【正文】 。 圖 5 系統(tǒng)復(fù)位電路 超聲波倒車?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。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]。 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。語音電路的主要作用是在汽車倒車過程中，為駕駛員提供人性化的語音提示，可以使駕駛員在不分神的 情況下，得知汽車與障礙物之間的距離，使倒車順利完成。 (10) 中 斷 (/INT)： 本端為漏極開路輸出。 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 。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)選擇語音播報(bào)地址，最后播報(bào)語音和顯示所測(cè)距離。 } ISD4004 語音報(bào)警程序設(shè)計(jì) ISD4004語音報(bào)警程序主要是對(duì)測(cè)得的距離信號(hào)進(jìn)行查詢，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)的語音存儲(chǔ)地址，取出信息進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)。 圖 17 軟件開發(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。在本系統(tǒng)中通過 AT89C51 單片機(jī)的引腳發(fā)出 40KHz 的脈沖，經(jīng)超聲波探頭反射出超聲波，使用高速單片機(jī)計(jì)算測(cè)量車與障礙物之間的往返時(shí)間然后再通過公式計(jì)算出車與障礙物的距離，當(dāng)測(cè) 得的距離小于設(shè)定值時(shí)由揚(yáng)聲器發(fā)出語音報(bào)警提示，根據(jù)具體距離數(shù)據(jù)進(jìn)行語音提示，在報(bào)警過程中可使用按鍵關(guān)閉報(bào)警。//定義控制錄音的按鍵 sbit play_key=P2^5。 break。 isd4004_cs=1。 } void send_isd4004(unsigned char value) { unsigned char i。t) { for(j=19。 //定時(shí)器 1 工作：模式二，計(jì)時(shí)；定時(shí)器 0 工作：模式一，計(jì)時(shí) EA=1。 } void time1() interrupt 3 { a=~a。 } } void int0() interrupt 0//外部中斷 0 { t=(TH0*256+TL0)。 play_deal()。 value=1。 } void isd4004_stopmode() { isd4004_cs=0。 send_isd4004(0xa0)。 if(isd4004_int==1) { play_key=1。//master out slave in ,isd4004 串行數(shù)據(jù)輸入端 sbit isd4004_sclk=P2^2。超聲波傳感器安裝在汽車尾部的保險(xiǎn)杠上，當(dāng)障礙物不在超聲波發(fā)射的幾何角度上，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量盲區(qū)。首先，要在 Proteus 軟件中對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試，這需要同所編寫程序下載聯(lián)機(jī)仿真。 } void int0( ) interrupt 0 { t=(TH0*256+TL0)。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件對(duì)總體設(shè)計(jì)主要 包括： （ 1）主程序， 包括系統(tǒng)的初始化以及各子程序的調(diào)度管理等部分。通常，該引腳對(duì)地接一只 1uF 的電容器，構(gòu)成 ISD4004 語音芯片內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一 部分 [11]。 (8) 串行輸出 (MISO)：該引腳為 ISD4004語音芯片的串行輸出端。 它 顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶 模塊（顯示字符和數(shù)字）。 引腳 2C1 引腳與地之間串聯(lián)一個(gè)由電阻和電容組成的 RC 網(wǎng)絡(luò)，改變電容或電阻中的一個(gè)，即可改變前置放大器的增益和頻率特性。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻 RR2 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，縮短其自由振蕩的時(shí)間。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠的工作。整個(gè)系統(tǒng)以性能 較好的 AT89C51 單片機(jī)為核心，控制超聲波傳感器的收發(fā)，并測(cè)算 距離，同時(shí)根據(jù)倒車距離段的不同進(jìn)行分段語音報(bào)警。 壓電式傳感器屬于電聲 型超聲波傳感器，一般采用雙壓電陶瓷芯片制成，需用的壓電材料較少，價(jià)格低廉且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。其關(guān)系式如公式（ 1）： ct2S? （ 1） 式中： S 為待測(cè)距離； c 為超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度； t 為往 返時(shí)間。 AT89C51 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分電路的工作。未來兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價(jià)格昂貴，其過高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。 工作時(shí)，超聲波傳感器發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收裝置接收并送至單片機(jī)處理， 可實(shí)現(xiàn)倒車時(shí)障礙物距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過語音報(bào)警提示駕駛員。 倒車?yán)走_(dá)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)及應(yīng)用都發(fā)生了質(zhì)的變化。介紹了超聲波測(cè)距的基本原理，闡述了倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。 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。 超聲波傳感器 超聲波傳感器的原理及結(jié)構(gòu) 要利用超聲波進(jìn)行測(cè)距，首先要研究超聲波傳感器的工作原理。 超聲波傳感器的主要性能指標(biāo) 超聲波傳感器按收發(fā)方式一般可分為兩類：一類是發(fā)送和接收是兩種不同的分體式超聲波傳感器，此類傳感器測(cè)距有效范圍比較大，但不具備防塵防水功能；另一類是具有雙向的發(fā)射 /接 收功能的收發(fā)一體式超聲波傳感器，如 TR4016，不僅用于發(fā)射超聲波，也用于接收超聲波，此類超聲波測(cè)距范圍比較小，防塵、防水性能好。所以本系統(tǒng)的電源電路主要由一個(gè) ACDC 的 +12V 電源適配器、兩個(gè)三端穩(wěn)壓塊（ LM780 ）、一些濾波電容等組成，輸出 +5V電壓 [5]。 74LS04是一個(gè)高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對(duì)稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間，功耗小。 7 引腳連接單片機(jī)的外部中斷，沒有接收到回波時(shí)，輸出為高電平，當(dāng)收到回波后立即變?yōu)榈碗娖?。?dāng)接收到 40KHz信號(hào)后，芯片 7腳會(huì)出 現(xiàn)較短的低電平，接入單片機(jī)便可以使單片機(jī)產(chǎn)生中斷。 (5) 音頻 輸出 (AUD OUT)：提供音頻輸出，可驅(qū)動(dòng) 5kΩ的 負(fù)載。該端可用于 ISD4004語音芯片的存儲(chǔ)管理技 術(shù)。本章將對(duì)本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出是還未檢測(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。這 4段語音分別為：（ 1）請(qǐng)放心倒車；（ 2） 2 米， 2 米；（ 3） 1 米， 1 米；（ 4）危險(xiǎn)，緊急停車。實(shí)際測(cè)量時(shí)，接收電路接收到的往往不是第一個(gè)回波的過零觸發(fā)。Huang,J//放音 void play_deal()。 } 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 void isd4004_play() { isd4004_powerup()。 delay_3us()。 } delay_3us()。 } if(S==100) { addr=0xa2。 lcd_print(0x01,table,9)。 在這兒我要深深的感謝我的父母，感謝他們對(duì)知識(shí)的尊重，對(duì)我完成學(xué)業(yè)的支持。 //開外部中斷 0 ET1=1。 } } void CPU_handle() { tran()。 for(i=0。 send_isd4004(0xf0)。 flag2=0。//延時(shí) 50*T 微妙函數(shù)的 聲明 void delay_3us()。所以如若使用在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步探討： （ 1） 如何將溫度對(duì)聲速的影響降到最低。產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因如下 [16]： （ 1） 超聲波傳播速度的影響。 單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送錄音指令后， ISD4004 的 ANA IN 引腳就將語音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 ISD4004 指定的內(nèi)部存儲(chǔ)器里。在實(shí)驗(yàn)室條件下（ 20℃）超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 344m/s， 可得發(fā)射點(diǎn)距離障礙物 之間的距離為式 （ 3） ： 344 1722tSt?? (3) 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。本系統(tǒng) ISD4004 與單片機(jī)的接口電路如圖 10 所示 。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。 ISD4004 與普通的錄音 /重放芯片相比，有如下特點(diǎn) [10]： （ 1） 單片 8至 16分 鐘語音錄放 ； （ 2） 高質(zhì)量、自然的語音還原技術(shù) ；記錄的聲音沒有段長(zhǎng)度 的限制； （ 3） 快速閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì) ，語音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可保存 100 年，允許反復(fù)錄音10 萬次； （ 4） 接口簡(jiǎn)單， SPI接 口提供全部數(shù)據(jù)和控制操作； （ 5） 單電源供電，工作電流為 25~30mA，維持電流為 1μ A。超聲波 探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號(hào)的 CSB40R壓電式超聲波傳感 器。 CX20216A 芯片 (國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品型號(hào)為 D20216A)是日本索尼公司生產(chǎn)的用于檢測(cè)紅外線的專用芯片，常作為家用電器的紅外遙控接收器。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 圖 3 AT89C51 外形及引腳排列圖 5l 系列單片機(jī)提供以下功能： 4 kB 存儲(chǔ)器； 256 BRAM； 32 條 I/O 線； 2 個(gè) 16b 定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè) 2 級(jí)中斷源； 1 個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無痛苦、無損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。假定超聲波速度 C=344m/s(20℃室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。系統(tǒng)硬件部分主要由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射和接收電路、超聲波接收電路、 LCD 顯示電路以及語音報(bào)警電路等幾部分組成。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 迄今為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測(cè)距傳感器 的研究。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 15％的汽車事故是由汽車倒車后視不良造成的?，F(xiàn)如今后視鏡 已越來越不能滿足人們安全倒車的需求了。使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。超聲 波發(fā)射儀發(fā)出短暫的 40KHz 信號(hào)，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行技術(shù)判斷處理后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果送到 LED顯示電路顯示，并進(jìn)行語音報(bào)警。因此提高 超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟? 超聲波傳感器的應(yīng)用 超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。外形及引腳排列如圖 3 所示 [4]。 X1 是接外部晶體管的一個(gè)引腳。實(shí)驗(yàn)證明，其具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾的能力 。 引腳 7－ OUT 信號(hào)輸出端，接一個(gè) 22kΩ上拉電阻到電源端 引腳 8－ Vcc 電源端，接 +5V電壓 超聲波接收電路 超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分。芯片采用 CMOS 技術(shù)，片內(nèi)集成了時(shí)鐘振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、傳聲器前置放大器、自動(dòng)靜噪電路、高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陣列、模擬收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)控制電路、差動(dòng)音頻放大器電源控制等單元功能模塊。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI周期開始時(shí)清除。此外，要注意的是 ISD4004 的工作電壓為 ，而 LM386 的工作電壓為 5V。 開 始初 始 化液 晶 初 始 化超 聲 波 發(fā) 出 信號(hào)有 信 號(hào) 返 回?cái)?shù) 據(jù) 計(jì) 算語 音 播 報(bào)液 晶 顯 示結(jié) 束等 待 回 波NY 初 始 化 聲 速求 得 超 聲 波 發(fā)送 和 接 收 的 時(shí)間 差計(jì) 算 倒 車 距 離結(jié) 束開 始 圖 12 主程序流程圖 圖 13 計(jì)算距離子程序 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì) 距離計(jì)算子程序 由本文第 二章所介紹的超聲波測(cè)距的算法公式可知，距離計(jì)算子程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于得到當(dāng)?shù)芈曀伲约皬某暡òl(fā)射到接收的時(shí)間差的獲取。因此，用戶發(fā)完上電指令后，必須等待 TPUD，才能發(fā)出一條操作指令。 圖 18 Proteus 仿真運(yùn)行圖 超聲波倒