【正文】 。 圖 5 系統(tǒng)復位電路 超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計 8 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。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，使用時應分清器件上的標志 [7]。 引腳 4－ GND 接地端 引腳 5－ F0 與電源間接入一個電阻，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與單片機的接口電路 本系統(tǒng) ISD4004 與單片機的接口電路如 上 圖 11 所示 。如果有回波接收到則利用聲速進行距離計算，并送到顯示程序顯示，同時選擇語音播報地址，最后播報語音和顯示所測距離。 } ISD4004 語音報警程序設(shè)計 ISD4004語音報警程序主要是對測得的距離信號進行查詢，準確判斷距離信息是否有效，并可靠查找信息所 對應的語音存儲地址，取出信息進行實時播報。 圖 17 軟件開發(fā)環(huán)境界面 如圖 18 為 Proteus 部分仿真運行圖，由仿真電路可以測得距離并顯示。在本系統(tǒng)中通過 AT89C51 單片機的引腳發(fā)出 40KHz 的脈沖，經(jīng)超聲波探頭反射出超聲波，使用高速單片機計算測量車與障礙物之間的往返時間然后再通過公式計算出車與障礙物的距離，當測 得的距離小于設(shè)定值時由揚聲器發(fā)出語音報警提示，根據(jù)具體距離數(shù)據(jù)進行語音提示，在報警過程中可使用按鍵關(guān)閉報警。//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。 //定時器 1 工作：模式二，計時；定時器 0 工作：模式一，計時 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杠上，當障礙物不在超聲波發(fā)射的幾何角度上，就會產(chǎn)生測量盲區(qū)。首先，要在 Proteus 軟件中對電路進行仿真調(diào)試，這需要同所編寫程序下載聯(lián)機仿真。 } void int0( ) interrupt 0 { t=(TH0*256+TL0)。 超聲波倒車雷達系統(tǒng)的軟件對總體設(shè)計主要 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，該引腳對地接一只 1uF 的電容器，構(gòu)成 ISD4004 語音芯片內(nèi)部信號電平峰值檢測電路的一 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)一個由電阻和電容組成的 RC 網(wǎng)絡，改變電容或電阻中的一個，即可改變前置放大器的增益和頻率特性。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，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間。所以，系統(tǒng)的復位電路必須準確、可靠的工作。整個系統(tǒng)以性能 較好的 AT89C51 單片機為核心，控制超聲波傳感器的收發(fā)，并測算 距離，同時根據(jù)倒車距離段的不同進行分段語音報警。 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 為待測距離； c 為超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度； t 為往 返時間。 AT89C51 單片機是整個系統(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，但價格昂貴，其過高的成本限制了它應用的普遍性。 工作時，超聲波傳感器發(fā)出脈沖信號，經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收裝置接收并送至單片機處理， 可實現(xiàn)倒車時障礙物距離的實時監(jiān)測并通過語音報警提示駕駛員。 倒車雷達的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車雷達設(shè)計及應用都發(fā)生了質(zhì)的變化。介紹了超聲波測距的基本原理，闡述了倒車雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件電路設(shè)計以及軟件設(shè)計。 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目標 然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。 超聲波傳感器 超聲波傳感器的原理及結(jié)構(gòu) 要利用超聲波進行測距，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 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 ACDC 的 +12V 電源適配器、兩個三端穩(wěn)壓塊（ LM780 ）、一些濾波電容等組成，輸出 +5V電壓 [5]。 74LS04是一個高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間，功耗小。 7 引腳連接單片機的外部中斷，沒有接收到回波時，輸出為高電平，當收到回波后立即變?yōu)榈碗娖?。當接收?40KHz信號后，芯片 7腳會出 現(xiàn)較短的低電平，接入單片機便可以使單片機產(chǎn)生中斷。 (5) 音頻 輸出 (AUD OUT)：提供音頻輸出，可驅(qū)動 5kΩ的 負載。該端可用于 ISD4004語音芯片的存儲管理技 術(shù)。本章將對本系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)進行闡述。如果當計時器溢出是還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0溢出中斷將外中斷 0關(guān)閉。這 4段語音分別為：（ 1）請放心倒車；（ 2） 2 米， 2 米；（ 3） 1 米， 1 米；（ 4）危險，緊急停車。實際測量時，接收電路接收到的往往不是第一個回波的過零觸發(fā)。Huang,J//放音 void play_deal()。 } 超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計 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，感謝他們對知識的尊重，對我完成學業(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 50*T 微妙函數(shù)的 聲明 void delay_3us()。所以如若使用在實際生產(chǎn)中還應在以下幾個方面進一步探討： （ 1） 如何將溫度對聲速的影響降到最低。產(chǎn)生測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)存儲到 ISD4004 指定的內(nèi)部存儲器里。在實驗室條件下（ 20℃）超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 344m/s， 可得發(fā)射點距離障礙物 之間的距離為式 （ 3） ： 344 1722tSt?? (3) 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。本系統(tǒng) ISD4004 與單片機的接口電路如圖 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 [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度 的限制； （ 3） 快速閃存作為存儲介質(zhì) ，語音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可保存 100 年，允許反復錄音10 萬次； （ 4） 接口簡單， 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)射探頭對應的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計采用與發(fā)射端同型號的 CSB40R壓電式超聲波傳感 器。 CX20216A 芯片 (國內(nèi)同類產(chǎn)品型號為 D20216A)是日本索尼公司生產(chǎn)的用于檢測紅外線的專用芯片，常作為家用電器的紅外遙控接收器。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 圖 3 AT89C51 外形及引腳排列圖 5l 系列單片機提供以下功能： 4 kB 存儲器； 256 BRAM； 32 條 I/O 線； 2 個 16b 定時 /計數(shù)器； 5 個 2 級中斷源； 1 個全雙向的串行口以及時鐘電路。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。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警電路等幾部分組成。 超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計 2 迄今為止，國內(nèi)外許多學者均著眼于測距傳感器 的研究。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計， 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雷達這三種。超聲 波發(fā)射儀發(fā)出短暫的 40KHz 信號，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，單片機對此信號進行技術(shù)判斷處理后，把相應的計算結(jié)果送到 LED顯示電路顯示，并進行語音報警。因此提高 超聲波測量精度的重中之重就是獲得準確的當?shù)芈曀佟? 超聲波傳感器的應用 超聲波傳感技術(shù)應用在生產(chǎn)實踐的不同方面，它在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學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引腳。實驗證明，其具有較高的靈敏度和較強的抗干擾的能力 。 引腳 7－ OUT 信號輸出端，接一個 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、自動靜噪電路、高密度多電平閃爍存儲陣列、模擬收發(fā)器、驅(qū)動控制電路、差動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 SPI周期開始時清除。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 信號有 信 號 返 回數(shù) 據(jù) 計 算語 音 播 報液 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 時間 差計 算 倒 車 距 離結(jié) 束開 始 圖 12 主程序流程圖 圖 13 計算距離子程序 超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計 16 超聲波測距模塊設(shè)計 距離計算子程序 由本文第 二章所介紹的超聲波測距的算法公式可知，距離計算子程序設(shè)計的關(guān)鍵在于得到當?shù)芈曀?，以及從超聲波發(fā)射到接收的時間差的獲取。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 仿真運行圖 超聲波倒