【正文】 聲波傳感器常常一次發(fā)射的是多個(gè)超聲波脈沖串。 圖 17 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境界面 如圖 18 為 Proteus 部分仿真運(yùn)行圖，由仿真電路可以測(cè)得距離并顯示。語(yǔ)音提示內(nèi)容共分 4段，分別存儲(chǔ)在 ISD4004 的不同地址范圍內(nèi)。 } ISD4004 語(yǔ)音報(bào)警程序設(shè)計(jì) ISD4004語(yǔ)音報(bào)警程序主要是對(duì)測(cè)得的距離信號(hào)進(jìn)行查詢(xún)，準(zhǔn)確判斷距離信息是否有效，并可靠查找信息所 對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音存儲(chǔ)地址，取出信息進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)。主程序利用為中斷 0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（ INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序，并立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0停止計(jì)時(shí)。如果有回波接收到則利用聲速進(jìn)行距離計(jì)算，并送到顯示程序顯示，同時(shí)選擇語(yǔ)音播報(bào)地址，最后播報(bào)語(yǔ)音和顯示所測(cè)距離。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)將主程序分為若干個(gè)功能模塊，然后對(duì)各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最后將所有模塊組合起來(lái)成為整個(gè)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件部超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 分。 圖 11 ISD4004與單片機(jī)的接口電路 本系統(tǒng) ISD4004 與單片機(jī)的接口電路如 上 圖 11 所示 。在快進(jìn)模式， RAC可保持高電平 s，低電平 s。 (10) 中 斷 (/INT)： 本端為漏極開(kāi)路輸出。 (4) 反相模擬輸 入端 (ANA IN)： 當(dāng)采用差分驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，該引腳是錄音信號(hào)的反相輸入端。語(yǔ)音電路的主要作用是在汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中，為駕駛員提供人性化的語(yǔ)音提示，可以使駕駛員在不分神的 情況下，得知汽車(chē)與障礙物之間的距離，使倒車(chē)順利完成。同時(shí)，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。 引腳 4－ GND 接地端 引腳 5－ F0 與電源間接入一個(gè)電阻，以確定帶通濾波器中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。 CX20216A 芯片簡(jiǎn)單易用，電路簡(jiǎn)單，減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志 [7]。 超聲波發(fā)射電路如圖 7 所示 ， 脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用 AT89C51 的 口發(fā)射 40 KHz的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò) 74LS04 放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。 圖 5 系統(tǒng)復(fù)位電路 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 電源電路 在一般家用中小型汽車(chē)內(nèi)部的電瓶為 12V，單片機(jī)所需電壓為 5V，語(yǔ)音芯片所需電壓為 。 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。在未來(lái)的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。 圖 2 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 圖 2為超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線(xiàn)、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。可采用溫度傳感器測(cè)得當(dāng)?shù)販囟?，并在軟件中?shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，本文不再贅述。 (2)當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響也比較大。 超聲波由于其為直線(xiàn)傳播，反射能力強(qiáng)且在液體、固體中傳播衰減很小，穿透力強(qiáng)等特性，使其在實(shí)際生活中得到廣泛應(yīng)用。 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及理論基礎(chǔ) 總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景是基 于 AT89C51 的超聲信號(hào)檢測(cè)的。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 為避免汽車(chē)在倒車(chē) 過(guò)程中發(fā)生事故，本文設(shè)計(jì)了一種基于 AT89C51單片機(jī)的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 我國(guó)倒車(chē)?yán)走_(dá)從 2021年開(kāi)始起步，從最初只是奔馳、寶馬等高檔車(chē)的專(zhuān)利，發(fā)展到現(xiàn)在成為許多轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上的倒車(chē)?yán)走_(dá)大多采用超聲 波測(cè)距原理，駕駛員在倒車(chē)時(shí)，啟動(dòng)倒車(chē)?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由超聲波探頭發(fā)送超聲波，在遇到障礙物后產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，通過(guò)聲音、數(shù)據(jù)、圖像等形式為駕駛員提供信息和警示來(lái)告知駕駛員周?chē)闆r，從而使駕駛員倒車(chē)時(shí)做到心中有數(shù)，提高了駕駛的安全性。 ultrasonic distance measurement。 本設(shè)計(jì)是 以 AT89C51 單片機(jī)為主控制器的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng) ，包括超聲波發(fā)射和接收部分、單片機(jī)處理部分、 LCD 顯示部分和語(yǔ)音報(bào)警部分等硬件系統(tǒng)以及軟件程序設(shè)計(jì)。由此，專(zhuān)為汽車(chē)倒車(chē)泊位設(shè)置的倒車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生。在底特律國(guó)際車(chē)展上，通用公司的Precept概念車(chē)裝了 Donnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。 在日新月異的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的背景下，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)也會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展而不斷創(chuàng)新，向著智能化、可視化、集成化的方向發(fā)展，逐漸將各個(gè)功能集中在一起，實(shí)現(xiàn)了一套硬件設(shè)備可以完成多項(xiàng)功能。單片機(jī)在超聲波信號(hào)發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波信號(hào)在空氣中傳播，在遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后輸入到單片機(jī)的外部中斷口發(fā)生中斷，單 片機(jī)停止計(jì)時(shí)。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用軟件由 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，可對(duì)各子程序分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，然后將調(diào)試好的子程序塊鏈接起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。 超 聲波測(cè)距精度分析 (1) 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 采用壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射 由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對(duì)于一般要求的精度是可靠的。即在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm 的誤差。它是利用壓電材料的正、逆壓電效應(yīng)來(lái)工作的， 在壓電陶瓷芯片上加有 一定 頻率的電壓脈沖，芯片就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)。在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì) 金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。硬件部分實(shí)現(xiàn)分四 部分來(lái)闡述： 第一是 以 AT89C51 單 片機(jī)為核心的主控系統(tǒng)電路； 第二是 超聲波發(fā)射 和 接收電路； 第三是 顯示電路； 第四是 語(yǔ)音報(bào)警電路。 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。 在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RET 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。時(shí)鐘電路如圖 6 所示 。 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。 CX20216A 芯片采用 8 腳單列直插式塑料超小型封裝， +5v 供 電， 內(nèi)部含可前置放大、自動(dòng)偏置、限幅放大、帶通濾 波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路 。本文 RC參數(shù)為 R1=， C1=1μ F。 超聲波接收電路如 圖 8所示，采用 CX20216A集成電路作為接收電路的核心，接收的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。內(nèi)含復(fù)位電路，并且提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM。 圖 10 ISD4004語(yǔ)音芯片的引腳排列 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 ISD4004各 引腳功能如下： (1) 電 源 (VCCA， VCCD)： VCCA和 VCCD接 源。當(dāng) ISD4004語(yǔ)音芯片未被選中時(shí)，該引腳呈高阻狀態(tài)。 EOM 標(biāo)志只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的 EOM 標(biāo)志時(shí) ， 此狀態(tài)位才置 1。 ISD4004 與單片機(jī)的接口電路 ISD4004 和 AT89C51 單片機(jī)的連接較少。當(dāng)?shù)管?chē)距離大于 2 米時(shí)，語(yǔ)音提示為 “請(qǐng)放心倒車(chē) ”；當(dāng)?shù)管?chē)距離為 2 米時(shí)，語(yǔ)音提示為 “2 米， 2 米 ”；當(dāng)?shù)管?chē)距離為 1 米時(shí)，語(yǔ)音提示為 “1 米， 1 米 ”；當(dāng)?shù)管?chē)距離小于等于 米時(shí)，語(yǔ)音提示為 “危險(xiǎn)，緊急停車(chē) ”。 （ 2）超聲波測(cè)距程序模塊， 包 括超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序以及距離計(jì)算子程序等部分。在實(shí)驗(yàn)室情況下可認(rèn)為聲速是基本不變的，如果測(cè)距精 度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?//計(jì)算高電平持續(xù)的時(shí)間 TR1=0。 單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送放音指令后， ISD4004 就從指定的內(nèi)部存儲(chǔ)器里讀出數(shù)據(jù)并通過(guò) ANA OUT 引腳輸出語(yǔ)音數(shù)據(jù)。利用 Keil uVision4 對(duì)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 行編譯，軟件調(diào)試開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖 17 所示。對(duì)于測(cè)距而言，引起超聲波傳播速度變化的主要原因是溫度的變化。在測(cè)量盲區(qū)內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)正常測(cè)距，測(cè)量誤差很大。 （ 3） 如何減小測(cè)距盲區(qū)。//ISD 的時(shí)鐘輸入端 sbit isd4004_cs=P2^1。//向 ISD4004 發(fā)送數(shù)據(jù) void isd4004_stopmode()。 if(play_key==0) { switch (flag2) { case 0: isd4004_play()。 } } } else { if(flag1==0) { isd4004_stopmode()。//發(fā)送放音地址的低 8 位 send_isd4004(addr)。 } void isd4004_powerup() { isd4004_cs=0。 delay_3us()。i++) { 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 isd4004_sclk=0。 } } void delay_3us() { } void delay_50us(unsigned int t) { unsigned char j。 if(S200) { addr=0xa0。 } //主程序 void main() { lcd_init()。 TL1=0Xf3。//計(jì)算高電平持續(xù)的時(shí)間 ,上升沿到來(lái)時(shí)候開(kāi)始計(jì)時(shí)，下降沿到來(lái)進(jìn)入外部中斷，關(guān)閉計(jì)時(shí)器，停止計(jì)時(shí) TR1=0。 在此我 同時(shí)還 要感謝我的室友， 感謝 他們對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)及幾年的學(xué)習(xí)生活的幫助。 TL0=0。 //設(shè)置為下降沿中斷方式 while(1) { HC05_Init()。 TMOD=0x29。 } if(S==200) { addr=0xa1。t0。 0x01)==1) { isd4004_mosi=1。 isd4004_cs=1。 isd4004_cs=1。//發(fā)送 SET PLAY 指令，指令形式： 11100XXX delay_3us()。 flag1=1。 flag1=0。//向 ISD4004 發(fā)送 0X10,使 ISD4004 發(fā)送數(shù) void isd4004_powerup()。//ISD4004 溢出，當(dāng)為 0 時(shí)為溢出 sbit record_key=P2^4。 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 參考文獻(xiàn) [1] 馮若 .超聲手冊(cè) [M].南京 :南京大學(xué)出版社 ,:2034 [2] 林書(shū)玉 .超聲換能器的原理及設(shè)計(jì) [M].北京 :北京科學(xué)出版社 ,:4970 [3] 莫品光 ,劉艷紅 .基于超聲波的倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].技術(shù)與應(yīng)用 ,:1416 [4] 陳濤 .單片機(jī)應(yīng)用及 C51程序設(shè)計(jì) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,:830 [5] 韓博起 .車(chē)載倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大 學(xué) ,2021： 120 [6] 陳連坤 .單片機(jī)原理及接口技術(shù)（ C 語(yǔ)言版） [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,北京交通大學(xué)出版社 ,:124128 [7] 張涵 .AT89S51單片機(jī)在汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].工程技術(shù) ,:363365 [8] 宋永東 ,周美麗 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