖)，100181。最終采用短距離(2m內(nèi))發(fā)射 200181。167。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，這是需要注意的。在超聲波檢測(cè)中，接收信號(hào)的衰減總是比發(fā)射信號(hào)余振衰減慢的多。從c點(diǎn)以后，發(fā)射信號(hào)低出閾值Vm，接收信號(hào)才基本擺脫發(fā)射信號(hào)干擾，而能明顯的被分辨，所以在要求較高時(shí)，把0c這段時(shí)間規(guī)定為盲區(qū)時(shí)間。 本章小結(jié)本測(cè)距系統(tǒng)主要是利用超聲波進(jìn)行測(cè)距，主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)。15第3章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)167。圖31 超聲波自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)原理框圖167。嵌入式系統(tǒng)無(wú)疑是當(dāng)前最熱門、最具有發(fā)展前景的 IT 應(yīng)用之一。167。 超聲波的發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器TCT40－16T能向外界發(fā)出40 kHz左右的方波脈沖信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。為避免超聲波在障礙物表面反射時(shí)造成的各種損失和干擾。測(cè)距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測(cè)距一次，發(fā)送、接收一次。傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號(hào)損失及接收機(jī)的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失。超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即為：s=340t/2，這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。接收換能器對(duì)超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測(cè)距離。因壓電效應(yīng)晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號(hào)電荷，電荷量很少，只能提供微小交變的電壓信號(hào)，而不能提供電流信號(hào)。前置放大電路是由一個(gè)高精度、高輸入阻抗放大器TL082及電阻、和構(gòu)成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。故可知本電路中：，且，所以有如下公式。圖中運(yùn)放的同相輸入端接有電阻，參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即，靜態(tài)時(shí)使輸入級(jí)偏置電流平衡并讓輸入級(jí)的偏置電流在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及漂移對(duì)輸出端的影響，故又稱為平衡電阻。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD于顯示的距離范圍在4米之內(nèi)，選用3位LED示，表示距離的數(shù)值。 數(shù)碼管的簡(jiǎn)介液晶顯示器件（LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅(qū)動(dòng)電壓很低、工作電流極小，與TTL電路結(jié)合起來(lái)可以組成微功耗系統(tǒng)，廣泛地用于電子鐘表、電子計(jì)算器、各種儀器和儀表中。利用這樣的PN結(jié)，既可以封裝成單個(gè)的發(fā)光二極管（LED），也可以封裝成分段式（或點(diǎn)陣式）的顯示器件。實(shí)際數(shù)碼管是把發(fā)光二極管的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管就可以組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，如圖35所示。按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。例如，當(dāng)輸入8421碼ABCD=0100時(shí)，應(yīng)顯示為“4”,即要求同時(shí)點(diǎn)亮b、c、f、g段，熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應(yīng)為Fa～Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。其顯示的容量為3個(gè)字。使用靜態(tài)顯示時(shí)，需要在每一個(gè)數(shù)碼管上添加一個(gè)鎖存器，當(dāng)需要某個(gè)數(shù)碼管顯示其他內(nèi)容時(shí)，只需要修改與其相連的鎖存器的值即可。所以在大部分硬件電路設(shè)計(jì)中，很少采用靜態(tài)顯示方式。點(diǎn)亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。圖36 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路167。 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)圖37 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)輸出端輸出低電平的驅(qū)動(dòng)能力比高電平要強(qiáng)得多，但在保證邏輯電平時(shí)也只有5mA左右，不需要保證邏輯電平時(shí)可以有幾十毫安。 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很小（有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。 本章小結(jié)本章主要介紹了基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計(jì)電路。圖41 程序流程圖167。 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(shí)器0中斷 EX0=0。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。 //關(guān)總中斷 Trig=1。 //等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0。