【導(dǎo)讀】速公路行車安全中具有良好的前景，因此引起了研究人員的廣泛關(guān)注。根據(jù)超聲波測量距離系統(tǒng)，給出了汽車測距防撞報警系統(tǒng)的設(shè)計。要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，15％的汽車碰撞事故是因。倒車時汽車的后視能力不良造成的。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測。障礙物的倒車?yán)走_便成為近些年來的研究熱點。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確。為此，設(shè)計了以單片機為核心，利用超聲波實現(xiàn)無。接觸測距的倒車?yán)走_系統(tǒng)。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機械波，具有穿透性。強，衰減小，反射能力強等特點。工作時，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行。比衰減，因此，距離越遠，靈敏度越低，從而使超聲波測距方式只適用于較短距離?？诓考?，介紹了基于STC89C52單片機的超聲波測距器。相比，電路變得精簡，調(diào)試變得相對容易。測距器使用數(shù)碼管顯示目標(biāo)物的距離。

　　

【正文】 圖 主程序流程圖 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，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)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是 1μs，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ 2）計算 ，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取 20℃是 否 是 否 是 上電復(fù)位 延時等待 蜂鳴器響 200ms 定時器 0 初始化 中斷 0 初始化 全局中斷打開 報警設(shè)定模式 設(shè)定報警值 發(fā)送 4 個超聲波 等待接收 接收標(biāo)志位 顯示 0 數(shù)碼管顯示距離 超過限制 蜂鳴器報警 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 時的聲速為 344 m/s 則有： d=(ct)/2=172T0/10000cm (2) 其中， T0 為計數(shù)器 T0 的計算值。 測出距離后結(jié)果將以十進制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用 C 語言編寫。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作 用是通過 端口發(fā)送 2 個左右超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0 停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次 測距不成功。 前方測距電路的輸出端接單片機 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 INT1 端口，同時單片機 和 接到 IC3A 的輸入端，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： receive1： push psw push acc clr ex1 ；關(guān)外部中斷 1 jnb , right ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序 jnb , left ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序 return： SETB EX1；開外部中斷 1 pop. acc pop. psw reti right： ...；右測距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp. return left： ... ；左測距電路中斷服務(wù)程序入口 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收 電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為 ～，測距儀最大誤差不超過 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要 求。軟件的調(diào)試程序見附錄一 本章小結(jié) 利用 C52 系列單片機的功能開發(fā)出來的產(chǎn)品，經(jīng)過一系列的測試與調(diào)節(jié)，具有比較高的準(zhǔn)確性，適合大眾化汽車使用，其檢測范圍在 8～ O． 3 m 之間，誤差可以控制在 4o． 05 m，這個誤差在實際使用是可以接受的。若想得到更高的精度，可要選用處理速度高的 DSP 芯片或高頻率的 MCU 運算芯片、靈敏度比較高的鎖定信號芯片、響應(yīng)速度快的超聲波收發(fā)傳感器，而這些芯片一般應(yīng)用在機器人設(shè)計的場合比較多。 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 結(jié) 論 超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù) 超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。 超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用 STC89C52 或其兼容系列。采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路 輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。 超聲波發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻 R1O、 R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能 力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測接收電路 主要是由 集成電路 CX20206A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用 CX20206A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。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。 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語 言程序黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 前 方測距電路的輸出端接單片機 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 INT1 端口，同時單片機 和 接到 IC3A 的輸入端，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。 超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器 的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 在元件及調(diào)制方面， 由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 參考文獻 [1]胡萍 .超聲波測距儀的研制 .計算機與現(xiàn)代化， [2]時德剛，劉嘩 .超聲波測距的研究 .計算機測量與控制， [3]華兵 .MCS51 單片機原理應(yīng)用 .武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社， 2020 .5 [4]李華 .MCU51 系列單片機實用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6 [5]陳光東 .單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學(xué)出版社， [6]徐淑華，程退安，姚萬生 .單片機微型機原理及應(yīng)用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 6. [7]蘇長贊 .紅外線與超聲波遙控 .北京：人民郵電出版社， [8]張謙琳 .超聲波檢測原理和方法 .北京：中國科技大學(xué)出版社， [9]九州 .放大電路實用設(shè)計手冊 .沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， [10]樊昌元，丁義元 . 高精度測距雷達研究 .電子測量與儀器學(xué)報， [11]蘇偉，鞏壁建 .超聲波測距誤差分析 .傳感器技術(shù)， 2020. [12]永學(xué)等 .1Wire 總線數(shù)字溫度傳感 器 DS18B20 及應(yīng)用 .電子產(chǎn)品世界， [13]勝全 .D18B20 數(shù)字溫度計在微機溫度采集系統(tǒng)中的序編制 . 南京：南京大學(xué)出版社1998. 3 [14]恒清，張靖 .加 強單片機系統(tǒng)抗干擾能力的方 法 .通化師范學(xué)院學(xué)報， 2020 .10 [15]晗曉，袁慧梅 .單片機系統(tǒng)的印制板設(shè)計與抗干擾技術(shù) .電子工藝技術(shù)， 2020 .6 [16]薛紅宣 .采用軟件抗干擾設(shè)計提高微機系統(tǒng)的可靠性 .電子產(chǎn)品世界， [17]占操，梁厚琴，曹燕 .單片機系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù) .電子技術(shù)， [18]華兵 .MCS51 單片機原理應(yīng)用 .武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社， 2020 .5 [19]繼興，劉霞 .單片機系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析 .電子測量技術(shù)， 2020 [20]田華等 .可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B2 的原理與應(yīng)用 .電子質(zhì)量， [21] Tom R. Watt .Cooling our tomorrows economically ， ASHRAE Journal. [22] Army Kayla. Improving efficiency in existing chillers with optimization technology ，ASHRAE Journal. 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 [23] mutter， Eerily ， ， ， ， Refine the use of the evaporation in an experimental downdraft cool tower ， Energys .1995 [24] rtori S， ZHANG G X. Geometric Error Measurement and Compensation of of the CIRP. 1995. [25] olton W. Instrumentationamp。process measurement. Longman Scientificamp。Technical. 1991 黑 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師呂老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計期間所給予我得幫助。在我做畢業(yè)論設(shè)計期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的