【正文】 ......................................................................... 2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 ........................................................................................... 3 第 2 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與分析 .................................................................................. 4 超聲波測(cè)距原理 ....................................................................................................... 4 超聲波發(fā)生器 ........................................................................................................... 4 壓電式超聲波發(fā)生器原理 ....................................................................................... 4 測(cè)量與控制方法 ....................................................................................................... 5 控制系統(tǒng)方框圖 ....................................................................................................... 5 超聲波發(fā)射部分的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 6 超聲波接收器的設(shè)計(jì) ............................................................................................... 6 理論計(jì)算 ................................................................................................................... 8 影響精度的因素分析 ................................................................................................ 8 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................................................................. 9 本章小結(jié) ................................................................................................................ 11 第 3 章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................. 12 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理 ...................................................................... 12 52 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn) .......................................................................... 12 52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理 ............................................................................. 13 超聲波發(fā)射電路 ..................................................................................................... 13 超聲波檢測(cè)接收電路 ............................................................................................. 14 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) .......................................................................... 15 本章小結(jié) ................................................................................................................. 17 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................................. 18 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 17 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) ...................................................................................... 17 主程序流程圖 .......................................................................................................... 20 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 .......................................................... 22 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 .............................................................................................. 23 本章小結(jié) .................................................................................................................. 23 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 24 參考 文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 26 致 謝 ................................................................................................................................. 28 附 錄 ................................................................................................................................. 29 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展歷史及 意義 隨著科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，自動(dòng)測(cè)量的技術(shù)不斷更新，非接觸式測(cè)量技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此超聲測(cè)距廣泛應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面，特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距。是汽車?yán)走_(dá)發(fā)展的高級(jí)階段，就實(shí)際情況看，國(guó)際上研制出的用于高速公路的防撞達(dá)基本上都只需完黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 成向駕駛員提供危險(xiǎn)警報(bào)功能，為駕駛員爭(zhēng)取一定的反映時(shí)間。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。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。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來。超聲波接收器設(shè)計(jì)圖如圖 。實(shí)驗(yàn)證明，比較參考電壓的選取黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 非常關(guān)鍵，它與測(cè)量靈敏度、系統(tǒng)魯棒性都有關(guān)聯(lián)。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ?s RTC M? （ 26） 由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。根據(jù)以上過計(jì)算可知，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 1 mm 的誤差。 DS18B20 采用了 DALASS 公司的 1WIRE 總線專利技術(shù)，能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工作（芯片可由數(shù)據(jù)線供電），極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其在－ 10oC ～＋ 85oC 的工作環(huán)境下可以保持 177。 圖 標(biāo)桿校正的示意圖 超聲波測(cè)距裝置首先測(cè)量距離已知為 h 的基平面（標(biāo)桿）聲波往返所用的時(shí)間，而后由測(cè)得的時(shí)間和距離 h 根據(jù)公式 ⑷ 求出當(dāng)?shù)芈曀?。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼 用 PNP 三極管 8550驅(qū)動(dòng)。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成 功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20226A接收超聲波 (無信號(hào)時(shí)輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。電路原理圖如圖 所示。 軟件的設(shè)計(jì) 軟件執(zhí)行的工作過程如下： (1)當(dāng)系統(tǒng)按下控制開關(guān)鍵后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，采取主程序循環(huán)方式。與 INT 可以按照先收到信號(hào)的先執(zhí)行中斷處理服務(wù)，后收到者后處理，不分高低中斷優(yōu)先級(jí)口。 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（ 2）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃是 否 是 否 是 上電復(fù)位 延時(shí)等待 蜂鳴器響 200ms 定時(shí)器 0 初始化 中斷 0 初始化 全局中斷打開 報(bào)警設(shè)定模式 設(shè)定報(bào)警值 發(fā)送 4 個(gè)超聲波 等待接收 接收標(biāo) 志位 顯示 0 數(shù)碼管顯示距離 超過限制 蜂鳴器報(bào)警 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 時(shí)的聲速為 344 m/s 則有： d=(ct)/2=172T0/10000cm (2) 其中， T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。 前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī) INT0 端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過與門 IC3A 的輸出接單片機(jī) INT1 端口，同時(shí)單片機(jī) 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢來處理 ，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。軟件的調(diào)試程序見附錄一 本章小結(jié) 利用 C52 系列單片機(jī)的功能開發(fā)出來的產(chǎn)品，經(jīng)過一系列的測(cè)試與調(diào)節(jié)，具有比較高的準(zhǔn)確性，適合大眾化汽車使用，其檢測(cè)范圍在 8～ O． 3 m 之間，誤差可以控制在 4o． 05 m， 這個(gè)誤差在實(shí)際使用是可以接受的。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)，利用外中斷 0 口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。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。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。在我做畢業(yè)論設(shè)計(jì)期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的