【正文】 ......................................23 167。 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng) ............................................................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(chē)用倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)，主要是使用單片機(jī)語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距系統(tǒng)與單片機(jī)之間的串行通信及顯示汽車(chē)與障礙物之間的距離。 倒車(chē)?yán)走_(dá)（ Car Reversing System）全稱(chēng)“倒車(chē)防撞雷達(dá)”，又稱(chēng)“泊車(chē)輔助裝置”，它是汽車(chē)泊車(chē)或者倒車(chē)時(shí)的安全輔助裝置。我想很多人都不會(huì)忘記 “倒車(chē)請(qǐng)注意！”這句話，因?yàn)楝F(xiàn)在多數(shù)普通車(chē)還在使用它。 目前超聲波測(cè)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(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，并結(jié)合溫度補(bǔ)償聲速等處理手段提高測(cè)距精度。超聲波測(cè)距儀雖然原理簡(jiǎn)單，但是由于超聲波測(cè)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(jì)（論文） 2 括所測(cè)的超聲波傳播時(shí)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(kāi)發(fā)的重要瓶頸，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在提高超聲波測(cè)距精度方面做了大量的研究。本系統(tǒng)采用 時(shí)間差 測(cè)距法。因此，將超聲波自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)用于 實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng) 具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 （ 4） 以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。軟件部份本文采用 C 語(yǔ)言編程，使用單片機(jī)的中斷和計(jì)時(shí)功能，可以方便的實(shí)所設(shè)想的功能。當(dāng)今，汽車(chē)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(chē)用倒車(chē)?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(kāi)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(chē)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(chē)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(chē)駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車(chē)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(chē)之間的距離。我們?nèi)祟?lèi) 耳朵 能聽(tīng)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(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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(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)換的一種傳感器河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)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(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) 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(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(chē) 的 倒車(chē)?yán)走_(dá) 。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 3章 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì) 167。 ，單片機(jī)通過(guò) 口給 ECHO 輸出一個(gè)高電平。 報(bào) 警電 路A T 8 9 C 5 1信 號(hào) 驅(qū) 動(dòng) 電 路顯 示電 路信 號(hào) 接 收 電 路發(fā) 射 器接 收 器障礙物 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(mén)、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 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(yùn)放的同相輸入端接有電阻 pR ，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32 //RRRp ? ，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 pR 又稱(chēng)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(kāi)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。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 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(chēng)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 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 167。 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(kāi)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。 //定時(shí)器 1 清零 TF1=0。 //等待測(cè)量的結(jié)果，周期 毫秒（可用中斷實(shí)現(xiàn)） TR1=0。 //放入 16 位的高 8 位 distance_data=distance_data|outeL。 //測(cè)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(jī)的外部中斷。 //取出定時(shí)器的值 outeL =TL1。 顯示程序 定時(shí)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(gè)位，十位，百位分別由不同數(shù)碼管顯