【正文】 在選題、設(shè)計(jì)研究及撰寫論文過程中，王老師均給與了我莫大的指導(dǎo)和幫助，及時(shí)糾正和鼓勵(lì)使我慢慢走出了電子設(shè)計(jì)研究的困頓，積累了很多經(jīng)驗(yàn)，并完成了預(yù)期的任務(wù)。 2 選用 ATC89C51單片機(jī)作為倒車測距儀的主控芯片，進(jìn)行接收、報(bào)警和 顯示控制。超聲波發(fā)射程序比較簡單，主要包括 T0 中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。要檢測返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 才可以檢測，這樣就可以抑制輸出的干擾。測距時(shí)有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，有定時(shí)器計(jì)時(shí)。 （ 4） 運(yùn)算結(jié)果處理模塊：運(yùn)算結(jié)果處理模塊將多次所測得時(shí)間 進(jìn)行處理，進(jìn)行軟件取大值工作，根據(jù)公式計(jì)算出距離，然后再對(duì)計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行修正處理，數(shù)據(jù)處理后送至數(shù)碼顯示模塊。 當(dāng)然這種異?，F(xiàn)象與印刷線路板的電容有關(guān)，因此不是每個(gè)人都會(huì)遇到這種情況。 （ 5） 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間。錄音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在芯片的 FLASH 內(nèi)，沒有經(jīng)過任何壓縮，所以有較好的音質(zhì)和斷電存儲(chǔ)。段碼用74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng) 。 6 腳： 該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測距離變短。 1 腳：超聲信 號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 限度放大器：當(dāng)信號(hào)太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾。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。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活性低。本設(shè)計(jì)溫度測量選用的 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，因其獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電電源范圍為 至 無需備用電源。引腳詳細(xì)功能描述如表 。 RST 外接一個(gè)復(fù)位電路，晶體振蕩電路 為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào) 。其電路圖圖 所示。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 口管腳 備選功能 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（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器讀選通） RST：復(fù)位輸入。并因此作為輸入時(shí) ， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 GND：接地。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)基于超聲波反射原理利用單片機(jī)控制器產(chǎn)生 40Khz 的方波信號(hào)，通過發(fā)送模塊對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，發(fā)射 40K超聲波。 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振類工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。壓電式傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。 方案一是基于反射回來的超聲波強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成脈沖的平均值電壓，其抗脈沖干擾能力強(qiáng)，但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)要增加 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，增加了成本。對(duì)于各種方法都各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這前面也介紹了，而本系統(tǒng)采用超聲波進(jìn)行測距，不過超聲波測距也有幾種方案： 方案一：取輸入脈沖的平 均值電壓 在超聲波探測電路中，發(fā)射模塊不斷連續(xù)發(fā)射頻率為 40KHz 的超聲波，同時(shí)接收模塊將遇到障礙物反射回來的超聲波轉(zhuǎn)換成脈沖的平均值電壓，該電壓與距離成正比，通過 A/D 轉(zhuǎn)換得到電壓的數(shù)字信號(hào)量，再用查表法得出距離值。同時(shí)，由于不規(guī)則反射，通常可能很難探測到表面振動(dòng)幅度很大的物體。 超聲波的基本特性如下所述： （ 1）波長與輻射 波的傳播速度是用頻率乘以波長來表示。 顯示報(bào)警部分 控 制 系 統(tǒng) 發(fā)射模塊 接收模塊 語音播報(bào) 數(shù)據(jù)顯示 測距部分 控制部分 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 超聲波測距原理 超聲波測距工作原理： 超聲波測距正是利用超聲波的 直線傳播 特點(diǎn)，通過超聲波換能器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)，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 的距離 (s)，即： s=ct/2 —— 公式中 c 代表超聲波波速 [4]。 目前，很多汽車生產(chǎn)商已經(jīng)開始在生產(chǎn)的汽車中加入超聲波倒車?yán)走_(dá)。但它在對(duì)氣候的適應(yīng)能力方面具有局限性，因?yàn)榧す鉁y距方式受惡劣天氣、汽車激烈震動(dòng)、發(fā)射鏡表面磨損、污染等因素影響，則探測距離減少二分之一至三分之一，降低了實(shí)用精度，所以在汽車倒車?yán)走_(dá)領(lǐng)域激光測距方式?jīng)]有得到很好發(fā)展。下面簡要分析一下幾種方式的特點(diǎn)： 超聲波方式：超聲波是頻率大于 20kHz 的聲波，具有方向性強(qiáng)、能量衰減緩慢、在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，用于測距計(jì) 算方法簡單，常用于非接觸式距離測量，其傳感器種類較多 ,由于超聲波指向性強(qiáng)，在傳輸過程中能量損耗緩慢，反射能力強(qiáng)，經(jīng)常被用于距離的測量。由于這類裝置的價(jià)位較高，目前還沒有普遍推廣使用。人們將汽車作為其日常的生活工具，這也帶來了 不少的安全隱患。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁 基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，我國開始進(jìn)入私家車時(shí)代，汽車的數(shù)量逐年增加，造成公路、街道、停車場、車庫等越來越擁擠。本文介紹了基于 AT89C51 單片機(jī)的超聲波測距器，其由超聲波發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成。汽車駕駛員也越來越擔(dān)心車的安全，其中倒車就是一個(gè)典型的問題。 設(shè)計(jì)意義 隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是不爭的事實(shí)，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。由于超聲波測距的探測距離較短，主要用于倒車?yán)走_(dá)等近距離測距 [1]。 毫米波方式：毫米波是微波的一個(gè)波段，頻率 在 30－ 300G，相應(yīng)波長為 1－ 10mm。 當(dāng)前存在的問題 超聲波倒車?yán)走_(dá)運(yùn)用超聲波測距原理結(jié)合單片機(jī)或 IC 的智能技術(shù)作為一種具有結(jié)構(gòu)簡單、智能判斷不受可見光限制等特點(diǎn)的汽車倒車安全輔助裝置應(yīng)用到了轎車當(dāng)中，但現(xiàn)有的倒車?yán)走_(dá)還仍然存在如下一些問題 [2]： (1) 最大有效探測距離偏小的問題，等到報(bào)警后再減速就很緊張，感到預(yù)警時(shí)間不充足； (2) 顯示滯后性，多數(shù)倒車?yán)走_(dá)的顯示速度因考慮到抗干擾等因素，顯示更新的速度約為 － 0 4s，算上從倒車?yán)走_(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到發(fā)出警報(bào)將需要 12s，這時(shí)車已經(jīng)行使了一段距離，這顯然存在反應(yīng)遲鈍； (3) 以往關(guān)于倒車?yán)走_(dá)的研究都采用的是不容易購買到的專用元件作為附加電路，使其難以推廣； (4) 主流產(chǎn)品僅僅是獨(dú)立的控制單元，無法與汽車數(shù)字化信息平臺(tái)接軌。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c 與溫度有關(guān)，表 1 列出了幾種不同溫度下的聲速。電磁波的傳播速度是8103? m/s，而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為 344m/s（ 20℃ 時(shí)）。 （ 3） 溫度效應(yīng) 聲波傳播的速度 C 可以用下列公式表示。其原理是根據(jù)超聲波在空氣傳播中的超聲波強(qiáng)度隨距離的變化成比例地減弱，再將超聲波相應(yīng)的幅值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值。而方案二是基于時(shí)間差的測距原理，不需要 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)回波的檢測、放大、濾波處理較方案一更容易實(shí)現(xiàn)。探頭有壓電晶片、契塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。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)。 圖 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 它有兩個(gè)壓電晶片的一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩級(jí)外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板的振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。金 屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。超聲波信號(hào)在空氣中傳播至障礙物后發(fā)生反射，反射回波經(jīng)空氣傳播給超聲波接收換能器并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)接收模塊濾波、放大、整形后，輸入到微控制器的外部中斷口，產(chǎn)生中斷，通過相應(yīng)的公式計(jì)算出距離，然后將距離值通過 LED 顯示出來。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 。 （ 4） 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 其中，變壓器將交流電源（ 220V/50Hz）變換 為 符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有 單 方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變 化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定 [7]。復(fù)位電路采用上電復(fù)位方式。 圖 DS18B20 引腳圖 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。它通過輸出 9 位（二進(jìn)制）數(shù)字來直接表示所測量的溫度值，溫度值是通過 DS18B20 的數(shù)據(jù)總線直接輸入 CPU,無需 A/D轉(zhuǎn)換，而且讀寫指令，溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過數(shù)據(jù)總線傳入 DS18B20。本設(shè)計(jì)采用第一種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號(hào)。 輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻R R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。 寬頻帶濾波器：其頻率范圍為 30Hz~60Hz，其中心頻率可調(diào)。 2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 200kΩ，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信 號(hào)時(shí)則產(chǎn) 生下降。 語音實(shí)時(shí)播報(bào)電路 ISD1700 系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。芯片有兩路獨(dú)立的語音信號(hào)輸入通道，話筒輸入 與模擬信號(hào)輸入。 （ 6） 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活。但為了使電路穩(wěn)定工作，這個(gè)電容是必須的。 （ 5） 數(shù)碼管顯示模塊：通過該模塊的設(shè)計(jì)能夠讓所測得的距離顯示在數(shù)碼管上。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波咋介質(zhì)傳播途中一旦遇到 障礙物后就被反射回來，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計(jì)時(shí)。當(dāng)超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，微處理器不停的掃描 INT0 引腳，如果 INT0 接收的信號(hào)有高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)表明信號(hào)已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷關(guān)閉定時(shí)器。 下面分別給出各自的流程圖如圖 和 ： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁 圖 T0中斷子程序 圖 超聲波接受中斷子程序 顯示程序、報(bào)警程序 先進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示初始化將指針指向緩沖區(qū)首地址，然后去顯示位指針，取要顯示的數(shù)，再將數(shù)變成段碼，然后將段碼送段控制器，位碼送位控制器，在延時(shí)，然后判斷是否是最后一位，是否顯示完畢，沒有的話修改該緩沖區(qū)指針和位碼，直到顯示 完畢。學(xué)習(xí)、研究了芯片各模塊的功能及使用。 沒有您的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)， 特向王老師表示我衷心的感激和深切的謝意。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁 致 謝 本論