【正文】 ； HCSR04 ； Digital 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平和質(zhì)量的不斷提高，汽車飛速普及，從而使交通業(yè)越來越興旺發(fā)達(dá)。這正是本設(shè)計(jì)要解決的問題。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 1 汽車倒車超聲波 報(bào)警器的 設(shè)計(jì)背景 汽車倒車超聲波 報(bào)警器 的設(shè)計(jì)意義 在人們對(duì)安全出行、安全駕駛的交通意識(shí)越來越強(qiáng)烈的今天，一種能保障駕駛員安全、準(zhǔn)確倒車的響應(yīng)快、可靠性高且經(jīng)濟(jì)的汽車倒車超聲波報(bào)警器正是廣大駕駛員所期望的 。其最初只是應(yīng)用在奔馳、寶馬等高檔轎車上，后來由于科技的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和開發(fā)成本的降低才逐漸成為普通汽車上的裝置。其并沒有超聲波測(cè)距裝置，只是靠語音提示，因此，這種裝置對(duì)安全倒車沒有太大的幫助，也并不能稱之為真正意義上的汽車倒車報(bào)警器。 第三代： 距離顯示 。 課題的主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo) 本課題以汽車倒車超聲波報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為研究目標(biāo)，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。斯帕拉捷習(xí)慣晚飯后到附近的街道散步。他發(fā)現(xiàn)蝙蝠是靠聽覺來辨別方向，確認(rèn)目標(biāo)的。自 19世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初，在物理上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)之后，人們找到了利用電子學(xué)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此，超聲波技術(shù)便迅速得到發(fā)展和推廣。 1917年法國(guó)物理學(xué)家Langevin 用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功應(yīng)用于水下探測(cè)潛艇。 1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。超聲波應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面： （ 1）在檢驗(yàn)方面的應(yīng)用 超聲波波長(zhǎng)短，方向性好，能透過不透明的物質(zhì)，這些特性被廣泛應(yīng)用在超聲波探傷、側(cè)厚、測(cè)距、遙控、和超聲波成像技術(shù) [1]。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已。針對(duì)所有的應(yīng)用市場(chǎng)，超音波焊接其特有的優(yōu)點(diǎn) —— 快捷、高效、清潔和牢固，贏得了各行各業(yè)的認(rèn)可，在汽車、家電、包裝、玩具業(yè)、電子等行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。超聲波清洗方式超過一般的常規(guī)清洗方法，特別是工件的表面比較復(fù)雜像一些表面凹凸不平、有盲孔的機(jī)械零部件，一些特別小而對(duì)請(qǐng)潔度有較高要求的產(chǎn)品如：鐘表和精密機(jī)械的零件，電子元器件，電路板組件等，使用超聲波清洗都能達(dá)到很理想的效果。超聲溫?zé)嵝?yīng)可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營(yíng)養(yǎng)，增強(qiáng)酶活力。超聲學(xué)是研究 超聲的產(chǎn)生、接收和在媒質(zhì)中的傳播規(guī)律，超聲的各種效應(yīng)，以及超聲在基礎(chǔ)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的應(yīng)用等內(nèi)容的聲學(xué)重要分支 [1]。隨著人們能產(chǎn)生和接收的超聲波頻率的不斷提高，已正在逐步接近點(diǎn)陣熱振動(dòng)的頻率，利用這些甚高頻超聲的量子化聲能──聲子來研究原子間的相互作用、能量傳遞等問題是十分有意義的。超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。 超聲波測(cè)距的方法 超聲波測(cè)距的方法主要有三種，為相位檢測(cè)法、幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間法。但是由于氣體介質(zhì)對(duì)超聲波存在反射和散射，使得超聲波在傳播過程中有很大的衰減，超聲波的最大檢 測(cè)距離因此受到一定程度的限制。 綜上，本設(shè)計(jì)的測(cè)距方法采用渡越時(shí)間法。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2. 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V與溫度有關(guān)。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。 整個(gè)系統(tǒng)框架圖如圖所示 : 圖 系統(tǒng)框圖 硬件選型 超聲波探頭的主要參數(shù) （ 1）中心頻率 中 心頻率，即壓電晶片的諧振頻率， 當(dāng)施加于它兩端的交變電壓頻率等于晶片的中心頻率時(shí)，輸出能量最大，傳感器的靈敏度最高。一般為幾度至幾十度。供診斷用的超聲波傳感器的功率較小，工作溫度不高，在20 70CC? ? ? ? 溫度范圍內(nèi)可以長(zhǎng)期工作。由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。10uS 的 TTL 觸發(fā)信號(hào) 模塊內(nèi) 部發(fā)出信號(hào) 循環(huán)發(fā)出 8 個(gè) 40KHz 脈沖 回響電平輸出與檢測(cè)距離成比例 輸 出回響信號(hào) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求以及總體設(shè)計(jì)思路對(duì)所選擇的單片機(jī)要求進(jìn)行進(jìn)一步的概括。單片機(jī)的外圍電路元件選用 ， 選用蜂鳴 器報(bào)警 。 兩個(gè) LED 燈，一個(gè)為上限報(bào)警一個(gè)為下限報(bào)警。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以超聲波 被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等方面 [5]。 超聲波接收電路設(shè)計(jì) 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。 CX20xx6A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 市面上常用的 LED數(shù)碼管有兩種即共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示比較實(shí)用，電路構(gòu)建簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示測(cè)量距離，只要輪流顯示的速度足夠快的時(shí)候就能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)值的顯示 [8]。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報(bào)警等。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的，然后通過單片機(jī)來處理測(cè)量數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，能精確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距。余波就是在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因。根據(jù)前面的對(duì)超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號(hào)后，超聲波接收電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平送至單片機(jī)的 ，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。 計(jì)算及顯示 模塊程序設(shè)計(jì) 從距離計(jì)算公式 S=17 N/1000= N(cm)中可以很明顯看出來，如果想要得到具體的距離的值，就只需要得到從超聲波發(fā)送開始到接收到超聲波這個(gè)過程中定時(shí)器 0的計(jì)數(shù)的次數(shù)。當(dāng)超聲波接收電路接收了到回波信號(hào)的同時(shí)時(shí)，電路便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平到單片機(jī)的 ，在單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，定時(shí)器計(jì)時(shí)就將停止，同時(shí)定時(shí)器的計(jì)數(shù)的次數(shù)將被提取出來，這樣就可以得到以 cm為單位的測(cè)量的距離值 [12]。其它硬件的組裝和連線焊接如下： P2口分別接到四位八段的共陽數(shù)碼管的 a、 b、 c、d、 e、 f、 g、 dp引腳上，用來進(jìn)行動(dòng)態(tài)的段掃描； P1口的 、 、 、 四位數(shù)碼管的片選； P1口的 ，構(gòu)成蜂鳴器報(bào)警 電路，進(jìn)行蜂鳴器鳴叫報(bào)警； ； ，用作判斷超聲波是否接收到了回波的信號(hào)，并控制計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí) [13]。而本設(shè)計(jì)中并沒有溫度補(bǔ) 償模塊，主要是本設(shè)計(jì)做為倒車?yán)走_(dá)使用對(duì)精確的距離的要求不是很高主要是起到警報(bào)的作用而已，所以本設(shè)計(jì)并沒有采用溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 4）余波信號(hào)的影響 在測(cè)量時(shí)有一部分的聲波是從發(fā)射探頭直接轉(zhuǎn)收到接收探頭的，這部分聲波即是余波信號(hào)，這種余波對(duì)測(cè)量的干擾是挺大的。通過對(duì)理論和實(shí)際情況的分析，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案是基本可行。 （ 3）本設(shè)計(jì)中并沒有溫度補(bǔ)償模塊，主要是本設(shè)計(jì)做為倒車?yán)走_(dá)使用對(duì)精確的距離要求不高主要是起到警報(bào)的作用，所以沒有采用溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 參考文獻(xiàn) [1] 鞠永勝 .基于嵌入式系統(tǒng)汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [M].山東：山東大學(xué)出版社，20xx， 10～ 13 [2] 戴曰章 .基于 AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng) [J].電氣時(shí)代 ， 20xx年第七期 [3] 丁元杰 .單片微機(jī)原理及應(yīng)用 [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， ～ 103 [4] 張偉 ,王力 .protel20xx入門與提高 [M].北京： 人民郵電出版社 ， ～ 25 [5] 丁鎮(zhèn)生 .傳感器及遙測(cè)技術(shù) [M].北京：電子工業(yè)出版社， ～ 113 [6] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京： 高等教育出版社 ， ～ 209 [7] 童詩(shī)白 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京： 高等教育出版社 ， ～ 21 [8] 李伯成 .微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) [M].北京： 清華大學(xué)出版社 ， ～ 9 [9] 魏小龍 .MSP430 系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 [M].北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， ～ 47 [10] 胡大可 .MSP430 超低功耗 16 位單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M].北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ， ～ 137 [11] 胡大可 . 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UM10360 LPC17xx User manual().20xx. 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 附錄 程序代碼 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long define led P0//數(shù)據(jù)端口 void convert(uint dat)。//超聲波往返的時(shí)間 uchar timer=0。 uchar code display[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff,0x7f}。sbit wei1=P2^2。//s2 加， s3 減， s4 確定， s1 設(shè)置 sbit alarm=P1^0。//數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)緩存 ,高 低 uint up=100。ix。 //數(shù) 120 次，約 1 ms } /********************************************************/ void scan() //掃描數(shù)碼管 { wei4=wei3=wei2=1。 wei4=wei3=wei1=1。delay1m(4)。delay1m(4)。delay1m(4)。 TH0=0。 buf[0]=buf[1]=buf[2]=buf[3]=10。if((buf[0]==11)amp。 buf[3]=S%10。//定時(shí) 4ms TL1=(655354000)%256。led=display[buf[3]]。wei2=0。}break。led=display[buf[1]]。wei4=0。 } num++。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 trig=1。_nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。TL0=0。 //允許 T0， T1 中斷 ,開啟總中斷 IT0=1。 up*=10。 //echo=1 時(shí) ,即收到回響信號(hào)開啟計(jì)數(shù) while(echo)。amp。amp。red=1。red=green=1。red=green=alarm=1。 if(!s2) { up++。 } } else if(!s3)//減 { delay1m(3)。 convert(up)。alarm=1。 if(!s2) { down++。 } } else if(!s3)//減 { delay1m(3)。 convert(down)。if(buf[0]==0){buf[0]=11。(buf[1]==0)){buf[1]=11。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，學(xué)到很多有 用的知識(shí)，也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)自始至終在他們的指導(dǎo)和幫助下完成的 ,在此再一次向他們致以深深的敬意和感謝 ! 由于本人能力有限，系統(tǒng)中仍然有很多方面需要改進(jìn)。 再次衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)，謝謝你們 !