【導讀】隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車倒車防撞預警系統(tǒng)勢在必行。最常見的超聲波測距法來設計的一種基于單片機的汽車倒車雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結合的方法，具有模塊化和多用化的特點。在超聲波測距系統(tǒng)功能和AT89C51單片運用的基礎上，提出了系統(tǒng)的總體構成，對。本設計論文還介紹了系統(tǒng)的軟件結構，并通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能和要求。

　　

【正文】 似，它是一個三級放大電路 。 26 圖 316 LM386 內部電路及管腳分布 第一級為 差分放大電路 ， T1 和 T T2 和 T4 分別構成復合管，作為差分放大電路的放大管； T5 和 T6 組成 鏡像電流源 作為 T1 和 T2 的有源負載； T3 和 T4 信號從管的基極輸入，從 T2 管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸 出差分電路。使用鏡像電流源作為差分放大電路有源負載，可使單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出電容的增益。 第二級為共射放大電路， T7 為放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的 T8 和 T9 管復合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構成準互補輸出級。二極管D1 和 D2 為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 引腳 2 為反相輸入端，引腳 3 為同相輸入端。電路由單電源供電，故為 OTL 電路。輸出端（引腳 5）應外接輸出電容后再接負載。 電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)射極，形成反饋通路，并與 R5 和 R6 構成反饋網(wǎng)絡，從而引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 （ 2） LM386 的引腳 LM386 的外形和引腳的排列如圖 316 所示。引腳 2 為反相輸入端， 3 為同相輸入端；引腳 5 為輸出端；引腳 6 和 4 分別為電源和地；引腳 1 和 8 為電壓增益設定端 （ 通過接在 1腳、 8 腳間的電容（ 1 腳接電容 +極）來改變增益，斷開時增益為 20） 使 用時在引腳 7 和地之間接旁路電容，通常取 10μF。 27 第四章 系統(tǒng)軟件設計 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、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。 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間， 在 超聲波測距儀的程序 設計中 ,計算距離時 較為復雜 ，程序運行時間 的計算又較為精細 ，控制程序 的編程只使用一種語言編寫并不理想 ,所以該程序采用 C 語言和匯編語言混合編程。 超聲波測距儀的算法設計 超聲波測距的原理 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。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。 在啟動發(fā)射電 路的同時啟動單片機內部的定時器 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。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖 41（ a）（ b） (c) 所示。主程序完 28 成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、 距離計算、結果的輸出等工作。 圖 41 超聲波測距系統(tǒng)的軟件設計 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 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，當主程序檢測到接收成功的標志位后，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，設計時取 20℃ 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)超聲波脈沖重復測量過程。為了有利于程序結構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 29 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閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。如果當 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 關閉，并將測距成功標志字賦值 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。 系統(tǒng)的軟硬件的調試 超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單，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，可適當調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，以適應不同距離的測量需要。根據(jù)所設計的電路參數(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)調試完后應對測量誤差和重復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。 30 結論 本 畢業(yè)設計 設計的 基于單片機的汽車 倒車雷達系統(tǒng)是保證汽車安全的輔助系統(tǒng)。 設計的最終結果是使超聲波測距儀 能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。 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。此次設計采用反射波方式。 超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括 AT80C51 單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89C51 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 驅動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅動。 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 器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。當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構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。 超聲波檢測接收電路主要是由 集成電路 CX20xx6A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 CX20xx6A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。 31 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、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)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序 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閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。如果當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 關閉，并將測距成功標志字賦值 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 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。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。 在元件及調制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調試應該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調試應該會正常工作。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，可適當調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。 32 致謝 首先，我要感謝我的李想老師在畢業(yè)設計中對我給予的悉心指導和嚴格要求，同時也要感謝學校其他老師在我畢業(yè) 設計種給我的幫助和支持。在我畢業(yè)論文設計期間，各位老師在無論是在生活還是專業(yè)知識上都給我提供了很大的幫助。在你們的幫助和關懷，我才得以順利的完成我的畢業(yè)設計，借此機會，向各位老師表示由衷的感謝。 其次，我還要感謝我的朋友。在畢業(yè)設計的短短幾月里，你們無私的向我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助，在此也衷心的謝謝你們。 最后感謝在大學三年期間，傳授我知識的老師們，感謝在學習和生活上給予我?guī)椭耐瑢W們，沒有他們的幫助就沒有我今天的驕的成績。經(jīng)過幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個?？粕漠厴I(yè)設計，由 于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，畢竟這次設計是我第一次進行全面和系統(tǒng)的設計，疏漏和不足之處在所難免，可能存在許多細節(jié)未做到及時處理，請各位老師指正，以幫助我不斷提高，不斷進步。我相信通過這次全面系統(tǒng)的設計以及在這個過程中各位老師的不斷點撥，在今后的工作中我一定會做到更好。 在此，對于給予我?guī)椭娜?，我無法一一列舉，在此一并對你們表示真心的謝意。 33 參考文獻 [1] 盛春明 .超聲波測距儀 [J].制作天地， 20xx,(5):31～ 42 [2] 曾一江 .《單片機 微機原理與接口技術 》 [J].北京： 科學 出版社， 20xx [3] 李瀚蓀 .《電路分析基礎》 [M].北京：高等教育出版社， 20xx [4]