【正文】 械效應。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產(chǎn)生超聲波。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。所以，只要對這種材 料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應變，從而產(chǎn)生超聲振動。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為兒交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。 超聲波傳感器采用雙晶振子，即把雙壓電陶瓷片以相反極化方向粘在一起，在長度方向上，一片伸長另一片就縮短。超聲波傳感器是一種采用壓電效應的傳感器 ,常用的材料是壓電陶瓷。 在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多 。測 試 距 離 =( 高電 平 時 間 ? 聲速(340M/S))/2。 超聲波測距原理 超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。 表 22 聲速與溫度的關系表 溫度（攝氏度） － 30 － 20 － 10 0 10 20 30 100 聲速（米／秒） 313 319 325 323 338 344 349 386 在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速 c 是基本不變的，計算時取 c 為 340m/s。s(4 個 40KHz 方波脈沖 )，200181。 測量盲區(qū) 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。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。因此，其測量距離在 2m 之 內(nèi) ，可以選用 200181。同時單片機控制器內(nèi)部 T0 計數(shù)器開始記數(shù)。嵌入式系統(tǒng)的應用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級成為智能化的電子產(chǎn)品，使其成為具有“生命”的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)。 40 kHz 左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由 555 振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 由于超聲波是換能器壓電晶片振動時推動附近的空氣發(fā)出的疏密波，其“波形”應與晶片振動規(guī)律相同。另外考慮實際發(fā)射傳感器的最大輸入電壓為 20Vpp，以及單片機正常工作輸出最大電壓 5V，傳感器發(fā)射信號的功率直接決定發(fā)射探頭發(fā)出超聲信號的遠近，所以考慮電壓的同時應該考慮如何提高其功率，才能使得發(fā)射電路更合理。穩(wěn)定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性。所以需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大，同時考慮可能出現(xiàn)干擾信號，放大有用信號的同時加入濾波電路，驅(qū)動后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時刻。 io URRU 23?? (34) 上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運算關系，式中的負號表示 oU 與iU 反相。液晶屏。它既可以用半導體三極管驅(qū)動，也可以直接用 TTL 與非門驅(qū)動。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。同理，根據(jù)組成0～ 9 這 10 個字形的要求可以列出 8421BCD 七段譯碼器的真值表，共陽極的是低電平有效，共陰極的反之，共陽極數(shù)碼管的真值表如表 31 所示。當數(shù)碼管處于靜態(tài)顯示方式時，所有位選線 (數(shù)碼管的公共端 )連接在一起，而各個數(shù)碼管的段選線 (數(shù)碼管上各筆段的引出線 )是相互分離的。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，只要掃描顯示速度夠快，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。蜂鳴器需 要的驅(qū)動電流較大（ 50~100mA），所以這里的驅(qū)動電路以低電平有效，且外接三極管作為功率驅(qū)動器件，如圖 36 所示。對其中主要硬件單元 ： 發(fā)射電路、接收電路、 報警 電路以及顯示電路的設計給出原理圖并進行了分析。 uchar CONT_1。 flag=0。 //關閉外部中斷 EA=1。 //超聲波輸入端 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 delay_20us()。 //計數(shù)溢出標志 TR1=1。 //與低 8 位合并成為 16 位結果數(shù)據(jù) distance_data=distance_data*。在系統(tǒng)主程序中，發(fā)射的4OKHz 脈沖信號遇到障礙物反射后，經(jīng) 接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號至單片機。將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連，傳送所顯示數(shù)據(jù)，將 ~ 口與 LCD 的控制線相連，選定由第幾個數(shù)碼管顯示。break。 p2_0=1。 void conversion(uint temp_data) { uchar ge_data,shi_data,bai_data 。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將由超聲波模塊所測的數(shù)據(jù)按個位，十位，百位分離開來。break。p2_2=1。 //關閉外部中斷 } 167。 } 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 } 167。 //測量結果的高 8 位 distance_data=8。 //定時器 1 清零 TL1=0。 while(1) //程序循環(huán) { EA=0。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 P2M0 = 0XFF。定時器 0 中斷 ,用做顯示。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 圖 38 發(fā)光二極管的驅(qū)動電路 167。 167。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。 靜態(tài)顯示就是當顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。 abfcgdea bcdefghh.++ (共陽極 ) abfcgdea bcdefghh.（共陰極） 圖 35 數(shù)碼管引腳圖 數(shù)碼管譯碼原理 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 當輸入 BCD 碼 (以 A、 B、 C、 D 表示 )，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號 (以Fa～ Fg表示 )，也稱 4— 7 譯碼器。 數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管 .數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示） 。 2. 半導體顯示器 某些特殊的半導體材料，例如用磷砷化鎵作成的 PN 結，當加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)化成光能，從而發(fā)出清晰悅目的光線。 顯示電路設計 顯示器是一個典型的輸出設備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結構類型不同而己。 ，即凈輸入電流 I? 0，如把它理想化，則有 0?I ，但不是斷開，故常稱為虛斷。 超聲波的接收電路設計 接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強的機械振動。 ，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā) 。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠近，設置發(fā)射脈沖個數(shù)。 發(fā)射電路輸出波形分析 為獲得高分辨力， 發(fā)射電路設計應保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復性 ； 此外，所發(fā)射的超聲波應盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應近似為同一頻率的振動，以便接收時可采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。 圖 32 單片機最小系統(tǒng)電路圖 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 引腳功能： 為超聲波發(fā)射端口； 為超聲波測試端口（用 LED 顯示時候有回波）； 為超聲波回波接受端口； 位蜂鳴器報警端口； 為發(fā)光二極管報警端口； P0 為 LCD 顯示端口； 為顯示位控制端口； 167。從此，計算機技術在兩個重要領域 —— 通用計算機領域和嵌入式計算機領域都得到了極其重要的發(fā)展 ,并 正在深深地改變著我們的社會。 其設計方案如下所示： 口給 HCSR04 超聲波測距的 TRIG 輸出 20us 的高電平測距觸發(fā)信號；模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回 。 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 167。當反射面離探頭愈來愈遠，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。此時，從接收回波信號幅度和測量盲區(qū)兩個方面來衡量比較適中，并且接收準確響應速度快。在具體設計中，比較了 25181。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償問題。公式： uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是距離 =高電平時間 ? 聲速（ 340M/S） /2；建議測量周期為 60ms 以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。 （ 2） 模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回 。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波 。 167。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。其具有下列的特性 :把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應變 。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。 它實際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為 射線 而定向傳 播等特點。 167。超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。因此 ， 增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車雷達便成為近些年來的研究熱點。盡管某些雷達具有二維，甚至三維的目標探測能力，但迄今為止，沒有河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 任何一個傳感器能保證在任何時刻提供完全可靠的信息。因此，近年來許多先進安全系統(tǒng)及駕駛輔助系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來。 國內(nèi)外超聲波測距系統(tǒng)的概況 目前超聲波測距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計時器計時，并結合溫度補償聲速等處理手段提高測距精度。超聲波是指頻率在 20kHz 以上的聲波，它屬于機械波的范疇。汽車已經(jīng)滲透于國防建設、國民經(jīng)濟以及人類生活的各個領域之 中，成為人類生存必不可少的、最主要的交通工具，為人類生存和社會的發(fā)展與進步起到了至關重要的作用。 （ 3） 對設計的電路進行分析。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于 超聲波探傷 、測厚、測距、遙控和 超聲成像 技術。緊接著的四代魔幻鏡倒車雷達和五代整合影音系統(tǒng)更是結合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，在原有倒車雷達的基礎上增加了很多功能。這不僅是對于本課題的設計與實現(xiàn)更是對于自己學習能力和動手能力的一次考驗。 汽車雷達的調(diào)試 .......................................................................35 167。 初始化程序 ........................................................................29 167。 顯示電路設計 ...........................................................................23 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） IV 167。 本章小結 ....................................................................................16 第 3 章 超聲波測距 系統(tǒng)的總體設計 ..................................................17 167。 超聲波 對聲場產(chǎn)生的作用 ................................................ 6 167。 關鍵詞 ：超聲波，測距，倒車雷達， AT98C51 單片機 河南科技大學本科畢業(yè)設計（論文） II DESING OF AN AUTOMATIC RANGING SYSTEM BASED ON ULTRASONIC ABSTRACT In recent years, with the development of automobile industry and the improvement of people39。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。安全避免障礙物的前提是快速、準確地測量障