【正文】 最后感謝在大學三年期間，傳授我知識的老師們，感謝在學習和生活上給予我?guī)椭耐瑢W們，沒有他們的幫助就沒有我今天的驕的成績。一般只要電路焊接無誤，稍加調試應該會正常工作。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關閉，并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 超聲波檢測接收電路主要是由 集成電路 CX20xx6A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數碼管，段碼用 74LS244 驅動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅動。以數字的形式顯示測量距離。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。為了有利于程序結構化和容易計算出距離，主程序采用 C 語言編寫。 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖 41（ a）（ b） (c) 所示。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設定端 （ 通過接在 1腳、 8 腳間的電容（ 1 腳接電容 +極）來改變增益，斷開時增益為 20） 使 用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。 第二級為共射放大電路， T7 為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數。 具有自身功耗低、更新內鏈增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應用于錄音機和收音機之中。接收的回波信號先經過前置放大器和限幅放大器，將信號調整到合適的幅值；再經過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現(xiàn)準確的計時。 集成芯片 CX20xx6A 內部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。 23 表 CX20xx6A 各引腳功能 引腳 名稱 功能 1 IN 信號輸入端 2 C1 RC 網絡連接端，該端與地串接一 RC 網絡，以確定前置放大器的頻率特性與增益。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。諧振電路能夠使用較低的電壓產生較強的超 聲波發(fā)射，適合使用電池供電的系統(tǒng)，而且它能精確地控制發(fā)射信號，效率高。在本直流穩(wěn)壓電源中，我們將 220V 的交流電壓變換為 5V。該系列集成穩(wěn)壓IC 型號中的 lm78 或 lm79 后面的數字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806表示輸出電壓為正 6V， lm7909 表示輸出電壓為負 9V。 圖 39 穩(wěn)壓電路 4） 單片機的電源電路 圖 310 單片機的電源電路及仿真 17 單片機的電源電路如圖 310 所示，由于大容量電解電容由一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，因此對于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。其輸出波形圖如圖 37 中（ C） 所示。 +5V 的穩(wěn)壓電路很多種方法可以得到，比如 的 5V 電源芯片，還有現(xiàn)在市面上的做好的 +5V 輸出穩(wěn)壓電源，直接變壓器輸出就是可調的直流穩(wěn)壓電源，在這里我采用最原始的電橋變壓加上 LM7805 整流 5V穩(wěn)壓電源。晶體可在 ～ 12MHz 選擇。 復位電路的極性電容 C3 直接影響單片機的復位時間，一般采用 10～ 30uF，本次選用 22uF。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如 表 所示： 表 P3 口的特殊功能 引腳符號 特殊功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1 T0（計時器 0 外部輸入） T1（計時器 1 外部輸入） /WR（ 外部數據 存儲器 寫選通） /RD（ 外部數據 存儲器 讀選通 ） P3 口同時 也可以 為閃爍編程和編程校驗接收一些 控制信號 。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。此管腳接 EPROM 的 OE端， PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM/ROM 中的指令碼。若此輸入端保持 2 個機器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）以上的高電平，即可以將 89C51 完成復位操作。其引腳排列順序及引腳符號如圖 33所示。 其系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示： 圖 31 系統(tǒng)原理圖 單片機系統(tǒng)介紹 AT89C51 單片機介紹 （ 1） AT89C51 單片機簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 （ FPEROM—Flash Programmable and 9 Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。 超聲波發(fā)射電路包括超聲波產生電路和超聲波發(fā)射電路兩個部分，探頭（超聲波換能器）選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產生超聲 波。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。 壓電傳感器是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉換的一 種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分，其內部結構（如圖 22）由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網構成。 一般的汽車 擋位桿掛入倒擋時，倒車雷達 自動開始工作， 超聲波這把無形尺子能夠測量 到那些低于 保險杠 而司機從后窗難以看見的障礙物 （ 如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等 ） ，并 顯示距離與 報警。 本設計采用 渡越時間檢測法 ，其主要原理是當 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接 4 收器收到發(fā)射波就立即停止計時。 1956年第二屆國際超聲醫(yī)學學術會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。超聲波測距系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠，同時超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，應用前景好。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與空氣溫度有關，一般來說，溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加 米 /秒。在新的世紀里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。 本設計論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。本設計是利用最常見的超聲波測距法來設計的一種基于單片機的汽車倒車雷達系統(tǒng)。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具，在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需要，如倒車雷達，工地及工業(yè)現(xiàn)場，聲納探測等方面都有其廣 泛的應用，經濟，軍事，文化方面都有重要的應用價值。 超聲波測距系統(tǒng)的設計思路 超聲波測距原理 超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 TOF(time of filght)。 超聲波測距原理框圖 圖 11 超聲波測距儀原理框圖 單片機發(fā)出 40kHZ 的信號，經放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經放大器放大，用鎖相環(huán)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為 t，再由軟件進行判別、計算，得出距離數并送 LED 顯示。 人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。汽車防撞雷達之所以能實現(xiàn)防撞報警功能。由于工作頻率與應用目的不同，超聲傳感器的結構形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，目前常用的超聲傳感器有電聲型與流體動力型兩大類。金屬網也是起保護作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 40KHz 的電壓 （或者脈沖） 來激勵。但離開超聲傳感器的空間某一點的聲壓是這些子波迭加的結果（衍射），卻有指向性。本設計采用第二種方法產生 40KHZ 的 超聲波發(fā)射信號 。 AT89C51 單片機 為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 XTAL2:是片內振蕩器反相放大器的輸出端，也是內部時鐘發(fā)生器的輸入端。因此 ALE 信號可以對外輸出時鐘或定時信號。此管腳的第二功能 Vpp 是對 89c51 片內 EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓的輸入端。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。 12 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。單片機一般要求在上電時，或者按復位鍵時復位。 ,使單片機復位。 3 ppm / year Max. 14 驅動級： 1 ~ 500 μW (100 μW typical) 頻率公差（ 25℃ ） 177。其整流電路圖如圖 37 中（ a）(b)所示： 15 圖 37 整流電路及電壓、電流波形 設變壓器二次電壓 U2= 2 U2sinωt，當 U2 的正半周時， a 端電位高于 b 端電 位， VV3 承受正向電壓而導通， V V4 因反偏而截止，電流路徑為 a→V1→R L→V3→b ，自上而下流過 RL，在 RL 上得到上正下負的電壓。 3） 穩(wěn)壓電路 為了使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網電壓和負載的變化而變化。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 在 lm78 ** 、 lm79 ** 系列三端穩(wěn)壓器中最常應用的是 TO220 和 TO202 兩種封裝。這種電路在設計上一般是用一個極 快速的電子開關通過對儲能元件的放電來實現(xiàn)，這些開關器件通常為晶閘管或大功率場效應管（ MOSFET）。 本設計采用的是 TR4016 的壓電式超聲波換能器，其主要 利用壓電晶體的諧振來工作的。它 采用 8 腳單列直插式塑料超小型封裝 ， 其 內部結構 圖如圖 313 所示 ， 電源電壓典型值為 5V，最大 17V； 電源電流 ～ (典型值為 )；輸出低電平 ；電壓增益 77～ 79dB；輸入阻抗為 27kΩ；濾波器中心頻率 f0 為 30～ 60kHz。 7 OUT 信號輸出端，該端口為集電極開路輸出，當該腳與電源正端接一22 千歐的電阻時，輸出脈沖低電平的標準值約為 8 VDD 電源正端，接 +5V 超聲波接收電路 超聲波接收電路包括超聲波接收探頭 、信號放大電路及波形變換電路三部分。 （ 3） 寬頻帶濾波器 其頻率范圍為 30Hz～ 60Hz，其中心頻率可調。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號，利用外中斷 0 口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號。與通用型集成運放相類似，它是一個三級放大電路 。輸出端（引腳 5）應外接輸出電容后再接負載。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。如果當 計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關閉，并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。系統(tǒng)調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。單片機采用 AT89C51 其兼容系列。超聲波換能 器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序 運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在 INT0 或 INT1 端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。在你們的幫助和關懷，我才得以順利的完成我的畢業(yè)設計，借此機會，向各位老師表示由衷的感謝。 在此，對于給予我?guī)椭娜?，我無法一一列舉，在此一并對你們表示真心的謝意。 32 致謝 首先，我要感謝我的李想老師在畢業(yè)設計中對我給予的悉心指導和嚴格要求，同時也要感謝學校其他老師在我畢業(yè) 設計種給我的幫助和支持。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。適當更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。上位電阻 R1O、 R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅動能力，另一方面