【正文】 674LS06 74LS06圖 312 8255 與七段 LED 顯示器Fig 312 8255 and Seven section of LED monitors 超聲波測(cè)距部分在車輛接近障礙物的時(shí)候，系統(tǒng)采用超聲波測(cè)距的方法來(lái)確定車輛離障礙物的距離，用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20 來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距采用的是方法是時(shí)間差測(cè)距法，即測(cè)取超聲波從發(fā)射地至目的地傳輸所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，也稱渡越時(shí)間檢測(cè)法。當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)射出超聲波，開(kāi)始計(jì)時(shí)，到超聲波經(jīng)空氣傳播至目標(biāo)，再反射回傳播至超聲波接收器，計(jì)時(shí)停止，測(cè)得的傳輸時(shí)間為 T，由下式可以求出聲波發(fā)射地與目標(biāo)之間的距離 S[6]。S=V*(T/2) 其中，S 為被測(cè)距離、V為空氣中聲速、T 為回波時(shí)間（T=T 1+T2）示意圖如下：圖 313 超聲波測(cè)距原理圖Fig 313 Principles of Ultrasonic Measurement 超聲波傳感器型號(hào)及說(shuō)明本系統(tǒng)采用的是 TCT4016T3/R3 型超聲波傳感器。其性能如下：表 35 TCT4016T3/R3 說(shuō)明Table35 TCT4016T3 / R3 instructions型號(hào) TCT40T3 TCT40R3工作電源 +5V工作電流20mA工作溫度范圍 －10℃～＋70℃超聲波距離測(cè)量：最大測(cè)量距離―500cm ；最小測(cè)量距離―4cm；分辨率－1cm中心頻率 聲壓 dB14?……靈敏度 …… dB68??方向角 60176。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩部分，超聲波探頭的型號(hào)選用 TCT4016T3。40KHZ 的超聲波信號(hào)是利用 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生的。555 定 時(shí) 器 是 一 種 模 擬 和 數(shù) 字 功 能 相 結(jié) 合 的 中 規(guī) 模 集 成 器 件 。 一 般 用 雙 極 性 工 藝 制作 的 稱 為 555， 用 CMOS 工 藝 制 作 的 稱 為 7555， 除 單 定 時(shí) 器 外 ， 還 有 對(duì) 應(yīng) 的 雙 定 時(shí)器 556/7556。 555 定 時(shí) 器 的 電 源 電 壓 范 圍 寬 ， 可 在 ~16V 工 作 7555 可 在 3~18V 工 作 ， 輸 出 驅(qū) 動(dòng) 電 流 約 為 200mA， 因 而 其 輸 出 可 與 TTL、 CMOS 或 者 模 擬 電 路 電 平兼 容 。 555 定 時(shí) 器 成 本 低 ， 性 能 可 靠 ， 只 需 要 外 接 幾 個(gè) 電 阻 、 電 容 ， 就 可 以 實(shí) 現(xiàn) 多 諧振 蕩 器 、 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器 及 施 密 特 觸 發(fā) 器 等 脈 沖 產(chǎn) 生 與 變 換 電 路 。 它 也 常 作 為 定 時(shí) 器 廣泛 應(yīng) 用 于 儀 器 儀 表 、 家 用 電 器 、 電 子 測(cè) 量 及 自 動(dòng) 控 制 等 方 面 。它 內(nèi) 部 包 括 兩 個(gè) 電 壓 比 較 器 ， 三 個(gè) 等 值 串 聯(lián) 電 阻 ， 一 個(gè) RS 觸 發(fā) 器 ， 一 個(gè) 放 電 管T 及 功 率 輸 出 級(jí) 。 它 提 供 兩 個(gè) 基 準(zhǔn) 電 壓 VCC/3 和 2VCC/3。 555 定 時(shí) 器 的 功 能 主 要 由兩 個(gè) 比 較 器 決 定 。 兩 個(gè) 比 較 器 的 輸 出 電 壓 控 制 RS 觸 發(fā) 器 和 放 電 管 的 狀 態(tài) 。 在 電 源 與地 之 間 加 上 電 壓 ， 當(dāng) 5 腳 懸 空 時(shí) ， 則 電 壓 比 較 器 C1 的 同 相 輸 入 端 的 電 壓 為 2VCC /3， C2 的 反 相 輸 入 端 的 電 壓 為 VCC/3。 若 觸 發(fā) 輸 入 端 TR 的 電 壓 小 于 VCC/3， 則 比較 器 C2 的 輸 出 為 0， 可 使 RS 觸 發(fā) 器 置 1， 使 輸 出 端 OUT=1。 如 果 閾 值 輸 入 端 TH的 電 壓 大 于 2VCC/3， 同 時(shí) TR 端 的 電 壓 大 于 VCC/3， 則 C1 的 輸 出 為 0,C2 的 輸 出 為1， 可 將 RS 觸 發(fā) 器 置 0， 使 輸 出 為 0 電 平 。 這 里 主 要 將 555 作 為 振 蕩 器 來(lái) 使 用 ， 因 此 ，超聲波發(fā)射及控制電路如下圖：TRIG2Q 3R 4CVolt5THR6DIS7 VCC8GND1U9555R221KR235KC53300n C6+12VGNDTCT4016T31 240691 240691 240691 240691 24069C?104圖 314 超聲波發(fā)射及控制電路Fig314 Ultrasonic transmit and control circuit40KHZ 的超聲波信號(hào)其振蕩頻率計(jì)算如下式：f 通過(guò)調(diào)節(jié)5)23(????滑動(dòng)變阻器來(lái)改變振蕩頻率。輸出的振蕩信號(hào)，經(jīng)過(guò) 4069 的放大推動(dòng)超聲波發(fā)射器TCT4016T3。 555 的第 4 腳使能控制端可由單片機(jī)控制，當(dāng)需要發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，該引腳為高電平。 超聲波接收電路在超聲波接收電路里，要用到 TL082 放大器和 LM311 比較器，下面，將一一介紹。①TL082TL082 是一通用的 JFET 雙運(yùn)算放大器。內(nèi)部框圖如下 圖 315TL082 內(nèi)部框圖Fig315TL082 internal diagram.其特點(diǎn)是：較低的辦入偏置電壓和偏置電流；輸出設(shè)有短路保護(hù)電路；輸入級(jí)具有較高的輸入阻抗；內(nèi)建頻率補(bǔ)償電路；較高的壓擺率:16V/us(典型值)。最大工作電壓：Vccmax=+/18V. 表 36 TL082 引腳功能Table36 TL082 pin function 腳號(hào) 腳名 功能 腳號(hào) 腳名 功能1 Output1 輸出 1 5Noninverting nput 2正向輸入 22Inverting input1反向輸入 1 6Inverting input2反向輸入 23Noninverting input 1正向輸入 1 7 Output2輸出 24 Vcc 電源 8 Vcc+ 電源+②LM311 電壓比較器LM311 電壓比較器引腳圖如下：2376 5184LM311圖 316 LM311 的引腳圖Fig316 LM311 foot figure 在這里，LM311 電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開(kāi)關(guān)（高低電平）量，正好可以為單片機(jī)所用。表 37 LM311 的引腳功能Table37 LM311 foot function腳號(hào) 腳名 功能 腳號(hào) 腳名 功能1 GND 接地 5 Blance 平衡2 Intput+ 正向輸入端 6 Blance/Strobe 平衡/選通3 Intput 反向輸入端 7 Output 輸出4 V 電源負(fù) 8 V+ 電源正③接收電路 由雙運(yùn)算放大器 TL082 和 LM311 電壓比較器組成的超聲波接收電路如下：TCT4016R3102C1 C2102C3104R110KR42K IC2LM311R71KR920KIC1TL082IC1TL082R310KR210K+5R81KR52K+5R6100KINT01 2U1A圖 317 超聲波接收電路 Fig317 Ultrasonic receiving circuit如圖所示，超聲波接收器接受到的微弱信號(hào)，經(jīng)過(guò)交流耦合到第一個(gè) IC1 放大，其放大倍數(shù)為：A1=100/2=50 ；放大信號(hào)再經(jīng)過(guò)交流耦合到第二個(gè) IC1 放大，其放大倍數(shù)為：A2=20/1=20；所以總增益為； A=A1*A2=1000。經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)再由比較器 LM311整形，輸出標(biāo)注 TTL 電平信號(hào)以被單片機(jī)接受。 溫度補(bǔ)償穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件。而超聲波在空氣中傳播時(shí)受到了溫度、溫度、粉塵、大氣壓等因素的影響。溫度與聲速的關(guān)系如下表：表 38 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 Table38 Ultrasonic wave and the temperature of the relationship溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386在這些因素中溫度影響最大，超聲波在空氣中的速度與溫度的關(guān)系表達(dá)式為C＝ [7],由泰勒公式可得到近似計(jì)算公式 C＝+。式中 T 是環(huán)境273/1T?攝氏溫度（℃）所以，溫度每變化 1℃，聲波的速度變化為 大，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。為了程序相對(duì)容易，現(xiàn)規(guī)定，溫度在 0℃以下，聲速為 320 m／s，在 0℃ 則以 340 m／s 為標(biāo)準(zhǔn)。溫度的采集由 DS18B20 來(lái)實(shí)現(xiàn)，DS18B20 溫度傳感器是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 [8]，其特性如下：采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可掛接多個(gè) DS18B20；每個(gè)DS18B20 具有一個(gè)獨(dú)立的、不可修改的 64 位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)可以訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的器件；低電壓供電，電源范圍+3~+5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上獲取電源（寄生式供電） ；測(cè)溫范圍為55℃~+125℃，在10℃~85 范圍內(nèi)的誤差為 ℃；?9~12 位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時(shí)間為 750ms（最大） ；此外，DS18B20 可將檢測(cè)到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 [9]。所以減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。本系統(tǒng)的測(cè)溫電路如下：123DS1 8 B2 0R1 2 4 .7 kVCCP1 .2圖 318 DS18B20 測(cè)溫電路Fig318 DS18B20 temperature measurement circuit 接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)部分接近開(kāi)關(guān)主要應(yīng)用在檢測(cè)車輛在彎路是否壓線。 電感式接近開(kāi)關(guān)工作原理電感式接近開(kāi)關(guān)是由高頻振蕩、檢波、放大、施密特電路及輸出部分等組成。它的工作原理是：振蕩器在開(kāi)關(guān)工作面產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物體接近開(kāi)關(guān)的工作面時(shí)，金屬物體中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器能量，使振蕩器振蕩減弱以至停振。振蕩及停振這兩個(gè)信號(hào)由電路轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)輸出級(jí)放大（晶體管或可控硅）后輸出 [10]。 接近開(kāi)關(guān)型號(hào)及說(shuō)明本系統(tǒng)采用的是 NPN SF14070BNC 型接近開(kāi)關(guān)，其特性如下：表 39 SF14070BNC 說(shuō)明Table 39 SF14070BNC instructions檢測(cè)距離 Sn [mm] 70工作電壓 UB [V] 10~40持續(xù)電流 IL [mA] 6~200輸出指示 LED 紅色工作溫度 [ ℃] 25~+70 接近開(kāi)關(guān)連接電路+5R26U1TLP5211R2510KV+OUTGND24V24VJIEJINKAIGUANU10圖 319 接近開(kāi)關(guān)連接電路Fig319 approach switch connect circuits如圖，在沒(méi)有信號(hào)時(shí)，電源線與輸出信號(hào)線的電壓幾乎相等，也就是 24V 左右，這樣的話光耦的發(fā)光二極管就由于沒(méi)有電壓差而不亮，即光耦沒(méi)有動(dòng)作，單片機(jī)的引腳信號(hào)為 1；當(dāng)檢測(cè)物接近到所設(shè)置的距離時(shí)，接近開(kāi)關(guān)觸發(fā)，此時(shí)輸出信號(hào)被下拉至電源地，即輸出電壓幾乎為 0V，光耦中的發(fā)光二極管兩端存在電壓差，有電流流過(guò)，發(fā)光二極管發(fā)光，整個(gè)光耦工作，此時(shí)，單片機(jī)的引腳信號(hào)變?yōu)?0，再去執(zhí)行相應(yīng)的程序。 報(bào)警電路本系統(tǒng)報(bào)警電路由 口控制，當(dāng)車輛離障礙物的距離小于設(shè)定的距離或接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到車輛快壓線時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，LED 發(fā)光，蜂鳴器響起。其電路連接圖如下：LS1SPEAKERR241KR271KD1LEDVCCQ1NPN1圖 320 報(bào)警電路Fig320 Alarming circuit4 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)只有配合軟件系統(tǒng)才能發(fā)揮出所要的功能。目前，軟件開(kāi)發(fā)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的地位變得越來(lái)越重要。對(duì)于相同的控制工藝流程，人們也希望通過(guò)軟件的編制來(lái)實(shí)現(xiàn)更安全、更方便的應(yīng)用。軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)距離、溫度的測(cè)量及顯示，鍵盤輸入，報(bào)警等。 程序設(shè)計(jì)的步驟： 1) 分析問(wèn)題 分析問(wèn)題就是要熟悉和明確問(wèn)題的要求，明確已知條件以及對(duì)運(yùn)算與控制的要求，準(zhǔn)確地規(guī)定程序?qū)⒁瓿傻娜蝿?wù)，建立數(shù)學(xué)模型。 2）確定算法 根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的要求和指令系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇解決問(wèn)題的方法。算法是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，它決定了程序的正確性和程序的質(zhì)量。 3）程序流程圖 程序流程圖是程序結(jié)構(gòu)的一種圖解表示法，它直觀、清晰地體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)思想，是程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種常用工具。設(shè)計(jì)程序流程圖，是把算法轉(zhuǎn)化成程序的準(zhǔn)備階段。通常在程序較復(fù)雜時(shí)，都要進(jìn)行這一步驟。 4）分配內(nèi)存單元 分配內(nèi)存工作單元，確定程序和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址。 5）編寫匯編語(yǔ)言源程序 根據(jù)流程圖和指令系統(tǒng)編寫源程序。編寫源程序時(shí)，力求簡(jiǎn)單明了，層次清晰。 6）調(diào)試程序源程序編制好以后，必須上機(jī)調(diào)試。先將源程序通