【正文】 ......................................23 167。 發(fā)光二極管的驅(qū)動 ............................................................27 167。 超聲波發(fā)射接收程 序 ........................................................30 167。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ............................................................33 167。 軟件調(diào)試 ............................................................................35 167。我做的是汽車用倒車雷達的設(shè)計，主要是使用單片機語言編程實現(xiàn)超聲波測距系統(tǒng)與單片機之間的串行通信及顯示汽車與障礙物之間的距離。 倒車雷達（ Car Reversing System）全稱“倒車防撞雷達”，又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置。我想很多人都不會忘記 “倒車請注意！”這句話，因為現(xiàn)在多數(shù)普通車還在使用它。 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，包河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 括所測的超聲波傳播時間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及環(huán)境溫度等等，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，國內(nèi)外的學(xué)者在提高超聲波測距精度方面做了大量的研究。本系統(tǒng)采用 時間差 測距法。因此，將超聲波自動測距系統(tǒng)應(yīng)用于 實現(xiàn)無接觸測距的倒車雷達系統(tǒng) 具有很強的實用性。 （ 4） 以數(shù)字的形式顯示測量距離。軟件部份本文采用 C 語言編程，使用單片機的中斷和計時功能，可以方便的實所設(shè)想的功能。當(dāng)今，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分，它給人們帶來方便快捷的同時，也出現(xiàn)了許多問題。因此，提出 了基于超聲波測距的汽車用倒車雷達的設(shè)計。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(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。 利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標要求。但由于超聲波傳播時間難于精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制 了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求更高的場合下的應(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，國內(nèi)外學(xué)者在提高超聲波測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準駕駛輔助配備之一。隨著測距儀的技術(shù)進步，測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 完全解決這種誤報問題，還需采取多傳感器之間的信息融合技術(shù)。同時汽車駕駛?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、準確地測量障礙物與汽車之間的距離。我們?nèi)祟?耳朵 能聽到的聲波頻率為 20Hz～ 20200Hz。超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離。 超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時，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)時被介質(zhì)所吸收，實際上也就是有能量吸收，同時，由于超聲波的 振動，使介質(zhì)產(chǎn)生強烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它有兩個壓電晶片和一個共振板。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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。它有兩個壓電晶片和一個共振板。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，使用時應(yīng)分清器件上的標志。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，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 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， 0C 為靜電電容， R 為陶瓷材料介電損耗 ,并聯(lián)電阻 Cm 和 Lm 為機械共振回路的電容和電感， mR 為損耗串聯(lián)電阻。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，利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。這兩處的支點就成為振子振動的節(jié)點。 超聲波傳感器的選擇 測距系統(tǒng)的分辨率取決于對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） 有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間 就 是超 聲 波 從 發(fā) 射到 返 回 的 時 間 。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。 167。如圖 23 所示為反射時間法測距原理圖 ， 利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射 回波的時間來測量距離 ,對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數(shù) ,我們通過測量回波時間 T 利用公式 S=C (T/2)其中 ， S 為被測距離、 V 為空氣中聲速、T 為回波時間 (T=T2T1)， T1 為超聲波發(fā)出的時刻 ， T2 為超聲波返回的時刻 ，可以計算出路程 ， 這種方法不受聲波強度的影響?？諝庵新曀倥c溫度的關(guān)系可 以表示為： )/(????? (21) 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 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距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同時與信號的發(fā)射能量有關(guān)。s(l 個 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 對缺陷進行定量評價會使結(jié)果偏低，有時甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。在超聲波檢測中，接收信號的衰減總是比發(fā)射信號余振衰減慢的多。從 c 點以 后，發(fā)射信號低出閾值 Vm，接收信號才基本擺脫發(fā)射信號干擾，而能明顯的被分辨，所以在要求較高時，把 0c 這段時間規(guī)定為盲區(qū)時間。 本章小結(jié) 本 測距系統(tǒng) 主要是利用超聲波進行測距，主要應(yīng)用于 汽車 的 倒車雷達 。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3章 超聲波測距 系統(tǒng)的總體 設(shè)計 167。 ，單片機通過 口給 ECHO 輸出一個高電平。 報 警電 路A T 8 9 C 5 1信 號 驅(qū) 動 電 路顯 示電 路信 號 接 收 電 路發(fā) 射 器接 收 器障礙物 圖 31 超聲波自動測距系統(tǒng)原理框圖 167。 嵌入式系統(tǒng)無疑是當(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 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?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。為避免超聲波在障礙物表面反射時造成的各種損失和干擾。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測距一次，發(fā)送、接 收一次。 傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號損失及接收機的靈敏度，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)計時器記錄的時間 t，就可以計算出超聲波發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即為：s=340t/2，這就是所謂的時間差測距法。 。 接收換能器對超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測距離。因壓電效應(yīng)晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號電荷，電荷量很少，只能提供微小交變的 電壓信號，而不能提供電流信號。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器 TL082 及電阻 2R 、 3R 和 pR 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 ： 0??U ， 0?? ?? UU ，且 fi II? ， 所以有 如下公式。圖中運放的同相輸入端接有電阻 pR ，參數(shù)選擇時應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即32 //RRRp ? ，靜態(tài)時使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運算放大器的兩個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輸出端的影響，故 pR 又稱為平衡電阻。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關(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)碼管的簡介 液晶顯示器件（ LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅(qū)動電壓很低、工作電流極小，與 TTL 電路結(jié)合起來可以組成微功耗系統(tǒng)，廣泛地用于電子鐘表、電子計算器、各種儀器和儀表中。利用這樣的 PN 結(jié)，既可以封裝成單個的發(fā)光二極管（ LED），也可以封裝成分段式（或點陣式）的顯示器件。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 實際數(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“ 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，應(yīng)顯示為“ 4” ,即要求同時點亮 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 個字。使用靜態(tài)顯示時，需要在每一個數(shù)碼管上添加一個鎖存器，當(dāng)需要某個數(shù)碼管顯示其他內(nèi)容時，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)計中，很少采用靜態(tài)顯示方式。點亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。 圖 36 數(shù)碼管驅(qū)動電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 167。 蜂鳴器的驅(qū)動 圖 37 蜂鳴器的驅(qū)動電路 單片機輸出端輸出低電平的驅(qū)動能力比高電平要強得多，但在保證邏輯 電平時也只有 5mA 左右，不需要保證邏輯電平時可以有幾十毫安。 發(fā)光二極管的驅(qū) 動 發(fā)光二極管 工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于單片機的超聲測距系統(tǒng)的具體硬件設(shè)計電路。 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。 //打開定時器 0 中斷 EX0=0。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。 //關(guān)總中斷 Trig=1。 //等待 Echo 回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //定時器 1 清零 TF1=0。 //等待測量的結(jié)果，周期 毫秒（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0。 //放入 16 位的高 8 位 distance_data=distance_data|outeL。 //測試燈變化 } a=distance_data。 外部中斷子程序 中斷服務(wù)程序是響應(yīng)單片機的外部中斷。 //取出定時器的值 outeL =TL1。 顯示程序 定時器 0 中斷 ,用做顯示。 switch(flag) { case 0x00:P0=ge。flag++。p2_1=0。 case 0x02:P0=bai。flag=0。將個位，十位，百位分別由不同數(shù)碼管顯