【正文】 超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物立即返回，超聲波接收器收到反射波立即停止計時。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。汽車倒車雷達裝置是基于STC89C51單片機為核心的測量顯示系統(tǒng)。 汽車倒車防撞系統(tǒng)硬件框圖本裝置的主要工作原理是單片機控制超聲波的發(fā)射，當發(fā)射超聲波時單片機同時啟動定時中斷，當單片機接到中斷信號時，停止計時，并記錄超聲波傳播時間。對圓片傳感器來說，它的大小與工作波長λ，傳感器半徑r有關(guān)。鑒于目前電子市場的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低成本，在不降低空間分辨率的條件下，選用國產(chǎn)現(xiàn)有電傳感器片最大半徑 r=，故θ=2*arcsin (*π*r)=75176。傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴散和吸收損失，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大，因而選擇測距儀工作頻率在 40KHz，定為 44KHz。聲速隨溫度變化公式為V=＋(m/s) (22)式中，T 是溫度。根據(jù)資料，減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。在以傳感器脈沖反射方式工作的情況下，電壓很高的發(fā)射電脈沖在激勵傳感器的同時也進入接收部分。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下：當發(fā)射超聲波時，發(fā)射信號雖然只維持一個極短時間，但停止施加發(fā)射信號后，探頭上還存在一定余振（由于機械慣性作用）。為保證一定的信噪比，接收信號幅值需達到規(guī)定的閾值 Vm ，亦即接收信號的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號。由AT89C51單片機編程， 口產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號，經(jīng)三極管放大后來驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭UCM40T，產(chǎn)生超聲波。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。：其原理框圖如下： 原理框圖本裝置采用帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567進行頻率選擇，只接收超聲波發(fā)生器發(fā)出的一定頻率的脈沖信號，將其他頻率的噪音信號和其他干擾信號去除，從而減少系統(tǒng)的誤報和錯報。 LM567內(nèi)部電路圖它的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由正交相位探測器、鎖相環(huán)、放大器等組成。第6腳外接的電阻、電容，它們決定了DC內(nèi)部的壓控振蕩器中心頻率fT≈。LM567的特性參數(shù)：Ⅰ、外接電阻和電容實現(xiàn)20：1的頻率調(diào)整范圍；Ⅱ、邏輯兼容性：輸出端具有接受100mA灌電流的能力；Ⅲ、可調(diào)帶寬：10%～14%；Ⅳ、抑制噪聲的能力強；Ⅴ、抗干擾能力強；Ⅵ、振蕩頻率（中心頻率fT）穩(wěn)定性好；Ⅶ、～500kHZ。第3腳為信號輸入端，要求輸入信號的幅度大于25mV，最佳值為200mV左右。我們可利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后8腳輸出低電平這一特性，來形成對控制對象的控制。這種LED顯示器也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器，）。共陽極結(jié)構(gòu)：把各段發(fā)光二極管的陽極連接在一起構(gòu)成公共陽極，(b)所示。七段發(fā)光二極管再加上1個小數(shù)點位，共計8段，因此提供給LED顯示器的字段碼正好1個字節(jié) 。由于全程顯示的距離范圍在4米之內(nèi)，用3個 LED數(shù)碼管表示距離的cm數(shù)值。因此，使用這種方法單片機中CPU開銷小，但這種驅(qū)動方法需要寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。本設(shè)計選用8155芯片作為單片機應(yīng)用系統(tǒng)擴展的I/O口。對于二級運算放大器，都采用F007芯片。而所謂“虛短”是由于理想集成運放Au0，所以可以認為兩個輸入端之間的差模電壓近似為零，即Uid=u_=u+0，即u_=u+，而u0具有一定值。而電路中，反相輸入端與地端等電位，但又不是真正接地，這種情況稱為“虛地”。則信號經(jīng)過三極管T1，T2，T3進行放大。單片機把計得的時間差進行運算，根據(jù)S=170*t這個公式來計算車與障礙物的距離，并把運算結(jié)果以十進制的方式送到七段LED顯示電路去顯示。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。C電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復位?？紤]本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，干擾小，故采用上電自動復位。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。并且，我們目前絕大部分電子電路與電子設(shè)備都是使用線性電源，即通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的直流電壓給電子電路及芯片工作的。圖 采用外接PNP型大功率管的方法，這是一種最基本的擴展電流電路，擴展的輸出電流取決于外接功率管的電流負載量，電路中的R1是VT的偏置電阻，為VT1提壓導通時的基極偏壓，VT與集成穩(wěn)壓器內(nèi)電路中的NPN型調(diào)整管組成復合管，設(shè)Ir為流過電阻R1中的電流，Ic為流過外接調(diào)整管的集電極電流，Td為7805的靜態(tài)工作電流，這時7805的輸出電流為Ioxx，可表示為式中為VT的電流放大系數(shù)，穩(wěn)壓擴展后的輸出電流Io可表示為。AT89C51 AT89C51單片機芯片根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，各接口功能如下：：產(chǎn)生輸出一個40KHZ的脈沖信號。：用于顯示輸出，接顯示器。：用于顯示輸出，接顯示器。它采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。RST：AT89C51 的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片復位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。1KHZ40KHZ177。 5℃時達98%20 177。當1和2都為低電平時,輸入端A和輸出端Y狀態(tài)相同。 74LS06的邏輯圖表3 74LS06功能表表4 74LS06工作條件表主要技術(shù)參數(shù):開環(huán)差模電壓增益Au0：Au0是指集成運放在無外加反饋情況下,。一般以mA/0C為單位。輸出電阻R0：運算放大器在開環(huán)工作時，在輸出端對地之間看進去的等效電阻即為輸出電阻。軟件設(shè)計在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。三、信號處理RAM 中存儲的計數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因為計數(shù)值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=*V*T＝*V*(Tr*N)其中，T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間，Tr 為方波信號作為計數(shù)脈沖時計數(shù)器的時間分辨率，N 為計數(shù)器的值。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進入中斷響應(yīng)的等待。程序首先完成初始化過程，然后是一個重復的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會判斷在發(fā)射信號后延時等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程。 PUZEL：MOV 14H，12H ；超聲波發(fā)射持續(xù)200us HERE： CPL ；輸出40kHz方波 NOP NOP NOPDJNZ 14H，HERERET ，單片機執(zhí)行上面的程序后， 端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200us。STEB EA ； 中斷總允許SETB ET0 ； T0中斷允許SETB ET1 ； T1中斷允許STEB EX0 ； INT0中斷允許STEB IT0 ； 設(shè)置INT0為脈沖方式HERE：JMP $ ；等待中斷接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至DC2。RECEIVE0：CLR EX0 ；關(guān)外部中斷0 MOV R7, TH0；讀取時間值 MOV R6, TL0CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0B0H；計算時間差 MOV 31H, A ；存儲結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A ACALL CHAIFENACALL DISPSETB EX0 ；開外部中斷0 RETI四、 計算超聲波傳播時間 T0中讀取出來的時間差數(shù)據(jù)并不能作為距離值直接顯示輸出，因為時間差值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=*V*T 。進行拆分，程序如下。將計算好的距離數(shù)據(jù)設(shè)置顯示緩沖區(qū)起始地址，顯示緩沖區(qū)中被顯示的字符的字形碼的地址偏移量預先制表放入。軟件中采用了中斷服務(wù)程序，加快了單片機的執(zhí)行速度，完成了數(shù)字量的采集、處理、判斷。在設(shè)計過程中馬老師和劉老師給予了我們很大幫助，認真耐心的回答我們的提問，并幫我們解決設(shè)計過程中遇到的實際問題，使我們在短時間內(nèi)取得了一定的成果