【正文】 隨著汽車擁有量的增長(zhǎng)，汽車的安全和使用便捷性能受到了空前的關(guān)注。目前，超聲波測(cè)距已普遍應(yīng)用在液位測(cè)量、移動(dòng)機(jī)器人定位和避障等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。超聲波檢測(cè)接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。其原理如右圖所示，發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在空氣中傳播至被測(cè)物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，可得其往返時(shí)間t，由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中。然后，不僅僅是溫度，空氣濕度、氣壓和空氣密度等環(huán)境因素都會(huì)對(duì)超聲波在空氣中的速度產(chǎn)生影響導(dǎo)致產(chǎn)生誤差。 //通過溫度計(jì)算當(dāng)前超聲波速度 distance=v*n/4424。當(dāng)測(cè)量距離超過540cm時(shí)。 //距離和溫度數(shù)據(jù)處理 TempConvert(temp1)。 } distance=zonghe/10。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。其中溫度處理程序如下： uint get_temp(){ uchar h,l。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。但由于匯編指令與機(jī)器語言指令一一對(duì)應(yīng)，即一條匯編語言的可執(zhí)行指令對(duì)應(yīng)著一條機(jī)器語言指令，反之亦然。DS1820溫度傳感器為單線接口，因此從中央處理器到DS1820僅需連接一條線。由于在距離較遠(yuǎn)的情況下，超聲波的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的幅值也較小，為此要求將信號(hào)放大。主要取決于制造晶片本身。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。 液晶顯示模塊液晶顯示部分主要采用LCD1602液晶顯示器。單片機(jī)本身就如一個(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)的嚴(yán)格控制下。 單片機(jī)核心部分單片機(jī)也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，超聲波發(fā)送部分發(fā)出超聲波傳至被測(cè)物后經(jīng)反射由接收器接收，通過控制單片機(jī)的外部中斷來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)。常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，溫度每升高1℃， m/s，因此超聲波測(cè)距中一般采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，即在?shù)據(jù)處理中對(duì)超聲波傳播速度進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。通過在車身前后安裝超聲測(cè)距傳感器可以有效測(cè)量車身距障礙物間距離，解除了駕駛員泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，本系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了在一定距離范圍內(nèi)的準(zhǔn)確距離測(cè)量，具有迅速、方便、易于操作等特點(diǎn)，可應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人避障和汽車倒車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域中。系統(tǒng)主要原理是系統(tǒng)控制超聲波發(fā)射器發(fā)生超聲波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，之后超聲波接收器接到超聲波到達(dá)被測(cè)物體的反射信號(hào)后產(chǎn)生外部中斷停止計(jì)時(shí)，在已知超聲波的速度的情況下通過測(cè)量超聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間來進(jìn)行計(jì)算從而測(cè)量出測(cè)距系統(tǒng)與被測(cè)物之間的距離。目前，超聲波測(cè)距已普遍應(yīng)用在液位測(cè)量、移動(dòng)機(jī)器人定位和避障等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。超聲波傳感器已經(jīng)被廣泛用作測(cè)距傳感器，并應(yīng)用于機(jī)器人的定位和避障。因而該方法存在測(cè)量分辨力和有效作用距離的矛盾，極大制約了超聲波傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬。 本文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容是利用51單片機(jī)設(shè)計(jì)一種超聲波測(cè)距的設(shè)備。表21 波速與溫度關(guān)系表發(fā)射電路接收電路超聲波發(fā)射器超聲波接收器被測(cè)物體單片機(jī)圖21 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理圖SH波速與溫度之間的關(guān)系如表21所示。 電源供電電路本單片機(jī)系統(tǒng)采用電源供電電路，即通過變壓器將單片機(jī)與220V電壓直接相連，則單片機(jī)核心板的VCC端能夠接收到約5V的直流穩(wěn)壓電源，對(duì)于本系統(tǒng)來說簡(jiǎn)單方便。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。當(dāng)聲的頻率高到超過約20kHz時(shí)，人耳聽覺的頻率達(dá)到極限，人們就會(huì)覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。LCD1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其連接方式如下：第1腳VSS為電源地；第2腳VDD接5V電源；第3腳V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接地；第4腳RS為寄存器選擇引腳，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，低電平時(shí)選擇指令存儲(chǔ)器；第5腳RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作；第6腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成為低電平時(shí)液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15～16腳為背光。其次，匯編語言是一種面向機(jī)器的低級(jí)的程序設(shè)計(jì)語言。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。經(jīng)過單線訪問DS18B20的ROM操作命令包括讀ROM命令33h，符合ROM命令55h，跳過ROM命令CCh，搜索ROM命令F0h和告警搜索ECh。} 超聲波測(cè)量模塊（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。 //發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷 v=*temp1+。 //溫度測(cè)量和處理 get_temp()。表41 0～20cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表當(dāng)測(cè)量距離為0～20cm之間時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)如表41所示。NOP()。光線對(duì)測(cè)量裝置中的半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生干擾。但本系統(tǒng)仍有需要完善的地方，比如無法測(cè)量過近距離，測(cè)量較遠(yuǎn)距離時(shí)需要被測(cè)物有比較大的面積，測(cè)量結(jié)果也仍可再進(jìn)行誤差修正等。與前幾種測(cè)距方式相比，超聲波測(cè)距可以直接測(cè)量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。課題擬解決的主要內(nèi)容有：；、引腳結(jié)構(gòu)、功能組成等，制定清晰合理的電路結(jié)構(gòu)，使單片機(jī)能夠準(zhǔn)確控制電路進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)；；，并配合軟件進(jìn)行硬件電路分析和優(yōu)化。單片機(jī)端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度?？刂瞥绦蚩刹捎肅語言和匯編語言混合編程。雷達(dá)測(cè)距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。與其他測(cè)位方法相比，超聲波液位測(cè)量具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、安裝和維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)曲面外形尺寸很難通過傳統(tǒng)測(cè)量方式獲得，而超聲波測(cè)距可以通過采用多傳感器多角度測(cè)距，確定其外形特征，以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面的檢測(cè)。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)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。使用CX20106A 集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，其總放大增益80db?？刂菩盘?hào)由555定時(shí)器構(gòu)成的低頻振蕩器來實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)前超聲波測(cè)距一般使用脈沖回波法。經(jīng)過這次也使我真正的認(rèn)識(shí)到單片機(jī)編程雖然繁瑣，但編譯成功之后的喜悅是難以言說的，我真正感受到了電子信息工程專業(yè)的樂趣。 測(cè)量距離不夠遠(yuǎn)本次測(cè)量單片機(jī)所帶定時(shí)器可計(jì)65536次數(shù)，理論上能夠達(dá)到約測(cè)量距離約為11m，然而實(shí)際上卻只能達(dá)到最大的測(cè)量距離為5m。 //求測(cè)量10次距離的平均值}經(jīng)過線性誤差修正后，重新對(duì)20cm～500cm距離之內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表43所示。之后系統(tǒng)相對(duì)誤差隨測(cè)量距離的增加而減小，當(dāng)測(cè)量距離接近20cm時(shí)系統(tǒng)相對(duì)誤差保持穩(wěn)定。 //設(shè)置顯示屏下行顯示距離 }} 本章小結(jié)本章主要對(duì)超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。 //重置定時(shí)器 TL0=0。包括運(yùn)行程序void yunxing()和HCSR04數(shù)據(jù)處理程序:void DistanceConvert(long int dat)。 write_bey(0xcc)。整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖31所示。而C語言是一種編譯型的程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。系統(tǒng)的總電路圖如圖210所示。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。對(duì)于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是顯示超聲波測(cè)量的距離，使用LCD1602不但可以成功用數(shù)字表示距離顯示，還可以顯示溫度以確認(rèn)測(cè)距精準(zhǔn)度。電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在5pF到30pF,典型值為30pF。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。第4章主要說明超聲波測(cè)距系統(tǒng)的調(diào)試過程，包括測(cè)量方法的介紹，測(cè)量數(shù)據(jù)的整理和總結(jié)，從測(cè)量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的問題以及修正手段。發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波換能器在驅(qū)動(dòng)脈沖結(jié)束后，會(huì)由于慣性繼續(xù)振動(dòng)，產(chǎn)生余振。而利用超聲波測(cè)距系統(tǒng)制作的導(dǎo)盲系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便。其中，相位檢測(cè)法精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射介質(zhì)的影響。 Ranging。要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路圖及系統(tǒng)軟件。雷達(dá)測(cè)距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。接觸式液位測(cè)量存在易滲漏、易腐蝕、不便于檢修和維護(hù)等問題，利用超聲波測(cè)距可以實(shí)現(xiàn)液位的非接觸式測(cè)量，解決上述問題?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)一些科研人員在超聲波發(fā)射電路的簡(jiǎn)化、發(fā)射功率和頻率的控制、最大探測(cè)距離的提高等方面對(duì)新型超聲波換能器進(jìn)行研究并取得了一定成果，但對(duì)新型超聲換能器制作材料、超聲波發(fā)生機(jī)理創(chuàng)新等方面的研究尚有不足。其本身是一種回波，且包含的信號(hào)頻率與發(fā)射信號(hào)相近，不能被一般濾波電路或算法消除。一般溫度每升高1℃,。 單片機(jī)核心板電路原理圖如圖22所示。它主要是利用電阻的分壓來實(shí)現(xiàn)的。本次超聲波測(cè)距只統(tǒng)計(jì)溫度值即可，使用DS18B20芯片具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精確度高、與單片機(jī)核心板連接方便、占用線口少等優(yōu)點(diǎn)，可簡(jiǎn)單高效地達(dá)到本系統(tǒng)的要求。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量；換句話來說，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)CX20106A 接收到40KHz的信號(hào)時(shí)，會(huì)在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，單片機(jī)外部中斷接到這個(gè)信號(hào)并采取相應(yīng)動(dòng)作，使測(cè)距結(jié)果在1602液晶上顯示出來。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于本次編程，使用keil生成的hex文件可以用軟件直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械碼編入STC12C5A60S2單片機(jī)，簡(jiǎn)單方便。num++) //寫入數(shù)組s[]作為數(shù)據(jù) { //數(shù)組內(nèi)字符的個(gè)數(shù)為low WriteData(s[num])。 t_temp=temp1*。NOP()。 EX0=1。圖42中上行顯示為溫度，下行顯示為測(cè)量距離。 //發(fā)1次脈沖給trip端，則其自 動(dòng)產(chǎn)生8個(gè)脈沖并發(fā)出超聲波 NOP()。問題的主要原因有以下幾個(gè)方面：首先，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫超聲波的衰減。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了以下幾項(xiàng)工作：(1)理解超聲波的特性，設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距硬件電路，使超聲波測(cè)距模塊可以實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收；(2)編寫程序，通過利用單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)和外部中斷來實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)送距離的測(cè)量；(3)編寫將超聲波測(cè)量的結(jié)果顯示在液晶屏上的程序；(4)對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，通過對(duì)溫度測(cè)量從而精確計(jì)算聲速來補(bǔ)償溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；(5)通過測(cè)量數(shù)據(jù)找到了誤差規(guī)律并在軟件中修正從而大幅增強(qiáng)了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的精確性。其中，CCD 探測(cè)具有使用方便、無需信號(hào)發(fā)射源、同時(shí)獲得大量的場(chǎng)景信息等特點(diǎn)，但視覺測(cè)距需要額外的計(jì)算開銷。為提高精度，應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償問題。超聲波發(fā)生器有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。從上式中可看出,要獲得準(zhǔn)確的波速,必須首先獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度T的大小。隨著傳感器和單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無線檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。近十年來，國(guó)內(nèi)科研人員在超聲波回波信號(hào)處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對(duì)超聲測(cè)距的常見影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測(cè)距精度的措施。超聲測(cè)距、無線傳輸讓整個(gè)導(dǎo)盲設(shè)備更輕便。因此，當(dāng)前超聲波測(cè)距一般使用渡越時(shí)間法。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。一般溫度每升高1℃,。顯示模塊采用LCD1602優(yōu)點(diǎn)就是可以顯示數(shù)字，且與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，操作方便。超聲