【正文】 easurement, Aug. 2002:7597634．進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起 止 日 期1超聲波測(cè)距的基本理論及測(cè)量方案~2超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)~3超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)~4測(cè)距系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與誤差分析~5結(jié)論與展望~超聲波測(cè)距汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距，可用作汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音和更為直觀的LED 顯示告知駕駛員汽車周圍障礙物的情況，解除了駕駛員在泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的煩擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了泊車安全性。無(wú)庸置疑，未來的超聲波測(cè)距儀將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)學(xué) 位 論 文超聲測(cè)距—汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)作 者 姓 名： 學(xué) 科 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 教授 完 成 日 期： 太原工業(yè)學(xué)院Taiyuan Institute of TecV太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)35誠(chéng)信申明本人申明：本人所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《超聲測(cè)距—汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)》的所有材料是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作、完成的成果，設(shè)計(jì)（論文）中所引用他人的無(wú)論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在設(shè)計(jì)（論文）中加以說明；有關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對(duì)我的設(shè)計(jì)（論文）的寫作、修訂提出過并為我在設(shè)計(jì)（論文）中加以采納的意見、建議，均已在我的致謝辭中加以說明并深致謝意。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。本設(shè)計(jì)硬件部分主要由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路和報(bào)警電路組成，軟件部分主要由主程序、超聲波發(fā)射接收子程序、距離計(jì)算子程序及顯示子程序等部分組成。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作用?，F(xiàn)在第一代的倒車?yán)走_(dá)只有小部分大卡車、泥頭車在使用。第三代：數(shù)碼波段顯示的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。國(guó)內(nèi)一些公司雖然也推出了相應(yīng)的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品，但在質(zhì)量上、市場(chǎng)份額上都無(wú)法與國(guó)外廠商相比擬。此時(shí)，探測(cè)器可以為駕駛者顯示出合理空位。倘若駕駛者想要暫停停車程序，就只需踩下腳剎就可以實(shí)現(xiàn)中斷。可被實(shí)際應(yīng)用的超聲測(cè)距方法一般有兩種：一種是發(fā)射波抵達(dá)物體后，然后被反射回來后再接收的反射波方式，常應(yīng)用于測(cè)距儀；另一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，一端接收的直接波方式。先后蒙住蝙蝠眼睛和堵住蝙蝠鼻子，蝙蝠均能準(zhǔn)確地分辨障礙物。1883年Galton首次制成超聲波氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動(dòng)圓形刀口振動(dòng)形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲波。直到1956年第二次國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上才有更多有新見解的論文發(fā)表，超聲治療才真正進(jìn)入到實(shí)用成熟階段。超聲波探傷是利用超聲波能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。 (2) 在超聲處理方面的應(yīng)用利用超聲的機(jī)械效應(yīng)、溫?zé)嵝?yīng)、理化效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門獲得了廣泛應(yīng)用。超聲波技術(shù)在醫(yī)療方面的獨(dú)特療效已得到醫(yī)學(xué)界的普遍認(rèn)可，并越來越被臨床重視和采用。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、也最普通的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，它和其他形式的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系非常密切。它不斷借鑒電子學(xué)、超聲學(xué)材料科學(xué)、光學(xué)、固體物理等其他學(xué)科的內(nèi)容，而使自己更加豐富。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收換能器接收反射信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，當(dāng)接收到該信號(hào)后，關(guān)閉計(jì)數(shù)器T1，記下此時(shí)的時(shí)間，轉(zhuǎn)入執(zhí)行計(jì)算距離子程序，由子程序計(jì)算距離，并啟動(dòng)LED顯示其數(shù)值，同時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)危險(xiǎn)距離時(shí)發(fā)出滴答滴答的響聲。（4）工作溫度工作溫度是指能使傳感器正常工作的溫度范圍，其溫度上限應(yīng)遠(yuǎn)于居里點(diǎn)溫度。至70161。因此，選用AT89C51單片機(jī)。5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲(chǔ)器；256 BRAM；32條工／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。報(bào)警電路選用蜂鳴器。圖5CX2O106A是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控信號(hào)接收集成電路，廣泛應(yīng)用于視頻、音頻、空調(diào)、風(fēng)扇等各種遙控系統(tǒng)中作遙控信號(hào)接收電路。3 腳：為檢測(cè)端。7 腳：為信號(hào)輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，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。同時(shí)集成電路也可以減少干擾。如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。所以，報(bào)警電路不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)，只需用NPN三極管控制蜂鳴器發(fā)聲即可，具體電路如圖10所示。但由于匯編指令與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)，即一條匯編語(yǔ)言的可執(zhí)行指令對(duì)應(yīng)著一條機(jī)器語(yǔ)言指令，反之亦然。C語(yǔ)言應(yīng)用于單片機(jī)編程出了上述特點(diǎn)外，還有以下突出特點(diǎn)：編譯器可以自動(dòng)完成變量存儲(chǔ)單元的分配，省去了分配和紀(jì)錄存儲(chǔ)單元的繁瑣；不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，省去了單片機(jī)漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)間；具有良好的可移植性，只要將程序略加改動(dòng)就可以將其應(yīng)用與其他類型的單片機(jī)，省去了更改單片機(jī)型號(hào)時(shí)重新編寫程序的無(wú)奈。 reset()。 // 發(fā)啟動(dòng)溫度變換指令 if(c0x1000){c=c+1。 //溫度值＝變化后的溫度值 if(tu==0)speed=332+T_C*。 //計(jì)算距離uS*34650m cm/=20000。led_2H=0。 //關(guān)閉P3口 }//key()。 show(25)。 show(25)。 //裝T1初值 TR1=1。TO==0)。temp[2]=0xF7。 if(show_temperature==1)goto T_show。超聲波測(cè)距儀還可以做如下改進(jìn)：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不高，被測(cè)物體表面移動(dòng)速度很小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量；移動(dòng)速度過大，波動(dòng)較大時(shí)，誤差變大。為了抑制外部干擾，接收裝置可以采用過零檢測(cè)裝置，保證接收到得超聲波為物體反射回來的超聲波，從而有效地抑制超聲波發(fā)射電路的輻射干擾。電路元件要選用低噪聲器件，采取合理的電路布局，良好的印刷板走線，并注意進(jìn)行屏蔽。提高超聲波發(fā)射探頭的固有頻率。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。 LED_temp(dis)。w=0。 //發(fā)送測(cè)量方波 time_11uS(6)。 }while(show_temperature==1)。 show(25)。 //關(guān)總中斷 TR1=0。 time(400)。} 主函數(shù)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容void main(void) //主函數(shù){ uchar w。 //溫度為負(fù)則聲速 } }else speed=。} //若溫度小于0,tu=1 c=4。 //先置位溫度正負(fù)標(biāo)示為正if(r) { write(0xCC)。C語(yǔ)言的缺點(diǎn)是生成目標(biāo)代碼比較大，但隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，片內(nèi)ROM的空間做到16/32 KB的已經(jīng)很多，所以代碼較大已經(jīng)不是重要的問題了。匯編語(yǔ)言的缺點(diǎn)是程序的通用性和可移植性差；程序比較繁瑣，調(diào)試?yán)щy；目標(biāo)程序比較龐大，運(yùn)行速度慢。而且程序的設(shè)計(jì)也是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需的器件和連線也相應(yīng)增加，成本也增加。圖8 LED顯示電路顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)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(jié)構(gòu)類型不同而已。該引腳接電源正極，～5V。4 腳：接地端。圖6 CX20106A的引腳圖圖7為CX20106A的典型應(yīng)用電路圖7各引腳介紹：1 腳：為紅外信號(hào)輸入端。由于本設(shè)計(jì)本生是為了做出汽車倒車防撞報(bào)警器的實(shí)體，并著重闡述汽車倒車防撞報(bào)警器的原理，因此，相當(dāng)于倒車檔的鍵盤電路不再做詳細(xì)的敘述。掉電方式：保存RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E~PROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。至70161。一旦達(dá)到居里溫度點(diǎn)(),就完全喪失壓電性能。當(dāng)施加于它兩端的交變電壓頻率等于晶片的中心頻率時(shí)，輸出能量最大，傳感器的靈敏度最高。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。但是，超聲學(xué)仍是一門年輕的學(xué)科，其中存在著許多尚待深入研究的問題，對(duì)許多超聲波應(yīng)用的機(jī)理還未徹底了解，況且實(shí)踐還在不斷地向超聲學(xué)提出各種新的課題，而這些問題的不斷提出和解決，都已表明了超聲學(xué)是在不斷地向前發(fā)展著。20世紀(jì)40年代起，人們?cè)谘芯棵劫|(zhì)中超聲波的聲速和聲衰減隨頻率變化的關(guān)系時(shí)，就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了它們與各種分子弛豫過程（如分子的內(nèi)、外自由度之間能量轉(zhuǎn)換的熱弛豫，分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化的結(jié)構(gòu)弛豫等過程）及微觀諧振過程（如鐵磁、順磁、核磁共振等）之間的關(guān)系，通過物質(zhì)對(duì)超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這些方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。超聲波的機(jī)械作用可軟化組織，增強(qiáng)滲透，提高代謝，促進(jìn)血液循環(huán)，刺激神經(jīng)系統(tǒng)和細(xì)胞功能，因此具有超聲波獨(dú)特的治療意義。超聲波焊接主要分超聲波塑料焊接和超聲波金屬焊接，超聲波塑料焊接具有焊接速度快，焊接強(qiáng)度高、密封性好的優(yōu)點(diǎn)；而超聲波金屬焊接的優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工。超聲測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射到接收的時(shí)間長(zhǎng)短計(jì)算出障礙物到發(fā)射點(diǎn)的距離長(zhǎng)短。產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的頻率，也由幾十千赫上升到上千兆赫。20世紀(jì)初，由于電子學(xué)的發(fā)展，人們可以應(yīng)用一些材料的“壓電效應(yīng)”和“磁致伸縮效應(yīng)”制造各種“機(jī)電換能器