【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 距系統(tǒng)設(shè)計(jì)(超聲波發(fā)送接收系統(tǒng))、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，測(cè)距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)差要對(duì)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下就各模塊的電路圖、功能及設(shè)計(jì)思路作詳細(xì)說(shuō)明。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。單片機(jī)發(fā)射電路發(fā)射傳感器報(bào)警電路測(cè)溫電路顯示電路接收電路接受傳感器障礙物圖31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，發(fā)出一系列的脈沖群，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射換能器接收高電壓。其內(nèi)部的壓電晶片開(kāi)始震動(dòng)，經(jīng)過(guò)換能器發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。當(dāng)超聲波遇到障礙物發(fā)生反射，反射波(回波)返回到超聲波傳感器上。反射回的正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、整形后輸入單片機(jī)的INT0端，產(chǎn)生中斷。計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，測(cè)出從超聲波發(fā)射脈沖群時(shí)刻到接收回波信號(hào)時(shí)刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測(cè)溫系統(tǒng)得知，將時(shí)刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。測(cè)距系統(tǒng)模塊由超聲波發(fā)射與回波接收電路組成，其主要作用是提高驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的脈沖電壓輻值，有效地進(jìn)行電\聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離。并通過(guò)收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)，供單片機(jī)進(jìn)行處理。超聲波的傳播速度一般來(lái)說(shuō)只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會(huì)有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計(jì)中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響。發(fā)射電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號(hào)。要求蕩電路振蕩頻率可調(diào)，同時(shí)具有一定的驅(qū)動(dòng)能力可以驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)出超聲波。振蕩電路的目的是為超聲波傳感器提供40KHz脈沖。用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖所示。 圖32 震蕩電路，此振蕩電路啟振，調(diào)節(jié)到R、R、C可得到40kHz左右的振蕩頻率。聲波在空氣中的傳播速度受空氣介質(zhì)影響，距離越遠(yuǎn)，衰減越大。為能夠接收遠(yuǎn)距離的回波，所以要增加驅(qū)動(dòng)電路來(lái)增大功率。驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號(hào)。因?yàn)槌暡y(cè)距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，衰減較為嚴(yán)重，反射回來(lái)的信號(hào)相對(duì)也比較微弱。因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個(gè)放大電路，然后通過(guò)檢波電路對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號(hào)送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號(hào)直接輸入單片機(jī)的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計(jì)時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。為了提高抗干擾性，濾波電路要針對(duì)40 kHz信號(hào)進(jìn)行高帶通濾波，并對(duì)該頻率信號(hào)進(jìn)行放大增益。如圖：圖36 運(yùn)放構(gòu)成接收電路圖電路由集成運(yùn)放AA2構(gòu)成二級(jí)放大電路，R、C為無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò)，二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。超聲波的傳播速度一般來(lái)說(shuō)只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會(huì)有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計(jì)中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響。 研究表明，聲音的傳播速度與溫度是成正比的，溫度越高,空氣中分子密度越小,而空氣作為聲音傳播介質(zhì),那么聲音傳播速度會(huì)有所增強(qiáng)。反之溫度越低,空氣中分子密度越大,而空氣作為聲音傳播介質(zhì),那么聲音傳播速度會(huì)有所減小。聲波與速度的關(guān)系，如表31所示。表31 聲波與速度的關(guān)系溫度℃速度m/s溫度℃速度m/s溫度℃速度m/s01734352118352193433632037433421385223935562340724346418254293372643102744358112845122934946133047143403148153249361163350控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，一切命令的發(fā)出、接受、處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算都是在這部分中完成的。 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)及其外圍電路組成，是整個(gè)超聲波測(cè)距儀的核心電路。一般包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路：每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。復(fù)位電路目的：在需要的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)。圖311 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖AT89S52單片機(jī)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。AT89S52單片機(jī)對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高靈活有效的解決方案。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號(hào)、形成必要的時(shí)序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。AT89S52單片機(jī)各個(gè)引腳分布如圖所示，P10為控制超聲波發(fā)射；INT0為接收超聲波回波信號(hào)；X1和X2為單片機(jī)自身的12MHZ晶振；RESET是復(fù)位信號(hào)； P21接溫度傳感器DS18B20，測(cè)量溫度，實(shí)時(shí)計(jì)算出距離；P00一P07引腳對(duì)應(yīng)LED顯示器，控制LED顯示器的寫(xiě)入字符；TXD、RXD引腳控制寫(xiě)入下載程序；P20引腳輸出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)距離達(dá)到限定值就啟動(dòng)蜂鳴器，開(kāi)始嗚叫報(bào)警，以提醒駕駛員注意倒車情況。收發(fā)控制電路示意圖如下圖所示，控制電路選用CD4052多路選擇開(kāi)關(guān)，AB為4種組合，一種組合對(duì)應(yīng)一路探頭工作。4個(gè)探頭輪流工作，4個(gè)探頭檢測(cè)完成構(gòu)成1個(gè)檢測(cè)周期，系統(tǒng)再根據(jù)最短的障礙物距離進(jìn)行報(bào)距提醒駕駛員。圖313 收發(fā)控制電路示意圖系統(tǒng)的工作流程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)接通電源后，探頭驅(qū)動(dòng)引腳向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)超聲波探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送完畢后單片機(jī)等待信號(hào)返回；探頭接收到超聲波信號(hào)后，進(jìn)行信號(hào)放大濾波處理，將信號(hào)送入單片機(jī)，記錄信號(hào)發(fā)送和接收的時(shí)間差，根據(jù)此時(shí)間差計(jì)算障礙物距離，控制報(bào)警信號(hào)輸出。超聲波探頭驅(qū)動(dòng)采用分時(shí)順序的驅(qū)動(dòng)方式，即依次對(duì)4個(gè)探頭輪流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，一個(gè)探頭的工作周期內(nèi)要包括發(fā)送和接收兩種操作。4個(gè)探頭檢測(cè)完成構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)周