【文章內(nèi)容簡介】 輻射角 [15]。如圖 12 所示為幾種常見的超聲傳感器的輻射特性示意圖。11圖 12 超聲波傳感器輻射特性示意圖分析上述結(jié)果不難看出,超聲波傳感器的最大工作壓力水平和最高的靈敏度范圍 40 khz。 測距分析超 聲 波 發(fā) 射 器 向 某 一 方 向 發(fā) 射 超 聲 波 ， 在 發(fā) 射 時 刻 的 同 時 開 始 計 時 ， 超 聲 波 在 空氣 中 傳 播 ， 途 中 碰 到 障 礙 物 就 立 即 返 回 來 ， 超 聲 波 接 收 器 收 到 反 射 波 就 立 即 停 止 計 時 。超 聲 波 在 空 氣 中 的 傳 播 速 度 為 340m/s， 根 據(jù) 計 時 器 記 錄 的 時 間 t， 就 可 以 計 算 出 發(fā)射 點 距 障 礙 物 的 距 離 (s)， 即 ： s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V 與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，我們只要測得超聲波從汽車中發(fā)射出去到被障礙物反射到達(dá)汽車中的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖 13 所示：12 tA超聲波發(fā)射 障礙物 S H θ超聲波接收圖 13 超聲波的測距原理 ?cosSH? （31）)(Lartg （32）式中:L兩個探頭之間一半的距離.又了解超聲波的傳播距離為: vtS?2 ( 33)式中:v—超聲波在空氣中的傳播速度。 t—超聲波從汽車發(fā)射出波到汽車又接收到波所需要的時間.將（3—2） 、 （3—3）代入（31）中得： ]cos[21HLartgvt? ( 34)式中超聲波在空氣中的傳播速度 v 在溫度不變的情況下就是一個常數(shù)(比如在常溫 T=30度時,V=349m/s)。當(dāng)需要測量的距離 H 大于 L 時,則(3—4)變?yōu)? t21? ( 35) 所以,只需要測量出超聲波往返的時間 t,就可以得出汽車到障礙物的距離 H. 時鐘電路的設(shè)計分別在 XTAL1 和 XTAL2 反向放大器的輸入和輸出。振蕩器的配置是在反向放大器的基礎(chǔ)上實施的。陶瓷諧振器可以使用。如果一個外部時鐘源驅(qū)動,XTAL2 不應(yīng)該滿足。因為機(jī)器周期期間,由 6 個周,每個周的 2 個振蕩周期,由此一個機(jī)器的振蕩周期是 1213個振蕩周期,假如石英晶體外部的振蕩期的頻率是 12 兆赫茲,一個振蕩周期 1/12us,由此得出機(jī)器的振蕩周期是 1。如圖 14 所示為時鐘電路。 CX2MHZTAL圖 14 時鐘電路圖 復(fù)位電路的設(shè)計自動上電復(fù)位與外部手動復(fù)位是通常的重置方法,時鐘電路的單片機(jī)在以后的工作中,在高端重置繼續(xù)給 2 個機(jī)器周期通?？梢酝瓿蓮?fù)位操作。例如,使用晶體振蕩器頻率 12 mhz,然后復(fù)位信號持續(xù)時間不應(yīng)少于 2 人。這個設(shè)計用于自動復(fù)位電路。復(fù)位電路如圖 15 所示：圖 15 復(fù)位電路圖 聲音報警電路的設(shè)計14B1蜂 鳴 器Q580VCGND+R32KP圖 16 聲音報警電路圖如下圖所示，用一個 Speaker 和三極管、電阻接到單片機(jī)的 P13 引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖 16 示為聲音報警電路。 顯示模塊 顯示接口電路是在顯示模塊基礎(chǔ)上的，如圖 17 所示 E4H69FA7S圖 17 數(shù)碼管電路154 系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件設(shè)計的主要思路是由預(yù)設(shè)、發(fā)射、接收、顯示、聲音報警等五個模塊為前提下組成的五個獨立模塊。在主程序中有一個鍵控循環(huán)模式,在我們按下控制的按鈕時，在一定的時間內(nèi),這五個獨立模塊中的每個模塊會反過來實現(xiàn)調(diào)用預(yù)置子程序、子程序、子例程接收子程序,這五個獨立模塊可以根據(jù)結(jié)果分析測量結(jié)果。當(dāng)測量距離小于我們設(shè)定的安全距離時，會又蜂鳴器來發(fā)出聲音來報警。 軟件設(shè)計思路我們把系統(tǒng)的主程序作為第一個系統(tǒng)初始化,我們把定時器設(shè)置為 16 位的定時計數(shù)器為 T0 模式。一般我們把中斷程序 EA 作為顯示端口 P0 和 P20。然后我們以發(fā)送一個超聲波作為基礎(chǔ)調(diào)用系統(tǒng)的子程序,我們?yōu)榱吮苊獬暡òl(fā)射器與接收的波直接傳輸而造成干擾,造成延遲約 毫秒的干擾，在外部中斷的時候我們接收返回的超聲波信號。超聲波防撞系統(tǒng)的電路設(shè)計是以超聲波接收的中斷程序和顯示子程序為基礎(chǔ)的。我們了解 C語言程序可以實現(xiàn)許多困難的算法,我們知道匯編語言的運行效率比較高可以較精確地計算時間,和超聲波測距的程序的更加復(fù)雜的算法,我們要求匯編語言對計算程序的運行時間比較精確。所以，我們的控制程序必須用 C 語言和匯編語言。 超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計 超聲波測距的基本思路就是記住汽車發(fā)出超聲波的某一時刻,當(dāng)汽車發(fā)出的超聲波遇到前方的障礙物，在被前方障礙物反射回來的波,然后汽車接收到前方障礙物反射回來的波。所以我們就可以計算出超聲波信號從發(fā)射到被反射回來的時間,然后我們就可以計算出汽車與前方障礙物的距離。距離的計算公式:d=s/2=(ct)/2這里的 D 是汽車與障礙物的距離,t 是超聲波從開始發(fā)射到與到障礙物然后在被障16礙物反射回來到汽車中的時間。當(dāng)開始在發(fā)射超聲波的時候我們就就啟動 T0 定時器芯片,然后我們就用定時器的功能來記錄超聲波從開始發(fā)射到被反射回來的時間。當(dāng)我們收到被障礙物反射回來的超聲波,接收電路就是產(chǎn)生一個負(fù)面的跳,就會產(chǎn)生一個中斷信號的請求 INT0 或 INT1 終端, 單片機(jī)外部中斷請求,外部中斷服務(wù)子程序的實現(xiàn),根據(jù)時間的差異,去計算汽車到障礙物的距離。 主程序流程圖 我們把軟件分為兩部分，分別是主程序和中斷服務(wù)程序。如圖 1119 所示。我們再在完成控制程序初始化的情況下，我們每個超聲波的發(fā)射和和接收的序列。我們在玩成超聲波交替?zhèn)鬏敃r中斷服務(wù)子子程序的三個方向,主要就是外部的讀取中斷服務(wù)子程序、計算距離、結(jié)果輸出的時間等。程序流程圖圖 17 YYN N主程序入口系統(tǒng)初始化T1 定時時間到？I/O 口 T0,T1 初始化=0 開始發(fā)射，啟動T0,T1，開外中斷 0，T0,T1 溢出允許T0 定時時間到？有中斷信號？調(diào)用中斷子程序調(diào)用顯示子程序等待調(diào)用 T0 定時溢出中斷子程序NYN 17圖 17 程序流程圖圖 18 顯示報警子程序流程圖外中斷服務(wù)子程序關(guān)中斷，停止發(fā)射讀 T0 值計算距離重裝 T0返回YNNNYY顯示服務(wù)子程序讀取距離小于 1 米?1 X2大于 2 米?顯示危險距離，并用紅色 LED 燈指示 蜂鳴器報警保持距離，黃色LED 燈指示返回返回播放距離并顯示顯示安全距離并用綠色 LED 燈指示返回返回18 圖 19 中斷服務(wù)子程序流程圖超聲波測距有七個工作步驟，具不步驟如下：（1） 在單片機(jī)控制 NE555 的基礎(chǔ)上來產(chǎn)生 40 千赫茲脈沖信號；（2） 超聲波發(fā)射換能器在脈沖信號通過的前提下發(fā)出超聲波；（3） 計時是在單片機(jī)發(fā)送脈沖時刻開始的；（4） 超聲波換能器接收到超聲波遇到障礙物被反射回來的波；（5） 在 T0 口的基礎(chǔ)上開始讀取數(shù)值；（6） 開始計算數(shù)據(jù)；（7） 最后報警顯示。由于我們使用的晶體振蕩器是 12MHZ，所以其中一個計數(shù)器的號碼是 1,當(dāng)主程序檢測到汽車接收到被障礙物反射回來的波的時候 [16],計數(shù)器 T0 數(shù)量(即超聲波的時候來回)由式(2)可以計算出測量對象和測量儀器的距離之間的距離,音速設(shè)計需要在 20 C 為 344米/秒:D =(c * t)/ 2 = 172 t0/10000cm 其中,T0 的計算計數(shù)器 T0 的價值。 距離測量結(jié)果將在十進(jìn)制 BCD 碼方法液晶約 秒,然后我們就重復(fù)測量超聲波脈沖的過程。我們?yōu)榱朔奖愠绦蚪Y(jié)構(gòu)簡單、容易計算距離,我們用語言來寫。超聲波發(fā)生子例程的影響通過脈沖信號傳輸控制芯片 555 超聲波發(fā)射器 口(約 40 khz 的頻率方波)不一定是責(zé)任比例是 50%,脈沖寬度是 12,時間計數(shù)器 T0 開放。因為超聲波的子程序比較簡單,但是我們對它的運行精度要求交比較高所以我們用匯編語言來編程。 (1)在系統(tǒng)外部中斷的時候用 INT0 檢測呼應(yīng),致使它的工作在下降到沿觸發(fā)模式(IT0 = 1)。當(dāng)汽車檢測到超聲波反射回來的波的信號，由此系統(tǒng)開始觸發(fā)并進(jìn)入中斷，此時我們應(yīng)該停止發(fā)射超聲波,停止計時器 T0,讀 T1 中斷服務(wù)程序價值,計算出測量結(jié)果。 (2)使用 T0 定時器,同時定時器 T1 超聲波發(fā)射。假設(shè)我們在一段時間內(nèi)還是沒有收19到被障礙物發(fā)射回來的波的信號,然后我們就輸入 T1 致使程序中斷服務(wù),我們開始進(jìn)行新一輪的測試了。與 T0,最長時間是 65 ms, * 324/2 = 米的最大距離可以在理想的情況下。實際情況不需要測量距離或系統(tǒng)很難檢測到目前為止被認(rèn)為是迄今為止。但為了方便計算,初始值為 0。 5 調(diào)試本設(shè)計到四個的模塊,本設(shè)計就是由超聲波測距模塊、單片機(jī)模塊、顯示和報警四個模塊組成的,所以會很難調(diào)試的,設(shè)計更多的不確定因素,所以當(dāng)調(diào)試模塊用調(diào)試方法,就差不多消除了模塊的干擾了。在我們安裝電路后,我們首先不應(yīng)該急于功率測試,但是我們必須要做好下面檢查的之前的調(diào)試工作。檢查連接:總是連接錯誤(即連接的一端是正確的,另一端是與減少錯誤),(稱為行氣動安裝),然后(在電路是完全不必要的,比如連接錯誤連接)。檢查接線圖可以直接控制電路原理,但如果電路布線,可以組件(如運算放大器、三極管)為中心,為了檢查檢察官對行針,這樣不僅可以找出故障或更少的一條線,但也容易找到其他的線路。我們?yōu)榱吮ＷC它的連接,所以在檢查線的時候，也要用萬用表來檢查線路電阻連接設(shè)備的配置文件,和最好的測量,它可以檢測一些“隱藏”。檢查安裝的組件:檢查檢查的關(guān)鍵組件,集成運算放大器、一個三極管,二極管,電解電容器如鉛和極性或錯誤,和外引線短,但也檢查是否可靠焊接組件。應(yīng)該指出,在焊接之前,有必要測試組件,確保組件可以正常工作,調(diào)試,以避免不必要的麻煩 [17]。我們也要檢查公共的接地端和電源的輸入端，電路接通電源之前,還需要萬用表之間是否短路電源輸入和檢查,如果有任何進(jìn)一步檢查的原因。上面的檢查和確認(rèn),完成后在調(diào)試之前,但這應(yīng)注意積極的力量,消極無法逆轉(zhuǎn)。調(diào)好的超聲波發(fā)射電路,芯片使沒有控制,電力系統(tǒng)工作,觀察 NE555 芯片使用示波器3 英尺。如果輸出波形不滿足要求,按規(guī)定 R9 機(jī)型和 R10 調(diào)節(jié)輸出波形,我們需求周期的方是波 40 千赫茲20我們要保證調(diào)整好發(fā)射電路和接收電路。在超聲波接收探頭沒有收到信號,觀察兩個銷示波器,40 khz 的最大干擾電壓波形測量正弦波,20 mv 的振幅。在超聲波接收探頭信號,首先測量信號放大器電路放大器輸出 5 v 正弦波振幅,但兩級輸出無論接收探頭接收到信號,持續(xù)高水平的 11 v 的輸出。檢查 NE555 放大的電路參數(shù)太大,自激振蕩的形成,所以原始的放大 100 * 100 100 * 10[18]。因為超聲波有些部分是比較復(fù)雜的,尤其是相關(guān)傳感器,被天氣和溫度相對較大,內(nèi)部控制電路干擾是困難的,所以我選擇了另一塊擴(kuò)展板的這部分電路,和電感隔離每個部分的干擾。我考慮到這個設(shè)計只是一個學(xué)習(xí)的過程，所以我們沒必要要求性能那么高,因此,電池供電的這種方式,當(dāng)距離很容易受到地面漫反射干擾的影響,所以獲得抵抗得不到太小,所以靈敏度會受到影響,但是經(jīng)過幾次調(diào)試,我們把測試精度基本上能控制在 1 厘米左右的范圍。 軟件調(diào)試 匯編匯編語言就是一種在機(jī)器指令的基礎(chǔ)上的文本代表記憶的符號語言,就是一種很接近機(jī)器代碼的語言。的主要優(yōu)勢資源少,程序和效率高。但不同的 CPU,匯編語言可能不同,所以它不容易移植 [19]。當(dāng)前廣泛使用的 RISC 體系結(jié)構(gòu)的 8 位單片機(jī),ROM、RAM、堆棧的內(nèi)部資源是有限的,如果使用 C 語言,C 語言編譯器,將成為很多機(jī)器代碼,非常容易出空間不夠信號溢出等一些問題。但是很難保證一些制造商給我們提供單片機(jī)的編譯器。匯編語言本質(zhì)就是每一條指令對應(yīng)一個相應(yīng)機(jī)器碼,每一步的實施的行為是非常明確的。因為我們用很少的資源用于單片機(jī)的開發(fā),所以我們建議要使用匯編語言。C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多