【文章內(nèi)容簡介】 理后，輸入單片機的INTO腳產(chǎn)生中斷，計算中間經(jīng)歷的時間，同時再根據(jù)具體的溫度計算相應(yīng)的聲速，根據(jù)式(12)就可得出相應(yīng)的距離。報警系統(tǒng)根據(jù)LED顯示的距離發(fā)出報警。 超聲波發(fā)射模塊超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器能向外界發(fā)出40KHZ左右的方波脈沖信號。40KHZ左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如555振蕩產(chǎn)生或軟件。本設(shè)計采用單片機軟件編程控制。，由于單片機端口輸出功率不夠，40KHZ方波脈沖信號分成兩路送給一個由74HLS04組成的推挽式[4]電路進行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn)，滿足測量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器以聲波形式發(fā)射到空氣中。發(fā)射部分的電路如圖32所示。圖中輸出端上拉電阻R16,R17一方面可以提高反向器74HLSO4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。圖32 超聲波發(fā)射電路圖超聲波換能器發(fā)射的超聲波信號在空氣中傳播遇到障礙物就會返回，超聲波接收模塊是為了將反射回波順利接收到超聲波接收換能器進行轉(zhuǎn)換成電信號，并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理。本設(shè)計中采用的是索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CX20106。 (INT0)引腳，便產(chǎn)生一個中斷。接收模塊的電路如圖 33所示。 由電路圖可以看出集成芯片CX20106在接收模塊電路中起了很大的作用。CX20106是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接受的專用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點。由于紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測距的超聲波頻率40KHZ比較接近，而且CX20106內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率f0可由其5引腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30~60KHZ。所以本設(shè)計中采用它來做接收電路。CX20106內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。工作過程是：接收到的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適幅值的矩形脈沖，由濾波器進行頻率選擇、濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送到輸出端7腳。當(dāng)接收到與CX20106濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低電平，以觸發(fā)中斷。若頻率有一些誤差，,將濾波器的中心頻率設(shè)置在40KHZ就可達到理想的效果。圖33 超聲波接收電路圖 其它主要模塊由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同。為提高系統(tǒng)的精確度，本設(shè)計采用了溫度補償功能。這里采用的主要元器件是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點。，如圖34所示。 GNDVCCP11GND123DQVDDDS18B20U5圖34 溫度測量電路圖 LED顯示模塊本設(shè)計顯示模塊采用LCD顯示所測距數(shù)值。TC1602顯示的容量為2行16個字。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、適用方便等諸多優(yōu)點。與數(shù)碼管相比顯得更專業(yè)、美觀。從價格上考慮本設(shè)計采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管分為共陰數(shù)碼管和共陽數(shù)碼管，本系統(tǒng)中使用共陰數(shù)碼管，其工作原理為：公共端接地（低電位），然后給abcdefgh各段賦予高電位，即可顯示不同的數(shù)值顯示。單片機通過P0口輸出數(shù)字80的二進制代碼，給數(shù)碼管賦予了段值，再通過P2端口將數(shù)碼管位選通，數(shù)碼管就可以顯示出出設(shè)定的安全距離80㎝。原理：～，三極管截止，S1～S4為低電平，數(shù)碼管位選通；～，三極管導(dǎo)通，S1～S4為高電平，～。顯示如圖35所示：圖35 LCD顯示電路圖 電源模塊電源模塊電路采用LM7805三端穩(wěn)壓集成電路，用LM7805三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的LM78或LM79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如LM7805表示輸出電壓為正5V。此電源模塊電路利用LM7805芯片不僅生成了穩(wěn)壓電源，并且并聯(lián)了一個限流電阻和一個發(fā)光二極管，當(dāng)有電流流過時，發(fā)光二極管發(fā)光；無電流時，二極管滅?？蓪崿F(xiàn)對電源的檢測作用，方便及時發(fā)現(xiàn)電源供給問題所在。如圖36所示。圖36電源電路圖. 聲音報警模塊在很多車上裝備防撞系統(tǒng)，用于減少車輛在駐車、倒車和低速行駛時發(fā)生撞車的概率。儀表板上有指示燈指示車輛與障礙物的距離，在車輛與障礙物十分接近時有指示燈和聲音報警。本設(shè)計中采用一個蜂鳴器，在連接到蜂鳴器之前經(jīng)過一個三極管9012的放大。聲音報警的電路連接圖如圖37所示。圖為報警器電路，R6,R10為限流電阻，，此時由于2為高電平，LED與揚聲器沒有電流流過，即LED不亮，揚聲器不響；，LED與揚聲器有電流流過，即LED亮,揚聲器響起圖37 聲音報警電路圖 總體電路設(shè)計通過對整個系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計，由此可以基本確定本次系統(tǒng)設(shè)計的總體電路的基本框圖，如圖38所示。圖38 總體電路圖第4章 軟件設(shè)計 主程序流程設(shè)計本系統(tǒng)采用匯編語言編程，系統(tǒng)程序包括主控程序、T1中斷服務(wù)子程序、INT0中斷服務(wù)子程序、測溫子程序、距離計算子程序、顯示子程序、延時子程序和報警子程序設(shè)計等。主程序流程圖如圖41所示。上電開始超聲波測距L=80cm數(shù)碼管顯示斷電結(jié)束顯示報警是否復(fù)位無復(fù)位圖41 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化后就啟動定時器T1從0開始計數(shù)。此時主程序進入等待，當(dāng)?shù)竭_65ms時T1溢出進入T1中斷服務(wù)子程序；在T1中斷服務(wù)子程序中將啟動一次新的超聲波發(fā)射，同時開啟定時器T0計時，為了避免折射波的繞射需要延時1ms后再開INT0中斷允許；(INT0)引腳出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號。將提出中斷請求進入INT0中斷服務(wù)子程序，在INT0中斷服務(wù)子程序中將停止定時器T0計時，讀取定時器T0時間值到相應(yīng)的存儲區(qū)，同時設(shè)置接收成功標(biāo)志；主程序一旦檢測到接收成功標(biāo)志，將調(diào)用溫測子程序，采集超聲波測距時的環(huán)境溫度，并換算出準(zhǔn)確的聲速，存儲到RAM存儲單元中；單片機再調(diào)用距離計算子程序進行計算，計算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離；此后主程序調(diào)用顯示子程序進行顯示；若超過設(shè)定的最小報警距離還將啟動揚聲器報警。當(dāng)一次發(fā)射、接受、顯示的過程完成后系統(tǒng)將延遲100ms重新讓T1置初值，再次啟動T1以溢出，進入下一次測距。如果猶豫障礙物過遠(yuǎn)超出量程以致在T0溢出時尚未接收到回波則顯示“ERROR”重新回到主程序流程進入新一輪測試。開始系統(tǒng)初始化啟動T1定時65秒，開T1中斷T1定時器65ms定時到進入T1中斷服務(wù)子程序計時發(fā)射超聲波脈沖回波接收成功關(guān)總中斷允許EA調(diào)用測溫子程序補償聲速調(diào)用距離計算子程序距離小于預(yù)設(shè)值調(diào)用揚聲器報警子程序調(diào)用子程序顯示距離并延時清回波接收成功標(biāo)志位T0溢出調(diào)用子程序NNYYYNY圖42流程圖第5章 調(diào) 試 硬件調(diào)試第一步，通電觀察。將電路通電觀察有無異常現(xiàn)象，例如有無器件冒煙現(xiàn)象，有無異常氣味，手摸集成電路外封裝，是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后再通電。第二步，靜態(tài)調(diào)試。將信號輸入端加固定的電平信號后進行的直流測試，可用萬用表測出電路中各點的電位，通過和理論估算值比較，結(jié)合電路原理的分析，判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常，及時發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過更換器件或調(diào)整電路參數(shù)，使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計要求。第三步，動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進行的，在電路的輸入端加入合適的信號，按信號的流向，用示波器順序檢測各測試點的輸出信號，若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應(yīng)分析其原因，并排除故障，再進行調(diào)試，直到滿足要求。 軟件調(diào)試所謂軟件調(diào)試，是將編制的程序投入實際運行前，用手工或編譯程序等方法進行測試，修正語法錯誤和邏輯錯誤的過程。這是保證單片機正確運行的必不可少的步驟。編完單片機程序，必須送入單片機中測試。我把軟件調(diào)試過程分為兩步：第一步，使用軟件調(diào)試程序。將編輯好的匯編語言程序進行編譯連接，消除基本的語法錯誤，再通過軟件自帶的調(diào)試工具進行必要的程序調(diào)試。第二步，聯(lián)系程序的實際運行情況調(diào)試程序。此步主要是消除程序中的邏輯錯誤，因為在編輯程序時在邏輯思維上可能會出現(xiàn)漏洞導(dǎo)致操作時出錯。我們將編輯好的匯編語言程序編譯連接并生成hex文件，并將hex文件下載到單片機中。通過實際操作尋找邏輯上的錯誤，不斷的修改程序，最終達到了預(yù)先設(shè)定的操作步驟及顯示格式等多方面的要求。 測試結(jié)果為了保證實際制作出來的汽車防撞報警系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運行，我們對各個功能模塊和程序運用仿真軟件protus進行了仿真測試。但實際制作出的電路和理論又會有一定的差距，為此我們還使用實驗儀器對該汽車防撞報警系統(tǒng)進行了相關(guān)測試。在本電路的調(diào)試中，如果一直發(fā)射超聲波，在7腳將會有周期的低電平產(chǎn)生。不會像通常認(rèn)為的那樣，即一直發(fā)射信號時，7腳一直為低電平。這是剛用CX20106時的一個常見錯誤。只要通過單片機來來計算發(fā)射信號時到收到信號是產(chǎn)生下降沿這段時間的長度，再通過數(shù)學(xué)計算，轉(zhuǎn)化為距離，然后在顯示器上顯示。在測試過程中的總結(jié)：定時器T1之所以是65ms溢出是因為它是16位定時/計數(shù)器。在使用12MHZ的晶振時，一個機器周期是1us,計數(shù)器65ms技術(shù)器溢出。本設(shè)計中40KHZ方波的產(chǎn)生采用軟件方式實現(xiàn)：，再輸出13us的低電平，這樣得到一個周期的40KHZ的脈沖。再循環(huán)發(fā)送8次。在cpu停止發(fā)送脈沖后，由于阻尼換能器不能立即停止發(fā)送超聲波。在一段時間內(nèi)仍然會發(fā)送，故這段時間內(nèi)不可立即開啟INT0接收回波，要等待一段時間后，這樣就避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端。最大測試距離將取決于：兩次脈沖發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。一般來說發(fā)射端脈沖個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。但也不是無限制的。本設(shè)計中讀取定時器T0的計數(shù)值。測試結(jié)果如圖 51所示：圖51 調(diào)試結(jié)果結(jié) 論利用AT89S51單片機設(shè)計的超聲波防撞