【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷，當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，并開(kāi)始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測(cè)量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過(guò)載；而當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對(duì)它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場(chǎng)對(duì)芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。 超聲波接收電路 HRSR04超聲波集成模塊HRSR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭，CX20106A芯片電路，74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。 HRSR04超聲波集成模塊正面外觀圖 HRSR04超聲波集成模塊背面外觀圖HRSR04型超聲波集成模塊的工作電壓為5 V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于2 mA的，工作時(shí)候可以比較穩(wěn)定。而且，它的感應(yīng)的角度不大于15176。，可以減少了很大部分可能存在的角度干擾問(wèn)題。此模塊的測(cè)距范圍為2 cm～5 m，能基本滿(mǎn)足測(cè)距要求， cm，盲區(qū)僅僅為2 cm，完全可以能夠滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的測(cè)距要求，而且測(cè)距也比較穩(wěn)定。HRSR04超聲波集成模塊采用的是I/O觸發(fā)測(cè)距，給至少10 us的高電平信號(hào)。另外，此模塊可以自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波脈沖，并能夠自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，如果檢測(cè)到有信號(hào)返回則通過(guò)I/O口輸出高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時(shí)間，則，所測(cè)量的距離=（高電平時(shí)間聲速）/2。一個(gè)控制口發(fā)出一個(gè)10 us以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，就能夠算出距離。這樣不斷的循環(huán)周期測(cè)，就可以在不停地移動(dòng)的過(guò)程中測(cè)量距離值了。但是，為防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回收信號(hào)的影響，本超聲波集成模塊的測(cè)量周期最好定在60 ms以上，所以本設(shè)計(jì)將測(cè)量周期定在80 ms。 顯示報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)發(fā)光二極管的縮寫(xiě)是LED，在每個(gè)數(shù)碼管里面都有8只發(fā)光二極管，它們分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp是小數(shù)點(diǎn)，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部的引腳上，而另外一只二極管的引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，此引腳就記作公共端COM。市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種即共陽(yáng)極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極的陽(yáng)極接在一起作為公共引腳即公共陽(yáng)極，在使用時(shí)此公共引腳接到電源正極。相反，共陰極就是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳即公共陰極，在使用時(shí)此引腳接到電源負(fù)極。單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時(shí)比較煩索，而動(dòng)態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示再利用人眼的“視覺(jué)暫留”特性，這樣看出來(lái)的就是在顯示不同數(shù)值[8]。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示比較實(shí)用，電路構(gòu)建簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示測(cè)量距離，只要輪流顯示的速度足夠快的時(shí)候就能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)值的顯示。顯示模塊選用4位共陽(yáng)極數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，此掃描方式能完全達(dá)到顯示要求。 顯示模塊連接電路圖 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)報(bào)警模塊通過(guò)單片機(jī)給定不同頻率利用蜂鳴器發(fā)出不同聲音。 報(bào)警模塊電路圖3．4 系統(tǒng)整體電路 根據(jù)本章前面對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)相關(guān)模塊的分別講述講述，再結(jié)合單片機(jī)的引腳功能，從而得到系統(tǒng)整體電路圖。 系統(tǒng)整體電路圖，用于顯示所測(cè)量距離，、利用單片機(jī)的動(dòng)態(tài)掃描的方式將距離顯示出來(lái)。，用于蜂鳴器測(cè)距報(bào)警。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫(xiě)程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報(bào)警等。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離、數(shù)據(jù)計(jì)算、蜂鳴器報(bào)警和數(shù)碼管顯示。 主程序設(shè)計(jì)主程序?qū)φ麄€(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，同時(shí)將定時(shí)器T0啟動(dòng)，然后調(diào)用距離計(jì)算的子程序，再根據(jù)定時(shí)器T0記錄的時(shí)間計(jì)算出所需要測(cè)量的距離，然后再調(diào)用顯示子程序，再將測(cè)出的距離以十進(jìn)制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)調(diào)用聲音處理程序來(lái)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。最后主程序通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說(shuō)明接收到了回波信號(hào)，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的，然后通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，能精確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在測(cè)距中，各種信號(hào)包括溫度對(duì)聲速的影響都將干擾到測(cè)距的準(zhǔn)確性，其中超聲波的余波信號(hào)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中測(cè)距的精確度的干擾的影響比較大[7]。超聲波接收回路中的超聲波信號(hào)一共有兩種波信號(hào)：第一種波信號(hào)為余波信號(hào)就是當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射出信號(hào)之后，超聲波接收探頭馬上就接收到的超聲波信號(hào)，實(shí)際就是超聲波的發(fā)射信號(hào)[7]；另一種波信號(hào)就是有效信號(hào)，即經(jīng)過(guò)障礙物表面反射回來(lái)的超聲波回波信號(hào)[7]，也是所需要測(cè)量的距離數(shù)值。 在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開(kāi)始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離，對(duì)于回波信號(hào)需要進(jìn)行檢測(cè)的有效信號(hào)是反射物體反射的回波信號(hào)，所以要盡量避免在檢測(cè)時(shí)候檢測(cè)到余波信號(hào)。余波就是在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因[7]。 超聲波接收電路在接收到超聲波回波后，通過(guò)CX20106A電路進(jìn)行檢波整形比較，并向單片機(jī)發(fā)出有效信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)外部中斷的改變記錄回波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號(hào)，這個(gè)時(shí)候停止計(jì)時(shí)，并且讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是需要進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間差的數(shù)據(jù)。程序中對(duì)測(cè)距距離的計(jì)算方法是按S=17N/1000=N(cm)進(jìn)行計(jì)算的，其中，N為計(jì)數(shù)器的值，聲速的值取為340 m/s。 綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖。開(kāi)始單片機(jī)初始化超聲波模塊復(fù)位發(fā)射超聲波并啟動(dòng)T0開(kāi)中斷接收到回波的同時(shí)中斷停止計(jì)算測(cè)量距離顯示距離同時(shí)蜂鳴器報(bào)警延時(shí) 系統(tǒng)主程序流程圖 中斷處理程序負(fù)責(zé)計(jì)算車(chē)尾與障礙物之間的距離是/INT0的中斷程序。根據(jù)前面的對(duì)超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號(hào)后，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器T0和外部中斷0就立即被關(guān)閉，同時(shí)讀取時(shí)間值，并給回波接收標(biāo)志位清零即成功接收到回波信號(hào)。計(jì)時(shí)停止指定的報(bào)警聲開(kāi)啟中斷關(guān)閉返回距離計(jì)算處理顯示距離并根據(jù)距離判斷是否報(bào)警YN 中斷處理程序流程圖在中斷處理程序過(guò)程中，對(duì)距離數(shù)據(jù)的計(jì)算是比較關(guān)鍵的。首先是從定時(shí)器0得到超聲波傳播中往返所用的時(shí)間，再運(yùn)用公式計(jì)算得出障礙物與車(chē)尾之間的距離，然后再將測(cè)得的距離值傳到其他功能模塊進(jìn)行其他功能的處理。C程序如下：void zd0() interrupt 1 //T0中斷用來(lái)計(jì)數(shù)器溢出，超過(guò)測(cè)距范圍{ flag=1； //中斷溢出標(biāo)志} void zd3() interrupt 3 //T1中斷用來(lái)掃描數(shù)碼管和計(jì)800 ms啟動(dòng)模塊{ TH1=0xf8； TL1=0x30； Display()； DIDI()； timer++； if（timer=400） { timer=0； TX=1； //800 ms啟動(dòng)一次模塊 _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； TX=0； } }void main(void) { TMOD=0x11； //設(shè)T0為方式1，GATE=1； TH0=0； TL0=0； TH1=0xf8； //2 ms定時(shí) TL1=0x30； ET0=1； //允許T0中斷 ET1=1； //允許T1中斷 TR1=1； //開(kāi)啟定時(shí)器 EA=1； //開(kāi)啟總中斷 while(1) { while(!RX)。 //當(dāng)RX為零時(shí)等待 TR0=1； //開(kāi)啟計(jì)數(shù) while(RX)； //當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待 TR0=0； //關(guān)閉計(jì)數(shù) Count()； //計(jì)算 } } 計(jì)算及顯示模塊設(shè)計(jì)從距離計(jì)算公式S=17N/1000=N(cm)中可以很明顯看出來(lái)，如果想要得到具體的距離的值，就只需要得到從超聲波發(fā)送開(kāi)始到接收到超聲波這個(gè)過(guò)程中定時(shí)器0的計(jì)數(shù)的次數(shù)。本設(shè)計(jì)中，采用了4位共陽(yáng)極連接的數(shù)碼管顯示來(lái)顯示與障礙物之間的距離，同時(shí)數(shù)碼管與P1口連接進(jìn)行動(dòng)態(tài)的段掃描。由于這個(gè)距離值是不斷變化的，所以，這個(gè)數(shù)碼管的顯示的過(guò)程是在外部中斷0發(fā)生后才進(jìn)行的。 所以當(dāng)主程序給超聲波發(fā)生器發(fā)送了信號(hào)后，此時(shí)中斷和定時(shí)器0就已經(jīng)被打開(kāi)，并開(kāi)始