【正文】 務(wù)程序。程序首先完成初始化過程，然后是一個重復(fù)的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會判斷在發(fā)射信號后延時等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序得流程。一、40KHz脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射在脈沖產(chǎn)生前先對定時/計(jì)數(shù)器T0進(jìn)行初始化，在這里選擇的是工作方式1定時器模式，所以TMOD應(yīng)該設(shè)定為01H。接著用STEB TR0指令開啟T0，在開啟T0的同時開始發(fā)射超聲波脈沖。測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40KHz的脈沖信號，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。PUZEL：MOV 14H,12H。超聲波發(fā)射持續(xù)200msHERE: CPL 。輸出40KHz方波 NOP NOPNOP DJZN 14H,HERE RET前方測距電路的輸入端接單片機(jī)P ，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)射40KHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。，工作原理與前方測距電路相同。這里省略，只研究正對方向的障礙物。開始單片機(jī)初始化定時子程序有回波嗎？外部中斷子程序定時程序入口定時器初始化發(fā)射超聲波三方向是否發(fā)射完？停止發(fā)射返回 主程序流程圖二、超聲波的接收與處理超聲波的接收是由外部中斷口INT0是否有中斷脈沖產(chǎn)生來判斷的。定時子程序轉(zhuǎn)回來的時候，要對中斷進(jìn)行初始化。選定的是INT0口，工作方式為脈沖方式。STEB EA。中斷總允許STEB EX0。INT0中斷允許STEB PX0。設(shè)置INT0為高優(yōu)先級中斷STEB IT0。設(shè)置INT0為脈沖方式HERE:JMP $。等待中斷接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運(yùn)算放大器IC1A和IC1B兩級放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/，電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機(jī)處理。前方測距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。部分源程序如下RECEIVE:PUSH PSW PUSH ACC CLR ACC JNB ,RIGHT。，轉(zhuǎn)至右側(cè)測距電路中斷服務(wù)程序 JNB , LEFT。，轉(zhuǎn)至左側(cè)測距電路中斷服務(wù)程序RETURN: SETB EX1。開外部中斷INT1 POP ACC POP PSW RET1三、數(shù)據(jù)讀取和儲存為了得到發(fā)射信號與接收回波的時間差，要讀出T0計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲在RAM中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。RECEIVE0: PUSH PSWPUSH ACCCLR EX0 。關(guān)外部中斷0MOV R7,TH0 。讀取時間值MOV R6,TL0?CLR CMOV A,R6SUBB A,0BBH 。計(jì)算時間差MOV 31H,A 。存儲結(jié)果MOV A,R7SUBB A,3CHMOV 30H,ASETB EX0 。開外部中斷0POP ACCPOP PSWRETI四、計(jì)算超聲波傳播時間T0中讀取出來的時間差數(shù)據(jù)并不能作為距離值直接現(xiàn)實(shí)輸出，因?yàn)闀r間差值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為：S=*V*T，其中，V為聲音在常溫下的傳播速度，T為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間，在這個部分中，信號處理包括計(jì)數(shù)值與距離值換算，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。 顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序考慮到提高系統(tǒng)資源的利用率，顯示采用動態(tài)顯示實(shí)現(xiàn)。采用8155芯片作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O口。8155的PA口做為LED的字形輸出口，PC口做為LED的位選控制口，采用共陰顯示接法。將計(jì)算好的距離數(shù)據(jù)設(shè)置顯示緩沖區(qū)起始地址，顯示緩沖區(qū)中被顯示的字符的字形碼的地址偏移量預(yù)先制表放入。流程圖及部分源程序如下：DISP:MOV DPTR, 7F00H 。指向8155控制口 MOV A, 0DH 。8155初始化 MOVX @DPTR, A MOV R7, 01H 。從右邊第1位顯示器開始 MOV R1, 30H 。顯示緩沖區(qū)首地址送R1LOOP:MOV DPTR, 7F03H 。指向8155控制口地址 MOV A,R7 。位控碼初值 MOVX @DPTR, A MOV DPTR, 7F01H 。指向8155段控制口地址 MOV A, @R1 。取待顯示數(shù)據(jù) MOV DPTR, TAB 。取字形段碼表首地址 MOVX A, @A+DPTR 。查表獲取字形段碼 INC R1 。指針指向下一個緩沖單元 MOV A, R7 JB , RETURN 。判斷是否到最高位？返回 RL A 。不到，左移一位 MOV R7, A AJMP LOOP 。繼續(xù)掃描RETURN: RETTAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H DB 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90HDB 88H, 83H, 0C6H, 0A1H, 86H DB 8EH, 0BFH, 8CH, 0FFH外部中斷入口關(guān)閉外部中斷讀取T0時間值計(jì)算距離結(jié)果送顯示并報(bào)警提示開外部中斷返回顯示報(bào)警子程序取測量值LED顯示距離小于50CM？返回返回蜂鳴報(bào)警 子程序流程圖6 系統(tǒng)誤差分析前面幾章介紹了超聲測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本章將介紹利用超聲波測距系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因及系統(tǒng)的改進(jìn)。超聲波測距由于其在使用中不受光照度、電磁場、色彩等因素的影響，加之結(jié)構(gòu)簡單成本低，在機(jī)器人避障和定位、汽車倒車、水庫液位測量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。從原理上講，超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測距常用，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間ts，在已知超聲波聲速Cs的前提下，可計(jì)算被測物的距離D，即：D=CT/；超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素使超聲波測距的精度和范圍受到影響。本文從引起超聲測距誤差的原因入手，分析了溫度對超聲波聲速的影響，回波檢測對時間測量的影響和超聲波傳感器所加電壓對測量精度和范圍的影響。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出以AT89C51單片機(jī)為核心，采用40KHz壓電超聲波傳感器，應(yīng)用于長大汽車和貨車等車輛倒車檢測的車載超聲測距儀。 誤差產(chǎn)生原因分析 溫度對超聲波聲速的影響空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成分的影響即： （61）其中B為氣體的彈性模量，r為氣體的密度。氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得：B=g*r，其中g(shù)為定壓熱容與定容熱容的比值，P為氣體壓強(qiáng)。氣體的壓強(qiáng)為： （62）其中，T為氣體溫度K（絕對溫度），M為氣體分子量，*103kg/mol。所以 （63）有公式63可知，超聲聲速與空氣的溫度有密切關(guān)系。例如：20℃時，T=，CS=；40℃時，T=，CS=；20℃時，T=，CS=；從上面的計(jì)算可以看出，溫度對超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響。當(dāng)需要精確確定超聲波傳播速度時，必須考慮溫度的影響。 回波檢測對時間測量的影響超聲波從超聲傳感器發(fā)出，在空氣中傳播，遇到被測物發(fā)射后，再傳回超聲傳感器。整個過程，超聲波會有很大的衰減。其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設(shè)在距離超聲接收器x處有被測物，則空氣中傳播的超聲波波動方程描述為：A=A(x)cos（ax+kt） （64）其中A為超聲波傳感器接收的振幅；A0為超聲傳感器初始振幅；a為衰減系數(shù)；x為超聲波傳播距離；w角頻率；k為波數(shù)。衰減習(xí)俗和a=b*f。其中b為空氣介質(zhì)常數(shù)，f為超聲波頻率。由此可見，超聲波頻率越高，其衰減越快。同時超聲波頻率的過高會產(chǎn)生較多的副瓣，引起近場區(qū)的干涉。但是，超聲波頻率越高，指向性越強(qiáng)，這一點(diǎn)有利于距離測量。由于超聲回波隨距離的增加而變得十分微弱，所以在設(shè)計(jì)超聲接收電路時，要設(shè)計(jì)較大放大倍數(shù)（萬倍級）和較好濾波特性的放大電路，使回波易于檢測。 超聲傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響制作超聲傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲測距常用壓電材料傳感器。例如TR40壓電傳感器。超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值會影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)壓電材料不受外力時，其應(yīng)變S與外加電場強(qiáng)度E的關(guān)系為：S=d*E （65）其中d為應(yīng)變電場常數(shù)。超聲傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場強(qiáng)度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進(jìn)而影響超聲波幅值。這些會直接影響超聲波的回波幅值。所以，為提高壓電轉(zhuǎn)換效率，提高超聲測距精度和范圍，應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。 針對誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便處理，超聲波常調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。測距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、時間計(jì)測、微機(jī)控制和溫度測量五個部分組成。如何提高測量精度是超聲波測距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測距精度的措施如下：（1） 合理選擇超聲波工作頻率、脈寬及脈沖發(fā)射周期據(jù)經(jīng)驗(yàn)，超聲測距的工作頻率選擇f=40KHz較為合適；發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于填充波周期的10倍以上即：T，考慮換能器通頻帶及抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度，速度越快，脈沖發(fā)射周期可選短些。（2） 超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)（AGC）及自動增益負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)因超聲接收波的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用（AGC）電路使放大倍數(shù)隨測距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。（3） 提高計(jì)時精度，減少時間量化誤差如采用芯片計(jì)時器，計(jì)時器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時間量化誤差造成的測距誤差就越小。例如：單片機(jī)內(nèi)置計(jì)時器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率為6MHz時，；當(dāng)晶振頻率為12MHz時，計(jì)數(shù)頻率為1MHz。若采用外部硬件計(jì)時電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時間量化誤差更小。（4） 補(bǔ)償溫度對傳播聲速的影響超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與溫度、壓力等因素有關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對其進(jìn)行補(bǔ)償。有文獻(xiàn)表明，按下式計(jì)算聲速可以達(dá)到較高的精度：在空氣中。在海水中，式中：t—攝氏溫度；S—水鹽度，按千分比計(jì)算；P—海水靜壓力，單位為大氣壓。聲速可以用聲速儀測量，以驗(yàn)證理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。（5） 補(bǔ)償系統(tǒng)電路的時間延遲系統(tǒng)電路的時間延遲可通過實(shí)驗(yàn)測定，通過測試兩個已知標(biāo)準(zhǔn)距離SS2所得到的時間tt2，可求出系統(tǒng)電路的延遲τ。參考文獻(xiàn)【1】 朱月秀，單片機(jī)原理與應(yīng)用（第2版） 北京：【2】 周良權(quán)，傅恩錫，李世馨，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社 【3】 陳瑩，基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)，華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 【4】 邱平，略論我國非金屬超聲波檢測儀器的發(fā)展?fàn)顩r，工程質(zhì)量 【5】 超聲波探傷編寫組編著，超聲波探傷，北京：電力工業(yè)出版社，1980【6】 李鳴華，余水寶，單片機(jī)在超聲波料位測量中的應(yīng)用，電子技術(shù)應(yīng)用，1998【7】 李麗霞，單片機(jī)在超聲波測距中的應(yīng)用，電子技術(shù)，2002年第6期【8】 戴曰章，基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)，電氣時代，2005年第7期【9】 董敏學(xué)，汽車倒車碰撞防止系統(tǒng)設(shè)計(jì)，【10】 董子和，李永輝，超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用，汽車電器1997年第1期【11】 雷輝，基于AT89C51的智能防撞報(bào)警設(shè)計(jì)，電器時代，2005年第1期致 謝經(jīng)過這段時間的努力，論文已經(jīng)接近尾聲。在此首先要感謝我的導(dǎo)師xxx老師給予我的幫助和指導(dǎo)，x老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，為人謙遜，在論文的寫作期間，x老師沒有給我任何壓力，讓我擁有了很大的發(fā)揮空間。俗話說：一日為師終身為父。在此，我也要向三年來辛勤培養(yǎng)和教育，關(guān)心幫助我的恩師們表示我最真摯的敬意和感謝！同窗的友情同樣難忘，湖畔燈下，我們一同嬉笑過、拼搏過，這一路有你們同行真好！感謝我所有朋友對我的包容、體諒，感謝大家。也許永遠(yuǎn)沒有那一天，前程如朝霞般璀璨；也許永遠(yuǎn)沒有那一天，成功如燈火般輝煌；也許只能是這樣，攀援卻達(dá)不到頂峰；也許一路走來，只為今天在我畢業(yè)之際，對所有關(guān)心幫助我的人說一