【文章內(nèi)容簡介】 距系統(tǒng)設(shè)計(超聲波發(fā)送接收系統(tǒng))、單片機控制系統(tǒng)設(shè)計和顯示報警系統(tǒng)設(shè)計。其中，測距系統(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)計主要對AT89S52單片機系統(tǒng)進行設(shè)計；顯示報警系統(tǒng)設(shè)計差要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進行設(shè)計。以下就各模塊的電路圖、功能及設(shè)計思路作詳細說明。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。單片機發(fā)射電路發(fā)射傳感器報警電路測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，信號經(jīng)過放大，再經(jīng)過驅(qū)動電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射換能器接收高電壓。其內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過換能器發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。當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經(jīng)過放大、濾波、整形后輸入單片機的INT0端，產(chǎn)生中斷。計數(shù)器停止計數(shù)，測出從超聲波發(fā)射脈沖群時刻到接收回波信號時刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測溫系統(tǒng)得知，將時刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。測距系統(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)動超聲波傳感器的脈沖電壓輻值，有效地進行電\聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離。并通過收發(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，供單片機進行處理。超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(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)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。發(fā)射電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號。要求蕩電路振蕩頻率可調(diào)，同時具有一定的驅(qū)動能力可以驅(qū)動超聲波傳感器發(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，衰減越大。為能夠接收遠距離的回波，所以要增加驅(qū)動電路來增大功率。驅(qū)動電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號。因為超聲波測距只用于近距離，當距離較遠時，衰減較為嚴重，反射回來的信號相對也比較微弱。因此接收端應先設(shè)置一個放大電路，然后通過檢波電路對其輸出信號進行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號送入電壓比較器進行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入單片機的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計時，在進行數(shù)據(jù)處理運算。為了提高抗干擾性，濾波電路要針對40 kHz信號進行高帶通濾波，并對該頻率信號進行放大增益。如圖：圖36 運放構(gòu)成接收電路圖電路由集成運放AA2構(gòu)成二級放大電路，R、C為無源濾波網(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說只跟介質(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)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對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有所增強。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)是整個系統(tǒng)的核心，一切命令的發(fā)出、接受、處理、數(shù)據(jù)運算都是在這部分中完成的。 AT89S52單片機最小系統(tǒng)設(shè)計AT89S52單片機最小系統(tǒng)由AT89S52單片機及其外圍電路組成，是整個超聲波測距儀的核心電路。一般包括晶振電路和復位電路。晶振電路：每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。復位電路目的：在需要的時候，單片機復位，保證正常的工作循環(huán)。圖311 單片機最小系統(tǒng)電路圖AT89S52單片機在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。AT89S52單片機對很多嵌入式控制應用提供了一個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、形成必要的時序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對采集到的數(shù)據(jù)進行運算。AT89S52單片機各個引腳分布如圖所示，P10為控制超聲波發(fā)射；INT0為接收超聲波回波信號；X1和X2為單片機自身的12MHZ晶振；RESET是復位信號； P21接溫度傳感器DS18B20，測量溫度，實時計算出距離；P00一P07引腳對應LED顯示器，控制LED顯示器的寫入字符；TXD、RXD引腳控制寫入下載程序；P20引腳輸出報警信號；當距離達到限定值就啟動蜂鳴器，開始嗚叫報警，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多路選擇開關(guān)，AB為4種組合，一種組合對應一路探頭工作。4個探頭輪流工作，4個探頭檢測完成構(gòu)成1個檢測周期，系統(tǒng)再根據(jù)最短的障礙物距離進行報距提醒駕駛員。圖313 收發(fā)控制電路示意圖系統(tǒng)的工作流程為：單片機接通電源后，探頭驅(qū)動引腳向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動信號，以驅(qū)動超聲波探頭發(fā)送超聲波信號，驅(qū)動信號發(fā)送完畢后單片機等待信號返回；探頭接收到超聲波信號后，進行信號放大濾波處理，將信號送入單片機，記錄信號發(fā)送和接收的時間差，根據(jù)此時間差計算障礙物距離，控制報警信號輸出。超聲波探頭驅(qū)動采用分時順序的驅(qū)動方式，即依次對4個探頭輪流進行驅(qū)動，一個探頭的工作周期內(nèi)要包括發(fā)送和接收兩種操作。4個探頭檢測完成構(gòu)成一個檢測周