【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖8超聲波發(fā)射電路原理圖壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測(cè)接收電路集成電路CX20106A是一款紅外接收的專用芯片，廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)證明，其具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾的能力。CX20106A芯片(國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品型號(hào)為D20106A)是日本索尼公司生產(chǎn)的用于檢測(cè)紅外線的專用芯片，常作為家用電器的紅外遙控接收器。常用的載波頻率38KHz與測(cè)距的40KHz較為相近，可以利用它來(lái)做接收電路。CX20106A芯片采用8腳單列直插式塑料超小型封裝，+5v供電，內(nèi)部含可前置放大、自動(dòng)偏置、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。其主要功能是從38KHz 紅外載波信號(hào)中，將編碼信號(hào)解調(diào)出來(lái)，并加以放大和整形，然后再送到微處理器(CPU)進(jìn)行處理[8]。CX20106A是CX20106的改進(jìn)型，二者之間的主要差別在于電參數(shù)略有不同，CX20106A多用于超聲波測(cè)試。CX20106A芯片簡(jiǎn)單易用，電路簡(jiǎn)單，減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩。7引腳連接單片機(jī)的外部中斷，沒(méi)有接收到回波時(shí)，輸出為高電平，當(dāng)收到回波后立即變?yōu)榈碗娖?。CX20106A的引腳連接說(shuō)明如表1所示。表1 CX20106A的引腳說(shuō)明引腳符號(hào)說(shuō)明引腳1IN超聲波信號(hào)輸入端，接超聲波接收探頭，用來(lái)檢驗(yàn)超聲波回波信號(hào)。引腳2C1引腳與地之間串聯(lián)一個(gè)由電阻和電容組成的RC 網(wǎng)絡(luò)，改變電容或電阻中的一個(gè)，即可改變前置放大器的增益和頻率特性。本文RC參數(shù)為R1=，C1=1μF。引腳3－C2連接檢波電容，檢波方式為平均值檢波。本文超聲波測(cè)距對(duì)靈敏度要求相對(duì)較高，因此。引腳4－GND接地端引腳5－F0與電源間接入一個(gè)電阻，以確定帶通濾波器中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。本文超聲波的頻率為40kHz，取R=210kΩ引腳6－C3與地之間接一個(gè)積分電容，一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF。引腳7－OUT信號(hào)輸出端，接一個(gè)22kΩ上拉電阻到電源端引腳8－Vcc電源端，接+5V電壓 超聲波接收電路集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖9超聲波檢測(cè)接收電路 數(shù)碼管顯示模塊 本電路的顯示模塊主要由一個(gè)4位一體的8段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測(cè)量到的電壓值。它是一個(gè)共陽(yáng)極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機(jī)的P0口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機(jī)的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個(gè)比劃段a~g和dp同名端連在一起，而每一個(gè)數(shù)碼管的公共極COM各自獨(dú)立地受I/O線控制。單片機(jī)從字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機(jī)的I/O接口相連接，由單片機(jī)輸出位選碼到I/O接口，控制何時(shí)哪一位數(shù)碼管被點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管的位掃描過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動(dòng)態(tài)方式的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，即耗電省，在動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中，任何時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖5圖5數(shù)碼管顯示模塊4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，離不開軟件的支持，本章主要介紹在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)將主程序分為若干個(gè)功能模塊，然后對(duì)各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最后將所有模塊組合起來(lái)成為整個(gè)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件部分。本章將對(duì)本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。 軟件設(shè)計(jì)的要求本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是利用超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)一個(gè)車用的倒車?yán)走_(dá)。要求通過(guò)設(shè)計(jì)能夠測(cè)出車與障礙物的距離，并能在距離小于2m的時(shí)候開始根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件對(duì)總體設(shè)計(jì)主要包括：（1）主程序，包括系統(tǒng)的初始化以及各子程序的調(diào)度管理等部分。（2）超聲波測(cè)距程序模塊，包括超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序以及距離計(jì)算子程序等部分。 主程序設(shè)計(jì)主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，然后調(diào)用超聲波發(fā)射子程序送出超聲波脈沖，打開外部中斷0接收返回的超聲波信號(hào)[13]。如果有回波接收到則利用聲速進(jìn)行距離計(jì)算，并送到顯示程序顯示。主流程框圖如圖12所示。 圖12 主程序流程圖 圖13 計(jì)算距離子程序 超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距器軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。超聲波主程序首先對(duì)系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時(shí)器的初值和工作方式，使總中斷允許位EA=1，并給顯示端口清零。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，（這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可能測(cè)距的原因）后，才能打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHZ的晶振，機(jī)器周期為1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距器之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20攝氏度時(shí)的聲速344m/s，則有：，（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值）。C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，所以控制程序采用C語(yǔ)言編程。（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。 超聲波發(fā)送和接收程序（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把定時(shí)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。主程序利用為中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序，并立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出是還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括T1中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。其中部分源程序如下：void time1() interrupt 3 { P1_0=~P1_0。 }void