【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 配器便能推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)出聲 音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動(dòng)膜片、電磁線圈和外殼等部分組成。在兩 極接通電源之后，振蕩器能夠產(chǎn)生的音頻信號(hào)，信號(hào)通過(guò)電磁線圈，便會(huì)使電磁線圈生 成磁場(chǎng)。這樣振動(dòng)膜片便會(huì)在磁鐵和電磁線圈的作用下，周期性反復(fù)地振動(dòng)從而發(fā)出聲音。第三章 硬件的設(shè)計(jì)和制作硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波的發(fā)射和檢測(cè)接 收電路。在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用AT89C51。還采用了12MHz高精度的晶振，以減小測(cè)量 誤的差。，采用AT89C51實(shí)現(xiàn)對(duì)TCT40 超聲波轉(zhuǎn)換模塊和CX20106A芯片的控制。3．1 芯片的功能 AT89C51的功能特點(diǎn)AT89C51 單片機(jī)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等組成。中央處理器是 單片機(jī)的核心部分，它的主要作用是完成運(yùn)算和控制功能。程序存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)功能， 使應(yīng)用程序在開發(fā)調(diào)試后永久性的存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。 AT89C51 控制著超聲波的發(fā)送和接收,串行口發(fā)送數(shù)據(jù)。LED 顯示是共陰極接法的動(dòng)態(tài)循環(huán)顯 路接收超聲波遇到物體后反射回來(lái)的回波信號(hào)。該芯片包括了限幅放大、前置放大、整 形和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，這樣方便了檢測(cè)判斷回波的數(shù)據(jù)是否正確, 并且能夠通過(guò)計(jì)算得出 距離值. AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓， 8 位高性能的 CMOS 微處理器，叫做單片 機(jī)。該單片機(jī)采用的制造技術(shù)是 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造成的，它能夠與達(dá)到工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出管腳和 MCS51 指令集相兼容。由于它將 8 位多功能 CPU 處理器和閃爍存 儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,AT89C51 是一種高效微控制器外形及引腳排列如圖 31 所示。 圖 31 AT89C51 控制器 AT89C51 有兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式：空閑工作方式和掉電工作方式。當(dāng)處 于空閑方式時(shí) CPU 處于睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的其他部件仍然繼續(xù)工作，而且片內(nèi) RAM 的內(nèi) 容和所有專用寄存器的內(nèi)容在空閑方式期間都被保留起來(lái)。當(dāng)處于掉電方式時(shí)保存了 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停止震蕩，禁止芯片其它功能直到下一次硬件復(fù)位才能使用。AT89C51 為許多器材的制造提供了十分靈活和低成本的解決辦法。充分的利用了單 片機(jī)的片內(nèi)資源，使我們可以在較少使用外圍電路的情況下完成超聲波測(cè)距。 CX20106 功能特點(diǎn) CX20106對(duì)收到的信號(hào)有放大和濾波的作用。如圖32所示，CX20106芯片的接口圖。 CX20106有8個(gè)引腳，管腳1是超聲波信號(hào)輸入端；管腳2的電阻和電容決定接收換能器的 總增益，通過(guò)增大或者減小電阻電容，確定放大倍數(shù)，改變放大器的頻率。管腳3與GND 之間連接的電容起到檢波作用；管腳5上的連接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻用來(lái)設(shè)置濾波器的 中心頻率；管腳6與GND之間接入一個(gè)電容，該電容確定探測(cè)距離；管腳7是集電極開路 輸出端：管腳8接電源正極。 圖32 CX20106 芯片接口圖 LED數(shù)碼管在生活中最常見到的 LED 數(shù)碼管是八段和七段的，八段式原理圖的如圖 34 所示。 本次設(shè)計(jì)中采用的是八段式的數(shù)碼管。八段式的與七段式的相比，他們各部分結(jié)構(gòu)大體 相同，八段只比七段式的多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管里都是由 LED 發(fā)光二極管發(fā)光單片機(jī) 控制 LED 的滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數(shù)字，八段式的數(shù)碼管與七段式的主要區(qū) 別就在于八段式的數(shù)碼管中有八個(gè)發(fā)光二極管，而七段式的數(shù)碼管中有七個(gè)發(fā)光二極 管，兩種之間只差一個(gè)點(diǎn)。 數(shù)碼管又分為兩種類型，共陽(yáng)極型和共陰極型。原理圖如圖33共陽(yáng)極型和共陰極 型原理圖所示。共陽(yáng)極型就是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一起并且接到電源 上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陰極接到地線上，它就會(huì)發(fā)光。共陰極型則是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陰極都接在一起并且接到地線上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到電源上，它就會(huì)發(fā)光。 圖 33 共陰極型和共陽(yáng)極型原理圖 圖 34數(shù)碼顯示管引腳圖如圖 34 數(shù)碼顯示管引腳圖所示， 把兩個(gè) COM 引腳連接起來(lái)， 作為數(shù)碼管的公共端， 數(shù)碼管共陽(yáng)端要接地，共陰端接電源。一個(gè)二極管是一位，八個(gè)管子即 a,b,c,d,e,f,g 還有 dp， 拼成個(gè) 8 字列在一起就構(gòu)成了一個(gè) 8 位的數(shù)碼顯示管。 一個(gè)八段式的數(shù)碼顯示 管的每個(gè)顯示管連在一起，每個(gè)二極管的公共端稱為位選線。在數(shù)碼管顯示數(shù)字是，一 個(gè)二極管對(duì)應(yīng)一條直線，a 對(duì)應(yīng)的是首位，dp 對(duì)應(yīng)最后位。例如，當(dāng)數(shù)碼管顯示管顯示 數(shù)字 0 時(shí)，那么共陰極數(shù)碼顯示管的編碼就為 00111111，十六進(jìn)制數(shù)為 0x3f，而共陽(yáng) 極的數(shù)碼顯示管的編碼就是 11000000，十六進(jìn)制數(shù)為 0xc0。通過(guò)這個(gè)例子可以看的出 來(lái)共陰極數(shù)碼顯示管和共陽(yáng)極數(shù)碼顯示管的編碼各個(gè)位是相反的。 基于超聲波技術(shù)的汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于使用單片機(jī)作為控制元件控制整個(gè)系 統(tǒng)電路，致使系統(tǒng)操作方便、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且能夠自動(dòng)控制該系統(tǒng)的的運(yùn)行， 能夠自己檢測(cè)障礙物。對(duì)于當(dāng)今社會(huì)汽車擁擠的這一現(xiàn)狀，此項(xiàng)研究對(duì)于防止交通事故 的發(fā)生具有預(yù)防作用。 總體說(shuō)來(lái)，本次設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)距的功能，報(bào)警距離可以人工智能控制，能夠產(chǎn)生 方向性好，抗干擾能力強(qiáng)，穿透能力強(qiáng)的聲波信號(hào)，能夠在事故發(fā)生前提示報(bào)警。 PCB 板的制作超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)硬件部分由超聲波的接收電路、顯示電路、超聲波的發(fā)射電路 和單片機(jī)的外圍電路等各部分組成。 ，經(jīng)反相器來(lái)控制超聲波的發(fā)送，以達(dá) 到超聲波換能器所需的震蕩條件。利用中斷口INT0檢測(cè)超聲波接收電路接收到的返回信 號(hào)，當(dāng)單片機(jī)INT0引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)超聲波就已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器計(jì)出超聲波傳 播所用的時(shí)間，然后算就能夠得到與障礙物之間的距離大小。顯示電路采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 4位LED數(shù)碼管把測(cè)量的距離顯示出來(lái)，位碼用4個(gè)PNP三極 管來(lái)驅(qū)動(dòng)。 超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射接，并自動(dòng)計(jì)時(shí)得出超聲波的 往返時(shí)間，單片機(jī)采用的是 AT89C51，這種單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。并且單片機(jī)內(nèi) 有 4K 的 ROM，方便于編程。 這時(shí)就可以使用單片機(jī)把各部分設(shè)計(jì)好的電路圖連接起來(lái)進(jìn)行仿真了。超聲波預(yù)警系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)圖如附錄一汽車預(yù)警系統(tǒng)原理圖所示。在本次設(shè)計(jì)中使用的元器件主要有單片機(jī) AT89C51， CX20106A,超聲波探頭， 蜂鳴器， 數(shù)碼顯示管等，所用元器件詳細(xì)清單如表 35所示。表35元器件清單 3．4 汽車防撞系統(tǒng)實(shí)物制作電路圖經(jīng)過(guò)仿真成功后，制作成 PCB 板。 PCB 的制造很復(fù)雜，一般都要經(jīng)過(guò)制版、 圖形轉(zhuǎn)移、光學(xué)蝕刻、過(guò)孔和銅箔處理、助焊和阻焊處理等過(guò)程。由于設(shè)備的不足，在 這次設(shè)計(jì)中，電路板的制作我沒有能夠親自參與，由制板公司代為制做，感覺很遺憾。電路板制作成功之后，其他元件也都成功買到。在焊接制作工程中，遇到了很多苦難， 由于對(duì)器件的不了解，造成了多次焊接錯(cuò)誤，在改正錯(cuò)誤的過(guò)程中了解了很多的器件， 尤為一提的便是焊接技術(shù)。在這次焊接中，自己專業(yè)的學(xué)習(xí)了焊接技術(shù)，大大增強(qiáng)了自 己的動(dòng)手能力。 在焊接中，焊點(diǎn)的最佳狀態(tài)是焊點(diǎn)為等腰三角形，兩腰要略凹，并且焊點(diǎn)表面要光 滑并且焊點(diǎn)布滿焊盤。在焊接時(shí)首先要準(zhǔn)備好焊錫絲和烙鐵。在加熱焊件之前確保烙鐵 的熱度足夠，并且烙鐵頭部要干凈。然后開始加熱焊件，把烙鐵接觸到焊接點(diǎn)要保證烙 鐵讓整個(gè)焊件加熱，然后放焊錫絲，當(dāng)焊錫絲融化滿焊盤后，先將焊錫絲移開，最后在 移開烙鐵。圖34 汽車防撞系統(tǒng)實(shí)物圖 第四章 軟件的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子 程序和數(shù)碼顯示子程序等。 4．1 軟件工作過(guò)程按下控制系統(tǒng)的開關(guān)， 進(jìn)行系統(tǒng)的初始化， 當(dāng)主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序， 由 口發(fā)射出1 個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波，并且計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。利 用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄到超聲波發(fā)射到接受所用的時(shí)間當(dāng)超聲波接收器接收到超聲 波后，接收電路輸出端輸出一個(gè)跳變信號(hào)，在INT0端產(chǎn)生一個(gè)中斷的信號(hào)，得到超聲波 的時(shí)間差。溫度假設(shè)不變，知道了時(shí)間和超聲波的聲波速度后，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算得出距離，顯示出來(lái)，到達(dá) 距離極限時(shí)，啟用報(bào)警模塊。4．2 算法的軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距是通過(guò)檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來(lái)的回波，從而測(cè)出從發(fā) 出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)的時(shí)間間隔,然后求出距離由 S=CT/2 即可算出汽車與被 測(cè)物體的距離。 其中，S 為測(cè)量的距離,C 為超聲波在空氣中的傳播速度。T 從發(fā)出超聲波信號(hào)到接 收到返回信號(hào)的時(shí)間間隔。 在啟動(dòng)發(fā)射電路發(fā)射超聲波的同時(shí)開啟單片機(jī) AT89C51 內(nèi) 的定時(shí)器 T0， 通過(guò)定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能記錄下來(lái)超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到超聲 波的時(shí)間。當(dāng)接收電路收到超聲波時(shí)，接收電路的輸出端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 端能夠產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后執(zhí)行外部中斷子程序，讀取出來(lái)時(shí)間 間隔，計(jì)算出距離。4. 3主程序流程圖軟件分成兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖41（a）（b）（c）所示。主程序完成初始化工作，各路超聲波發(fā)射和接受順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射。外部中斷服務(wù)子程序主要完成是件值得讀取，距離計(jì)算，結(jié)果的輸出等工作。 定時(shí)中斷入口定時(shí)器初始化停止發(fā)射返回發(fā)射超聲波三方向均發(fā)射完否？YN開始單片機(jī)初始化定時(shí)中斷子程序有無(wú)回?fù)?？外部中斷子程序NY圖（a）主程序流程圖 圖（b）定時(shí)中斷服務(wù)子程序外部中斷入口 關(guān)外部中斷開外部中斷結(jié) 果 輸 出計(jì) 算 距 離讀取時(shí)間值返回 圖（C）外部中斷服務(wù)子程序主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P1清零。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開外中斷0接受返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位之后將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按公式計(jì)算，即可得到被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有：S = CT / 2=172T0/10000cm其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)