【正文】 實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距方案的軟、硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。 測(cè)量盲區(qū) ............................................................................14 167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) ...........................................................................29 167。以上的這些都是在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所學(xué)的知識(shí)的利用。 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 。 課題研究 的 背景 自從 1886 年 2 月 9 日卡爾?本茨發(fā)明了人類第一輛汽車，至今世界汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)了近 122 年的發(fā)展，當(dāng)代汽車已經(jīng)非常成熟和普遍了。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 167。由于車輛在道路中行駛狀況十分復(fù)雜，并線、移線、轉(zhuǎn)彎、上下坡及道路兩旁的靜態(tài)護(hù)欄、標(biāo)志牌和各種惡劣天氣的影響等，使得雷達(dá)對(duì)主目標(biāo)的識(shí)別產(chǎn)生較高的誤報(bào)率。因此，我們把頻率高于 20200 赫茲的聲波稱為 “超聲波 ”。 超聲波傳感器的簡(jiǎn)介 超聲波傳感器是利用超聲波的 特性 研制而成的傳感器。本 次設(shè)計(jì)超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電 方 式 。屬于晶體的如石英，妮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，欽酸鋇等。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。一般電子市場(chǎng)上出售的超聲波傳感器常見(jiàn)的有收發(fā)一體式和收發(fā)分體式兩種。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì) 算得到距離。但是根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，過(guò)寬的脈沖寬度會(huì)增加測(cè)量盲區(qū)，對(duì)接收回波及比較電路都造成一定困難。因此，在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍具一定幅值高度，可以達(dá)到限幅電路的限幅電平 Vm； 另一方面，接收探 頭上接收到的各種反射信號(hào)卻遠(yuǎn)比發(fā)射信號(hào)小，即使是離探頭較近的表面反射回來(lái)的信號(hào)，也達(dá)不到限幅電路的限幅電平。系統(tǒng)硬件主要由單片機(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測(cè)接收電路和報(bào)警電路五部分組成 。其圖形如圖 32 所示 。此方法測(cè)試距離太近 。 167。 167。LED 數(shù)碼管要顯示 BCD 碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門(mén)的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū) 動(dòng)能力。使用時(shí)，可將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連， ~ 口與 LCD 的控制線相連，如圖 36 所示。 能以聲音或 光 告知 駕駛員 周圍障礙物的情況，解除了駕駛員 倒車 時(shí)前后探視所引起的困擾，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。外部 中斷 0，用做判斷回波河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 電平。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 IT0=0。 //打開(kāi)外部中斷 TH1=0。 baojing (a)。p2_1=1。 } 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 } 167。p2_1=1。 timer0() interrupt 1 // 定時(shí)器 0 中斷是 1 號(hào) { TH0=0xfd。 //厘米 } if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //延時(shí) 20us Trig=0。 test =0。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 167。動(dòng)態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 表 31 數(shù)碼管段碼表 十進(jìn)制數(shù) 段碼（不帶點(diǎn)顯示） 段碼（帶點(diǎn)顯示） 0 0xeb 0xef 1 0x28 0x2c 2 0xb3 0xb7 3 0xba 0xbe 4 0x78 0x7c 5 0xda 0xde 6 0xdb 0xdf 7 0xa8 0xac 8 0xfb 0xff 9 0xfa 0xfe 167。 在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個(gè)輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅(qū)動(dòng)有關(guān)顯示 段發(fā)光。電路的電壓放大倍數(shù) 如 35 公式所示。傳播媒質(zhì)的溫度、河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 壓力、密度對(duì)聲速都將產(chǎn)生直接的影響，因此需對(duì)聲速加以修正。發(fā)射電路設(shè)計(jì)的是否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復(fù)性。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)用使電子系統(tǒng)的智能化出現(xiàn)了意想不到的效果，常常無(wú)需對(duì)硬件資源做任何改動(dòng)，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級(jí)。s(8 個(gè) 40KHz 方波脈沖 )的發(fā)射脈沖寬度 。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會(huì)降低，甚至沒(méi)有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。如果測(cè)距精度要求很高，則可通過(guò)改變硬件電路增加溫度補(bǔ)償電路的方法或者在硬件電路基本不 變的情況下通過(guò)軟件改進(jìn)算法的方法來(lái)加以校正。 圖 25 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊實(shí)物 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 如圖 25 接線， VCC 供 5V 電源， GND 為地線， TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入， ECHO 回響信號(hào)輸出等四個(gè)接口端。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有衰減 ,衰減的程度與頻率的高低成正比 , 而頻率高分辨率也高 , 故短距離測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器 , 而長(zhǎng)距離的測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號(hào)。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在 超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。反之，如果兩極間未外加電壓，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。超聲波引起質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動(dòng)的頻率的平方成正比的質(zhì)點(diǎn)的加速度卻很大，有時(shí)足以達(dá)到破壞介質(zhì)的程度。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2章 超聲波測(cè)距原理與方法 167。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可能還會(huì)更全面，例如將來(lái)可以在汽車的四個(gè)角上分別安裝上該系統(tǒng)，這樣可以降低司機(jī)師傅在拐彎的時(shí)候擦傷車子，而且可以在汽車前面也安裝該系統(tǒng)，可以減少因霧天或是能見(jiàn)度較低的時(shí) 候汽車撞車事故。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。其?硬件電路包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、超聲波的發(fā)射與接受、報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示。由于微處理計(jì)時(shí)精度有限和硬件設(shè)計(jì)的束縛，現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)的范圍比較低。 記錄并分析實(shí) 驗(yàn)結(jié)果 ...............................................................36 結(jié) 論 ......................................................................................................38 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................39 致 謝 ......................................................................................................41 附 錄 ......................................................................................................42 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本 設(shè)計(jì)的名稱 是 超聲波自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng) 。 報(bào)警電路設(shè)計(jì) ...........................................................................27 167。 超聲波傳感器的選擇 ........................................................10 167。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。 關(guān)鍵詞 ：超聲波，測(cè)距，倒車?yán)走_(dá)， AT98C51 單片機(jī) 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II DESING OF AN AUTOMATIC RANGING SYSTEM BASED ON ULTRASONIC ABSTRACT In recent years, with the development of automobile industry and the improvement of people39。 本章小結(jié) ....................................................................................16 第 3 章 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ..................................................17 167。 初始化程序 ........................................................................29 167。這不僅是對(duì)于本課題的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)更是對(duì)于自己學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力的一次考驗(yàn)。超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于 超聲波探傷 、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和 超聲成像 技術(shù)。汽車已經(jīng)滲透于國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域之 中，成為人類生存必不可少的、最主要的交通工具，為人類生存和社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步起到了至關(guān)重要的作用。 國(guó)內(nèi)外超聲波測(cè)距系統(tǒng)的概況 目前超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，并結(jié)合溫度補(bǔ)償聲速等處理手段提高測(cè)距精度。盡管某些雷達(dá)具有二維，甚至三維的目標(biāo)探測(cè)能力，但迄今為止，沒(méi)有河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 任何一個(gè)傳感器能保證在任何時(shí)刻提供完全可靠的信息。超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為 射線 而定向傳 播等特點(diǎn)。 它實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。其具有下列的特性 :把這種材料置于電場(chǎng)之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變 。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波 。公式： uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是距離 =高電平時(shí)間 ? 聲速（ 340M/S） /2；建議測(cè)量周期為 60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。在具體設(shè)計(jì)中，比較了 25181。當(dāng)反射面離探頭愈來(lái)愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號(hào)相隔時(shí)間愈來(lái)愈長(zhǎng)，其幅值也愈來(lái)愈小。 其設(shè)計(jì)方案如下所示： 口給 HCSR04 超聲波測(cè)距的 TRIG 輸出 20us 的高電平測(cè)距觸發(fā)信號(hào)；模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回 。 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 引腳功能： 為超聲波發(fā)射端口； 為超聲波測(cè)試端口（用 LED 顯示時(shí)候有回波）； 為超聲波回波接受端口； 位蜂鳴器報(bào)警端口； 為發(fā)光二極管報(bào)警端口； P0 為 LCD 顯示端口； 為顯示位控制端口； 167。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別被測(cè)距離遠(yuǎn)近，設(shè)置發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)。 超聲波的接收電路設(shè)計(jì) 接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)。 顯示電路設(shè)計(jì) 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)類型不同而己。 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管 .數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） 。 靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。 167。定時(shí)器 0 中斷 ,用做顯示。 //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷 ET0=1。 //定時(shí)器 1 清零 TL1=0。 } 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 } 167。p2_2=1。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將由超聲波模塊所測(cè)的數(shù)據(jù)按個(gè)位，十位，百位分離開(kāi)來(lái)。 p2_0=1。將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)