【正文】 flag=0。 switch(flag) { case 0x00:P0=ge。 //測(cè)試燈變化 } a=distance_data。 //等待 Echo 回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 圖 41 程序流程圖 167。 圖 36 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 167。其顯示的容量為 3 個(gè)字。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 實(shí)際數(shù)碼管是把發(fā)光二極管的管心做成條狀，用 7 條條狀的發(fā)光管就可以組成 7 段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，如圖 35 所示。圖中運(yùn)放的同相輸入端接有電阻 pR ，參數(shù)選擇時(shí)應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即32 //RRRp ? ，靜態(tài)時(shí)使輸入級(jí)偏置電流平衡并讓輸入級(jí)的偏置電流在運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及漂移對(duì)輸出端的影響，故 pR 又稱為平衡電阻。 接收換能器對(duì)超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測(cè)距離。測(cè)距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測(cè)距一次，發(fā)送、接 收一次。 167。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 3章 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì) 167。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度 對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。 發(fā)射脈沖寬度 發(fā)射脈沖寬度決定了測(cè)距儀的測(cè)量盲區(qū)，也影響測(cè)量精度，同時(shí)與信號(hào)的發(fā)射能量有關(guān)。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)。 超聲波傳感器有多種結(jié)構(gòu)形式，可分成直探頭 (接收縱波 )、斜探頭 (接收橫波 )、表面波探頭 (接收表面波 )、收發(fā)一體式探頭、收 發(fā)分體式雙探頭等。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 24 雙壓電晶片的等效電路圖 雙壓電晶片的等效電路如圖 24 所示， 0C 為靜電電容， R 為陶瓷材料介電損耗 ,并聯(lián)電阻 Cm 和 Lm 為機(jī)械共振回路的電容和電感， mR 為損耗串聯(lián)電阻。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測(cè)中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 件，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成部分。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 21 超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu) 圖 22 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 167。 如果超聲波作用于介質(zhì)時(shí)被介質(zhì)所吸收，實(shí)際上也就是有能量吸收，同時(shí)，由于超聲波的 振動(dòng)，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。我們?nèi)祟?耳朵 能聽到的聲波頻率為 20Hz～ 20200Hz。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。 利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求。軟件部份本文采用 C 語言編程，使用單片機(jī)的中斷和計(jì)時(shí)功能，可以方便的實(shí)所設(shè)想的功能。超聲波測(cè)距儀雖然原理簡單，但是由于超聲波測(cè)距受到許多外界因素制約，包河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 括所測(cè)的超聲波傳播時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及環(huán)境溫度等等，如何選擇合適的方法提高精度是技術(shù)開發(fā)的重要瓶頸，國內(nèi)外的學(xué)者在提高超聲波測(cè)距精度方面做了大量的研究。我做的是汽車用倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)，主要是使用單片機(jī)語言編程實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距系統(tǒng)與單片機(jī)之間的串行通信及顯示汽車與障礙物之間的距離。 發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng) ............................................................27 167。 超聲波測(cè)距原理 ................................................................13 167。超聲波是頻率高于 20200 赫茲 的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的 聲能 。超聲波的波長比一般聲波要短， 能透過不透明物質(zhì)。 發(fā)射脈沖寬度 ....................................................................14 167。 本章小結(jié) ....................................................................................28 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................29 167。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中要熟悉單片機(jī)芯片和超聲波測(cè)距系統(tǒng)的工作原理以及所使用單片機(jī)的各個(gè)管腳及其功能。面對(duì)廣闊的市場(chǎng)空間以及日益苛刻的測(cè)量要求。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1章 課題研究背景與意義 167。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。 車用雷達(dá)首先要解決的技術(shù)難題就是減少雷達(dá)的誤報(bào)。當(dāng) 聲波 的振動(dòng)頻率小于20Hz 或大于 20KHz 時(shí)，我們便聽不見了。 167。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 超聲波傳感 器分機(jī)械方式和電氣方式兩類本 。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率? o。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 超聲波傳感器分通用型、寬頻帶型、耐高溫型、密封放水型等多種產(chǎn)品?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測(cè)量精度，減小測(cè)量盲區(qū)，但同時(shí)也減小了發(fā)射能量，對(duì)接收回波不利。由于發(fā)射聲脈沖自身有一定的寬度，加上放大器有阻塞問題，在靠近發(fā)射脈沖一段時(shí)間范圍內(nèi)，所要求發(fā)現(xiàn)的缺陷往河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 往不能被發(fā)現(xiàn)，這段距離，稱為盲區(qū)，具體分析如下 ： V mV M放 大 器 輸 入 電 路A接 收 信 號(hào) 幅 值發(fā) 射 信 號(hào) 幅 值bca0發(fā) 射 后 時(shí) 間 圖 28 傳感器回波測(cè)距原理分析圖 如圖所示，當(dāng)發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射信號(hào)雖然只維持一個(gè)極短時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定余振 (由于機(jī)械慣性作用 )。 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)主要是以單片機(jī)為核心利用超聲波自動(dòng)測(cè)距的系統(tǒng)。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)需 要一個(gè)電鍵、一個(gè) 10uF 電容、一個(gè) 10k 電阻組成復(fù)位電路；兩個(gè) 30pF 電容和一個(gè) 12Mhz 的晶振組成時(shí)鐘電路。間斷地激發(fā)換能器晶片振動(dòng)。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 根據(jù)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小 (數(shù)十毫 伏 )，故分別取?? KR 12 ； ?? KR 2020 ； ?? KRp 1 ， 即放大電路將輸入信號(hào)放大 200 倍。每個(gè)數(shù)碼管可顯示 0～ 9 十個(gè)數(shù)字，數(shù)碼管（ 寸和 寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光的顏色不同略有差別，通常約為 2～ 每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在 5～ 10mA。數(shù)碼管有微功耗、體積小、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器以及發(fā)光二極管作為報(bào)警器件。 初始化程序 0，定時(shí)器 1， 16 位工作方式。 //定時(shí)器 0，定時(shí)器 1， 16 位工作方式 TR0=1。 //清測(cè)量成功標(biāo)志 EX0=1。 conversion(a)。 p2_0=0。break。p2_2=0。 //寫入定時(shí)器 0 初始值 TL0=0x77。 //沒有回波則清零 test = !test。 //產(chǎn)生一個(gè) 20us 的脈沖，在 Trig 引腳 while(Echo==0)。 Trig=0。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 5361AS 三位共陰極數(shù)碼管的顯示模 塊 有 顯示子程序； HCSR04 超聲波測(cè)距模塊，分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序； 、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分； C 語系統(tǒng)采用 AT89S52 的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； ， C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用 Keil ? Version2 進(jìn)行程序編譯， Keil 功能強(qiáng)大使用方便。動(dòng)態(tài)掃描顯示時(shí)刷新頻 率最好大于50HZ， 即沒顯示一輪的時(shí)間不超過 20ms，每個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間不能太長也不能太短，時(shí)間太長會(huì)影響刷新率，導(dǎo)致總體顯示呈現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，時(shí)間太短發(fā)光二極管的電流導(dǎo)通時(shí)間也就短，會(huì)影響總體的顯示亮度。 LED 數(shù)碼管的顯示 本設(shè)計(jì)顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值。顯示譯碼器的輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)形式與所選用顯示器的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)相匹配，否則不僅不能正常工作，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。 23RRUUAiouf ??? (35) 利用反相比例放大器可實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流輸入信號(hào)的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要調(diào)節(jié) 2R 和 3R 阻值即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。 ，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小為 2 a ，當(dāng) a 很小的時(shí)候，可直接按式 2/CVts?進(jìn)行距離的計(jì)算；當(dāng)夾角很大的時(shí)候，必須進(jìn)行距離的修正，修正的公式為： 2cos tcS ??? ? (31) 實(shí)際的調(diào)試過程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因?yàn)槊恳环N超聲波發(fā)射、接收頭都有一個(gè)有效測(cè)量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測(cè)量夾角為 45176。 通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為 ： 單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射?，F(xiàn)代社會(huì)中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟(jì)、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域。選用 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊 ，其價(jià)格比較實(shí)惠，程序控制簡單具有較高的實(shí)用性。不同的檢測(cè)儀阻塞程度不一樣。 167。 表 21 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊的電氣參數(shù) 電氣參數(shù) HCSR04 超聲波模塊 工作電壓 DC 5 V 工作電流 15mA 工作頻率 40kHz 最遠(yuǎn)射程 4m 最近射程 2cm 測(cè)量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號(hào) 10uS 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào) 輸出 TTL 電平信號(hào)，與射程 成比例 規(guī)格尺寸 45? 20? 15mm 圖 26 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊的時(shí)序圖 以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè) 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 部將發(fā)出 8 個(gè) 40kHz 周期電平并檢測(cè)回波。本文設(shè)計(jì)主要用于倒車?yán)走_(dá)等方面的應(yīng)用 , 故選擇頻率高的傳感器。 圖 23 雙壓電晶片示意圖 雙壓電晶片如圖 23 所示，當(dāng)在 AB 間施加交流電壓時(shí)，若 A 片的電場(chǎng)方向與極化方向相同，則下面的方向相反，因此，上下一伸一縮 ，形成超聲波振動(dòng)。 壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如 圖 21 和 22 所示。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 在流體動(dòng)力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過程稱為空化。 超聲波的簡介 科學(xué)家們將 每秒鐘 振動(dòng) 的次數(shù)稱為聲音的 頻率 ，它的單位是 赫茲 (Hz)。無庸置疑，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。一般的超聲 波測(cè)距儀可用于固定物位或液位的測(cè)量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。超聲波的發(fā)射與接收電路的功能是為了檢測(cè)到障礙物的距離；報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路是為了更好的提示駕駛員注意，進(jìn)而減少交通事故的產(chǎn)生?，F(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)不僅測(cè)量范圍有限制，且測(cè)量精度有限。主要是通過超聲波系統(tǒng)與單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)先提示，減少倒車時(shí)的碰撞及事故。 蜂鳴器的驅(qū)動(dòng) ....................................................................27 167。 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊的簡介 ................................... 11 167。為此，設(shè)計(jì)了以 AT89C51 單片機(jī)為核心利用超聲波 自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng) 提醒駕駛員在倒車時(shí)有效的避開可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由于倒車造成的汽車碰撞或擦傷的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。 本文在分析超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上 ， 指出了設(shè)計(jì)測(cè)距儀的思路和所需考慮的問題 ， 給出了