【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及擴(kuò)音器會(huì)根據(jù)車(chē)與障礙物的距離發(fā)出警告聲。同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)距離。這樣用戶(hù)不僅可以很快的判斷出障礙物的大概距離，還可以清楚的知道詳細(xì)距離。障礙距離指示燈與報(bào)警器響應(yīng)方式：A段：150—100cm指示燈慢閃亮、擴(kuò)音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。B段：100—50cm指示燈快閃亮、擴(kuò)音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。C段：50cm以?xún)?nèi)對(duì)應(yīng)方位指示燈長(zhǎng)亮，擴(kuò)音器長(zhǎng)鳴。擴(kuò)音器由555定時(shí)器組成電路驅(qū)動(dòng)，指示燈由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。顯示器由四個(gè)七段數(shù)碼管組成，由串行輸入顯示接口芯片MC14499驅(qū)動(dòng)。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件框圖 RESETINT0XTAL1XTAL2—超聲波接收電路超聲波發(fā)送電路測(cè)溫電路聲音報(bào)警電路復(fù)位電路晶振電路顯示電路 硬件框圖LED報(bào)警電路單片機(jī)AT89C2051作為主控器，復(fù)位端接上電+按鈕復(fù)位電路。XTAL1和XTAL2接12MHZ晶振構(gòu)成的時(shí)鐘電路。 CSB40T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波。超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，經(jīng)傳感器，濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機(jī)的INT0口一個(gè)低電平。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第—個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。本文中時(shí)鐘頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)器周期為1181。s，則只需2181。s以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定。適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按RESET鍵，此時(shí)電源經(jīng)電阻、分壓，在RESET端產(chǎn)生復(fù)位高電平。時(shí)鐘電路主要任務(wù)是提供一個(gè)工作頻率。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路。有內(nèi)部和外部?jī)煞N時(shí)鐘產(chǎn)生方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體諧振器（振蕩頻率為12MHZ），與內(nèi)部反相器構(gòu)成自激震蕩器。其發(fā)出脈沖直接送入片內(nèi)定時(shí)控制部件。此外，電容對(duì)頻率有微調(diào)作用，因?yàn)橥饨泳д?，電容選擇20pF，實(shí)際應(yīng)用時(shí)諧振器和電容盡可能安裝在單片機(jī)附近，減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路圖 超聲波發(fā)送電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)送電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分，超聲波探頭（又稱(chēng)“超聲波換能器”）選用CSB40T。40KHz的超聲波是利用555時(shí)基電路振蕩驅(qū)動(dòng)超聲波探頭產(chǎn)生的。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（）。接通電源后，電源通過(guò)和對(duì)電容充電，當(dāng)1/3時(shí)，振蕩器輸出=1，放電管截止。當(dāng)充電到≥2/3后，振蕩器輸出翻轉(zhuǎn)成0，此時(shí)放電管導(dǎo)通，使放電端(DIS)接地，電容C通過(guò)對(duì)地放電，使下降。當(dāng)下降到≤1/3后，振蕩器輸出又翻轉(zhuǎn)成1，此時(shí)放電管又截止，使放電端(DIS)不接地，電源通過(guò)和又對(duì)電容充電，又使從1/3上升到2/3，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。脈沖寬度≈，由電容放電時(shí)間決定； =(+)，由電容充電時(shí)間決定，脈沖周期T≈+。其振蕩頻率計(jì)算式為f=(( +2))。超聲波發(fā)射電路圖（）中將設(shè)計(jì)為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號(hào)頻率，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。 555構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器可以實(shí)現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)，并且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，占用面積小。555 定時(shí)器的4腳是復(fù)位端，利用它來(lái)控制超聲波脈沖的發(fā)射。當(dāng)4 腳為低電平時(shí)，555有振蕩脈沖輸出；為高電平時(shí)，555定時(shí)器清零，沒(méi)有輸出。因而，將4 腳與單片機(jī)的控制信號(hào)相接就可以控制發(fā)射電路。為保證555時(shí)基具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，宜采用+12V電源即=12V。4腳為超聲波發(fā)射控制信號(hào)輸入端，由單片機(jī)進(jìn)行控制。 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路設(shè)計(jì)超聲波接收器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。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 CSB40R，否則將因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無(wú)法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號(hào)不能直接被單片機(jī)接收，必須進(jìn)行波形變換。按照上面所討論的原理，單片機(jī)需要的只是第一個(gè)回波的時(shí)刻。超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號(hào)越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，通常在1mV～1V之間。不同接收探頭的輸出信號(hào)強(qiáng)度存在差異。由于輸入信號(hào)的范圍較大，對(duì)放大電路的增益提出了兩個(gè)要求：一是放大增益要大，以適應(yīng)小信號(hào)時(shí)的需要；二是放大增益要能變化，以適應(yīng)信號(hào)變化范圍大的需要。另外，由于輸入信號(hào)為正弦波，因此必須將放大電路設(shè)計(jì)成交流放大電路。為減少負(fù)電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號(hào)放大和變換采用了LM324通用運(yùn)算放大器，前三級(jí)為放大器設(shè)計(jì)，后一級(jí)為比較器設(shè)計(jì)。LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿(mǎn)足使用要求。為滿(mǎn)足交流信號(hào)的需要，每一級(jí)的放大器均采用阻容電路進(jìn)行電平偏移，、和，容量均為10μF，實(shí)現(xiàn)單電源條件下交流信號(hào)的放大。對(duì)于交流信號(hào)而言，電容為短路，因此前三級(jí)放大電路的增益均為10。距離較近時(shí)，兩級(jí)放大的增益已能夠輸出足夠強(qiáng)度的信號(hào)了，第三級(jí)有可能出現(xiàn)信號(hào)飽和，但距離較遠(yuǎn)時(shí)，必須采用三級(jí)放大。這里的第四片LM324作反相電位比較器，有一個(gè)閥值電壓，為反相電壓比較器輸入電壓。調(diào)節(jié)電位器可得到閥值電壓。當(dāng)時(shí)，=0，為低電平:當(dāng)時(shí)，=，為高電平。當(dāng) LM324 檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)時(shí)，它輸出低電平信號(hào)，此時(shí)LM324的輸入電壓就小于閥值電壓，所以LM324就輸出高電平信號(hào)，通向PC的數(shù)據(jù)采集端。反之，則輸出為低電平信號(hào)到PC的數(shù)據(jù)采集端。比較器這一部分如果調(diào)節(jié)不當(dāng)也可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如在輸出端會(huì)有高頻輸出等。這因?yàn)楸容^器非常靈敏，信號(hào)的微小變化就導(dǎo)致輸出值和的相互轉(zhuǎn)變。利用比較器的正反饋產(chǎn)生滯環(huán)特性來(lái)降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。因?yàn)榉糯蠛蟮幕夭ㄐ盘?hào)幅值已經(jīng)較大，這樣再通過(guò)設(shè)置合適的閥值就可以穩(wěn)定的得到有效信號(hào)。采用可調(diào)電位計(jì)是較為方便的方法。比較器的輸入端需要穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓需要加電容穩(wěn)定。合理調(diào)節(jié)電位器，選擇比較基準(zhǔn)電壓，可使測(cè)量更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。 電位比較器電路圖 超聲波接收電路圖 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)溫度對(duì)超聲波波速影響非常大，超聲波波度c與環(huán)境溫度的關(guān)系有如下經(jīng)驗(yàn)公式： (m/s)，所以溫度每變化1℃， /s 。當(dāng)溫度從0～40℃變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生大約7％ 的聲速變化，在超聲波測(cè)距儀中，把聲速作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量，為了獲得較精確的聲速，引入溫度補(bǔ)償是必要的。本文采用了DS1820進(jìn)行測(cè)溫。DS1820是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，電路連接非常簡(jiǎn)單，但是必須保證時(shí)序與單片機(jī)嚴(yán)格同步。溫度測(cè)量范圍是55℃+125℃，可編程為912位A/D轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)精度為12 位，℃，℃。溫度輸出以16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在前，℃/LSB（最小可分辨信號(hào)）形式表達(dá)，高五位為擴(kuò)展符號(hào)位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度設(shè)定有關(guān)，9位精度時(shí)，；12位精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)化時(shí)間為750ms。在本系統(tǒng)中采用默認(rèn)的12位精度?！妗S1820溫度傳感器有兩個(gè)晶振，低溫度系數(shù)晶振和高溫度系數(shù)晶振。低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產(chǎn)生信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)制在—55攝氏度所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1攝氏度，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)至計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0，停止溫度寄存器累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。，單片機(jī)通過(guò)它以串口數(shù)據(jù)傳誦方式讀取測(cè)溫結(jié)果。DS1820利用單線控制信號(hào)在總線上與單片機(jī)進(jìn)行通信。由于所用設(shè)備通過(guò)漏極開(kāi)路端（2腳）連在總線上，控制線需要一個(gè)上拉電阻。 溫度測(cè)量電路圖 報(bào)警電路設(shè)計(jì)，采用典型的555振蕩電路，單片機(jī)通過(guò)控制4腳(手動(dòng)復(fù)位腳)的電平來(lái)控制振蕩器的工作，高電平時(shí)工作，低電平時(shí)停止。振蕩頻率為800Hz。單片機(jī)的P1. 4控制555 電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)使報(bào)警電路發(fā)出不同長(zhǎng)短報(bào)警聲。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路555 處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使555 結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) 輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲。LED指示燈由單片機(jī)管腳控制，高電平點(diǎn)亮，低電平熄滅，其閃爍頻率與聲音報(bào)警頻率相同。 報(bào)警電路圖 顯示電路設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的顯示要求比較簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。顯示位數(shù)按照該裝置可測(cè)量的長(zhǎng)度(與采用的超聲波傳感器有關(guān))以及測(cè)量的精度來(lái)確定，要能顯示出0—9這些數(shù)字以及小數(shù)點(diǎn)等，并要求顯示穩(wěn)定，無(wú)閃爍。長(zhǎng)度單位一般為“m”，可以不顯示，因此顯示器件可選用BS202型共陰極7段LED顯示器。通過(guò)對(duì)一般測(cè)距儀的分析，發(fā)現(xiàn)通常只需要4位的LED即可滿(mǎn)足大多數(shù)的