【正文】 還要感謝朱清慧老師、張鳳蕊老師、田斐老師 、尹應(yīng)鵬老師 及所有培養(yǎng)過(guò)我的老師， 你們不但讓我學(xué)習(xí)了詳細(xì)的理論知識(shí)，更重要的是他們的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度和科學(xué)研究的精神，對(duì)我的人生成長(zhǎng)有著重要意義。 lcd_print(0x44,temp_dis,8)。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 EX0=1。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 play_deal()。j)。 isd4004_sclk=1。 isd4004_sclk=0。 send_isd4004(0x10)。 isd4004_cs=0。//發(fā)送上電命令 delay_50us(600)。 isd4004_powerdown()。//放音處理 unsigned char flag1=0,flag2=0,flag3=0,flag4=0,addr_flag=0,addr。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 void delay_50us(unsigned int t)。S 但是由于時(shí)間精力和個(gè)人能力有限，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有很多不足。這樣，最終測(cè)得的時(shí)間則與實(shí)際距離所對(duì)應(yīng)的時(shí)間不同，從而造成了超聲波回波時(shí)間引起測(cè)量誤差。 圖 18 Proteus 仿真運(yùn)行圖 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 實(shí)驗(yàn)的誤差分析 本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)測(cè)距的過(guò)程中，不可避免地會(huì)存在測(cè)量誤差。語(yǔ)音報(bào)警模塊的主 程序流程圖如圖 16所 示。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待 TPUD，才能發(fā)出一條操作指令。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括 T1中斷服務(wù)程序和 超聲波接收中斷服務(wù)程序。 開(kāi) 始初 始 化液 晶 初 始 化超 聲 波 發(fā) 出 信號(hào)有 信 號(hào) 返 回?cái)?shù) 據(jù) 計(jì) 算語(yǔ) 音 播 報(bào)液 晶 顯 示結(jié) 束等 待 回 波NY 初 始 化 聲 速求 得 超 聲 波 發(fā)送 和 接 收 的 時(shí)間 差計(jì) 算 倒 車 距 離結(jié) 束開(kāi) 始 圖 12 主程序流程圖 圖 13 計(jì)算距離子程序 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì) 距離計(jì)算子程序 由本文第 二章所介紹的超聲波測(cè)距的算法公式可知，距離計(jì)算子程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于得到當(dāng)?shù)芈曀?，以及從超聲波發(fā)射到接收的時(shí)間差的獲取。 軟件設(shè)計(jì)的要求 本系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)要求是利用超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)一個(gè)車用的倒車?yán)走_(dá)。此外，要注意的是 ISD4004 的工作電壓為 ，而 LM386 的工作電壓為 5V。 (12) 外部時(shí) 鐘 (XCLK)：在 不外接時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI周期開(kāi)始時(shí)清除。 (6) 片 選 (/SS)： 該引腳為低電平時(shí)，即選通 該片 ISD4004， 并向其發(fā)送指令，在兩條指令之間該引腳為高電平狀態(tài)。芯片采用 CMOS 技術(shù)，片內(nèi)集成了時(shí)鐘振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、傳聲器前置放大器、自動(dòng)靜噪電路、高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陣列、模擬收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)控制電路、差動(dòng)音頻放大器電源控制等單元功能模塊。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 圖 8 超聲波檢測(cè)接收電路 顯示電路 本系統(tǒng)中的顯示部分采用 1602LCD 液晶顯示。 引腳 7－ OUT 信號(hào)輸出端，接一個(gè) 22kΩ上拉電阻到電源端 引腳 8－ Vcc 電源端，接 +5V電壓 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(hào)放大電路及波形變換電路三部分。 CX20216A 的引腳連接說(shuō)明如 表 1 所示 。實(shí)驗(yàn)證明，其具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾的能力 。 超聲波發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成， 本系統(tǒng)將 單片機(jī) 端口輸出 的 40KHz 方波信號(hào) 分成兩路， 一路經(jīng)一級(jí) 74LS04 反向 放大 后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí) 74LS04 反向 放大 后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極 ， 從而構(gòu)成推拉式反向放大。 X1 是接外部晶體管的一個(gè)引腳。電源電路如圖 4 所 示。外形及引腳排列如圖 3 所示 [4]。根據(jù)本設(shè)計(jì)所處的環(huán)境要求，本系統(tǒng)選用的超聲波傳感器為分體式超聲波傳感器 CSB40T(R)，該型號(hào)探頭各項(xiàng)參數(shù)為：頻率為 40KHz，阻抗 500，靈敏度為 103dB(min)，帶寬在 3dB 時(shí)為 ，角度最大值為 (6dB)，靜電容 202110%PF，最大驅(qū)動(dòng)電壓 150Vpp(10%工作周期 )，回波靈敏度為 70dB(min)，聲壓電平 0dB=1uvolt/bar[3]。 超聲波傳感器的應(yīng)用 超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波傳感器是利用超聲波作為信息傳遞媒介的傳感器，它是一種將其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其它形式的能的器件。因此提高 超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀?。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。超聲 波發(fā)射儀發(fā)出短暫的 40KHz 信號(hào)，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行技術(shù)判斷處理后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果送到 LED顯示電路顯示，并進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。倒車距離通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警電路對(duì)不同距離段做出不同的語(yǔ)音提示。使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。日本、美國(guó)和歐洲等國(guó)的大汽車公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、 CCD攝像機(jī)、 GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù) 警系統(tǒng)，使用在其所開(kāi)發(fā)的高級(jí)汽車上?，F(xiàn)如今后視鏡 已越來(lái)越不能滿足人們安全倒車的需求了。 南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生： 睢 豐 指導(dǎo)教師 ： 尉 喬 南 完成日期 2021 年 5 月 南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Design of Ultrasonic Reversing Radar System 總 計(jì) ： 29 頁(yè) 表 格 ： 1 個(gè) 插 圖 ： 18 幅 南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Design of Ultrasonic Reversing Radar System 學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 睢豐 學(xué) 號(hào)： 1109614050 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： 尉喬南 （講師） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽(yáng)理工學(xué)院 Nanyang Institute of Technology 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) I 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 睢豐 [摘 要 ]基于超聲波測(cè)距的汽 車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是在充分理解了超聲波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上提出的。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 15％的汽車事故是由汽車倒車后視不良造成的。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒 克萊斯勒公司日前成功開(kāi)發(fā)出供商用車 (尤指卡車 )使用的電子剎車系統(tǒng)，它與其他剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車車頭設(shè)有雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器進(jìn)行處理，形成一虛擬景象，再借助演算法的輔助來(lái)判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 迄今為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測(cè)距傳感器 的研究。 該系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路以及語(yǔ)音報(bào)警電路等幾部分組成。系統(tǒng)硬件部分主要由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射和接收電路、超聲波接收電路、 LCD 顯示電路以及語(yǔ)音報(bào)警電路等幾部分組成。超聲波測(cè)距就是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出超聲波傳輸?shù)耐禃r(shí)間 ,然后求出聲波傳播距離。假定超聲波速度 C=344m/s(20℃室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。總體上講，超聲波傳感器可以分為兩大類：一類是使用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類是使用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章主要內(nèi)容是具體分析系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。 圖 3 AT89C51 外形及引腳排列圖 5l 系列單片機(jī)提供以下功能： 4 kB 存儲(chǔ)器； 256 BRAM； 32 條 I/O 線； 2 個(gè) 16b 定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè) 2 級(jí)中斷源； 1 個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 圖 4 系統(tǒng)電源電路圖 復(fù)位電路 在單片機(jī)引用系統(tǒng)工作時(shí)，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。 CX20216A 芯片 (國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品型號(hào)為 D20216A)是日本索尼公司生產(chǎn)的用于檢測(cè)紅外線的專用芯片，常作為家用電器的紅外遙控接收器。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 表 1 CX20216A的引腳說(shuō)明 引腳符號(hào) 說(shuō)明 引腳 1IN 超聲波信號(hào)輸入端，接超聲波接收探頭，用來(lái)檢驗(yàn)超聲 波回波信號(hào)。超聲波 探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號(hào)的 CSB40R壓電式超聲波傳感 器。 LCD1602 的 操作 簡(jiǎn)單 、編程方便，且電路簡(jiǎn)單，顯示更加直觀、清晰。 ISD4004 與普通的錄音 /重放芯片相比，有如下特點(diǎn) [10]： （ 1） 單片 8至 16分 鐘語(yǔ)音錄放 ； （ 2） 高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù) ；記錄的聲音沒(méi)有段長(zhǎng)度 的限制； （ 3） 快速閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì) ，語(yǔ)音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可保存 100 年，允許反復(fù)錄音10 萬(wàn)次； （ 4） 接口簡(jiǎn)單， SPI接 口提供全部數(shù)據(jù)和控制操作； （ 5） 單電源供電，工作電流為 25~30mA，維持電流為 1μ A。 (7) 串行輸 入 (MOSI)：該引腳為 ISD4004語(yǔ)音芯片的串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)傳送到該引腳，供 ISD4004語(yǔ)音 芯片輸入。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。 (13) 自動(dòng)靜噪 (AM CAP)：當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí)，ISD4004 語(yǔ)音芯片的自動(dòng)靜噪功能可令錄音信號(hào)衰減，這樣有助于減小靜音時(shí)的噪聲。本系統(tǒng) ISD4004 與單片機(jī)的接口電路如圖 10 所示 。要求通過(guò)設(shè)計(jì)能夠測(cè)出車與障礙物的距離，并能在距離小于 2m的時(shí)候開(kāi)始根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。在實(shí)驗(yàn)室條件下（ 20℃）超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 344m/s， 可得發(fā)射點(diǎn)距離障礙物 之間的距離為式 （ 3） ： 344 1722tSt?? (3) 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。其中 部分源程序如下： void time1() interrupt 3 { P1_0=~P1_0。 單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送錄音指令后， ISD4004 的 ANA IN 引腳就將語(yǔ)音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 ISD4004 指定的內(nèi)部存儲(chǔ)器里。 初 始 化倒 車 距 離 大 于 2 m ？播 放 語(yǔ) 音 “ 請(qǐng) 放 心倒 車 ”倒 車 距 離 等 于 2 m ？播 放 語(yǔ) 音 “ 2 米 ， 2米 ”倒 車 距 離 等 于 1 m ？播 放 語(yǔ) 音 “ 1 米 ， 1米 ”倒 車 距 離 小 于 0 .