【正文】 、 D、 E：依次酌情減 1到 2。 指 導(dǎo) 教師： 李雅梅 教研室主任：李雅梅 2020 年 5 月 26 日 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) IV 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通運(yùn)輸業(yè)的不斷興旺，汽車的數(shù)量在不斷的增加。通過多種發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)方案比較，得出了最佳設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)計(jì)單元的原理進(jìn)行了介紹。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。 （ 2）和光學(xué)方法相比，超聲波的波速較小，可以直接測(cè)量較近 的目標(biāo)，縱向分辨率高；對(duì)色彩、光照度、電磁場(chǎng)不敏感，被測(cè)物體處于黑暗、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) 3 2 總體方案 本設(shè)計(jì)的研究方法 本設(shè)計(jì)選用 TCT4016T/R 超聲波傳感器。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。超聲檢測(cè)設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)錐形振子接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。本設(shè)計(jì)選用的超聲波傳感器是專用型，其型號(hào)為 TCT4016T 和 TCT4016R，其中 40 表示傳感器工作的中心頻率為 40KHz,16 表示傳感器的外徑為 16mm， T和 R 分別表示發(fā)射器和接收器。 單片機(jī)主控芯片使用 51 系列 AT89S51 單片機(jī)，該單片機(jī)工作性能穩(wěn)定，同時(shí)也是在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用 到的控制芯片。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中， ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。用于設(shè)定超聲波測(cè)距報(bào)警值。 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) 10 圖 超聲波發(fā)送電路 Fig. Ultrasonic transmitter circuit t 該測(cè)距電路的 40kHz 方波信號(hào)由單片機(jī) AT89S51 的 發(fā)出。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。 顯示電路 本系 統(tǒng)采用三位一體 L E D 數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，如圖 。 圖 報(bào)警電路 Fig. Alarm circuit 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) 13 超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。當(dāng)檢測(cè)到 腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止 T0計(jì)時(shí)。 sx=0。 if(i=3300) csbint=0。 } 產(chǎn)生超聲波的子程序： 為了方便程序移置及準(zhǔn)確產(chǎn)生超聲波信號(hào)，本測(cè)距的超聲波產(chǎn)生程序是用匯編語(yǔ)言編寫的進(jìn)退聲波產(chǎn)生程序。 （ 1）溫度對(duì)超聲波波速的影響 空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。 ②收到回波到被檢測(cè)出的滯后。由于目前多數(shù)使用晶體振蕩器，其穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度為 2050 PPM 級(jí)別，對(duì)于音速而言，其帶來的誤差在 mm級(jí)。超聲波傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進(jìn)而影響超聲波幅值。顯示電路采用 LED 數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。另外加上環(huán)境溫度、氣流等的影響，使超聲波測(cè)距系統(tǒng)受到干擾尤為嚴(yán)重。 同時(shí)我還要感謝和我一起做 課程 設(shè)計(jì)的同學(xué)，在 課程設(shè)計(jì) 的短短幾 周 里，你們給我提出了許多寶貴的意見，給了我不少的幫助和支持。通過這些處理，可以有效的減少干擾。 增加抗干擾措施。單片機(jī)采用AT89S51，采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。超聲波傳感器外加脈沖電壓的幅值會(huì)影響壓電轉(zhuǎn)換效率。 ④計(jì)時(shí)器本身的誤差。這是源于單片機(jī)一次只能處理一件事，所以啟動(dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)實(shí)際上不能同時(shí)完成，是先后完成的，存在時(shí)差。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時(shí)間很難精確測(cè)量。 jsz=s*csbc。 while(i) { 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) 14 } i=0。 TL1=0x00。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn)生 4 個(gè)頻率為 超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。 方式二：報(bào)警信號(hào)由單片機(jī) 口輸出，提供聲響報(bào)警信號(hào)，電路由電阻R三極管 BG蜂鳴器 BY組成 ，當(dāng)測(cè)量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出“滴、滴、滴? ..”報(bào)警聲響信號(hào)，測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，停止發(fā)出報(bào)警聲響。這里使用的是 I N 4148 檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。s 或 13181。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。 超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng) 超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)主要由： AT89S51 單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 全靜態(tài)工作模式： 0Hz－ 33MHz 顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 3 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的 、 、 口 ,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動(dòng)。經(jīng)分析和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為 40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。 一般常用的超聲波傳感器有兩種：專用型和兼用型。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的逆向壓電效應(yīng)來工作的。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)。 壓電傳感器屬于超聲波傳感器中電聲型的一種。 超聲波測(cè)量在國(guó)防、航空航天、電力、石化、機(jī)械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化的使用要求。超聲波作為一種新型的工具在各方面都有很大 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(huì)需求。 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 近年來，由于導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)測(cè)距、機(jī)械加工自動(dòng)化等方面的需要，自動(dòng)測(cè)距變得十分重要。交通擁擠狀況也隨之出現(xiàn)，撞車事件也是經(jīng)常發(fā)生，人們?cè)谙硎芷噹淼臉啡ず头奖愕耐瑫r(shí)，更加注重的是汽車的安全性，許多“追尾”事故都與車距有著密切的關(guān)系。 論文概述了超聲 波檢測(cè)的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。 第 1 周 ：針對(duì)選題查資料，確定設(shè)計(jì)方案； 第 2 周 ：方案分析比較，電路原理設(shè)計(jì)，進(jìn)行元器件及參數(shù)選擇； 利用 Altium Designer進(jìn)行電路圖繪制 第 3 周：編寫主程序流程圖和軟件程序及 編寫整理設(shè)計(jì)報(bào)告 。 備注說明： 最終成績(jī)： 評(píng)定教師簽字： 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) III 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 一、設(shè)計(jì)題目 基于超聲波定位原理的停車輔助系統(tǒng) 二、設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 根據(jù)超聲波測(cè)距原理，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件電路圖。 交通擁擠狀況也日益嚴(yán)重，撞車事件也經(jīng)常發(fā)生，造成了很多不可避免的人聲傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，面對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快、可靠性高并且比較經(jīng)濟(jì)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)顯得非常的重要。對(duì)組成各系統(tǒng)電路的芯片進(jìn)行了介紹，并闡述了它們的工作原理。利用超聲波檢測(cè) 往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單。特別是在海洋勘測(cè)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。了解超聲波測(cè)距的原理的，只有對(duì)理論知識(shí)有一定的學(xué)習(xí)才能運(yùn)用到實(shí)際操作中。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特 性各不相同，因而用途也各不相同。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長(zhǎng)距離的測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。 超聲波傳感器介紹 超聲波傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。屬于晶體的如石英、鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。 圖 壓電式傳感器原理圖 Fig. Schematic of piezoelectric sensors 壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。 超聲波測(cè)距的原理 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(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，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時(shí)。 發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。 王治國(guó)：基于超聲波原理的停車輔助系統(tǒng) 8 主要性能參數(shù)： 32 個(gè)可編程 I／ O 口線 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁(yè)寫模式） 除此以外 AT89S51 還提供一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)， 端口