【導讀】快、靈敏度高的倒車雷達勢在必行。機結(jié)合起來，利用超聲波的發(fā)射與接收電路實現(xiàn)無接觸測距。波速有影響，使用DS18B20構(gòu)成的溫度測量電路，通過溫度補償法對速度進行校正，示的距離控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率。介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)更便攜、可靠和經(jīng)濟。

　　

【正文】 程序 從距離計算公式 c)/20xx(timeS ?? 中可以很明顯看出來，如果想要得到具體的距離的值，一個是求出超聲波發(fā)射與接收所需要的時間 time，另一個就是求出超聲波的波速 v ，由于超聲波的波速與溫度有關，所以在主函數(shù)中利用溫度補償公式 ??? （ ltemp 代表溫度）來提高測量精度。 {0, 0,0, 0}]l_d isbu ff [ ?是從顯示緩沖區(qū)定義的距離。距離計算子程序代碼如下所示： void Conut(void) { time=TH0*256+TL0。//計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進制 TH0=0。 TL0=0。 S=(time*c)/20xx。//算出來是 mm if((S=7000)||flag==1) //超出測量范圍顯示“ ” { flag=0。 DisplayOneChar(10,1,39。39。)。 DisplayOneChar(11,1,39。.39。)。 DisplayOneChar(12,1,39。39。)。 DisplayOneChar(13,1,39。39。)。 DisplayOneChar(14,1,39。39。)。 DisplayOneChar(15,1,39。M39。)。} else { l_disbuff[0]=S%10000/1000+0x30。 l_disbuff[1]=S%1000/100+0x30。 l_disbuff[2]=S%100/10+0x30。 l_disbuff[3]=S%10+0x30。 DisplayOneChar(10,1,l_disbuff[0])。 DisplayOneChar(11,1,39。.39。)。 DisplayOneChar(12,1,l_disbuff ]1[ )。 DisplayOneChar(13,1,l_disbuff ]2[ )。 DisplayOneChar(14,1,l_disbuff ]3[ )。 DisplayOneChar(15,1,39。M39。)。 } } 計算距離程序流程圖如圖 52 所示 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 24 開 始結(jié) 束將 t i m e 換 成 十 進 制計 算 S = ( t i m e * c ) / 2 0 0 0顯 示 . MS 4 0 0 0 或 f l a g = 1YN顯 示 測 得 的 距 離 圖 52 計算距離程序流程圖 顯示子程序 在 顯示 模塊中 ， 本系統(tǒng)采用 LCD1602 液晶顯示器 來顯示測得的距離和環(huán)境溫度 ，函數(shù) （）CharDisplayOne 是一個指定 位置 的字符顯示， 函數(shù) （）tCharDisplayLis 是一個指定的字符 串 顯示 ，在整個顯示模塊中，先對 LCD 進行初始化，然后進行 顯示的設置，顯示 子 程序代碼如下所示： void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData) {//按指定位置顯示一個字符 Y amp。= 0x1。 X amp。= 0xF。 //限制 X 不能大于 15， Y 不能大于 1 if (Y) X |= 0x40。 //當要顯示第二行時地址碼 +0x40。 X |= 0x80。 //算出指令碼 WriteCommandLCD(X, 0)。 //這里不檢測忙信號，發(fā)送地址碼 WriteDataLCD(DData)。 } void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData) {// 按指定位置顯示一串字符 unsigned char ListLength。 ListLength = 0。 Y amp。= 0x1。 X amp。= 0xF。 限制 X 不能大于 15， Y 不能大于 1 while (DData[ListLength]=0x20){ //若到達字串尾則退出 if (X = 0xF){ //X 坐標應小于 0xF 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 25 DisplayOneChar(X, Y, DData[ListLength])。 //顯示單個字符 ListLength++。 X++。 } } } 顯示程序流程圖如圖 53 所示 開 始LCD初 始 化延 時定 義 溫 度 顯 示緩 沖 區(qū) ly_dis[4]在 第 一 行 顯示 環(huán) 境 溫 度結(jié) 束定 義 距 離 顯 示緩 沖 區(qū) l_disbuff[4]在 第 二 行 顯示 測 的 距 離 圖 53 顯示程序流程圖 超聲波測距模塊啟動函數(shù) 超聲 波測 距模 塊 HCSR04 ，與 STC89C52 單 片機 P2^0 與 P2^1 管腳 連接 ，1P2^0TX ?? ，超聲波測距 系統(tǒng)的啟動功能模塊為 )(eStartMod ul ，在主函數(shù)開始后將不斷地循環(huán)運行，用以實現(xiàn)整個倒車雷達系統(tǒng)的距離測量功能。 void StartModule()//啟動模塊 { TX=1。 //啟動一次模塊 _nop_()。 _nop_()。?? ??_nop_()。 TX=0。 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 26 } 報警子程序 報警模塊是保證整個倒車測量系統(tǒng)安全性的重要部分，在程序中設置警戒值，由于此系統(tǒng)利用超聲波測距模塊的測量范圍是 4cm 到 4m，在該系統(tǒng)中設置警戒值是 ，程序中把計算出的距離與警戒值相比，如果小于警戒值，那么蜂鳴器報警，否則不報警，報警代碼如下： if(S=500) { SPK=0。 delay(50000)。//開啟蜂鳴延時 delay(50000)。 SPK=1。 delay(50000)。//關閉蜂鳴延時 delay(50000)。 } 獲得溫度子程序 本系統(tǒng)在編寫測溫程序時，利用單片機模塊化編程，建立了 的頭文件，在源文件中直接引入 DS18B20 頭文件 include即可。在頭文件中有延時函數(shù)、 DS18B20 初始化函數(shù)、讀寫一位字節(jié)函數(shù)、獲得溫度函數(shù) tmp（）、發(fā)送溫度轉(zhuǎn)化命令函數(shù) tmpchange（）等。在主函數(shù)中調(diào)用 tmpchange（）函數(shù)及 tmp（）函數(shù)并在LCD 上顯示溫度。獲得溫度程序代碼如下所示： int tmp() { int temp。 uchar a,b。 dsreset()。//DS18B20 初始化函數(shù) delayb(1)。//延時函數(shù) tmpwritebyte(0xcc)。 tmpwritebyte(0xbe)。//發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 a=tmpread()。//連續(xù)讀兩個字節(jié)數(shù)據(jù) b=tmpread()。 temp=b。 temp=8。 temp=temp|a。//兩字節(jié)合成一個整型變量。 return temp。//返回溫度值 } 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 27 溫度 測量 流程圖如圖 54 所示。 開 始結(jié) 束溫 度 初 始 化延 時發(fā) 送 讀 取 數(shù) 據(jù) 命 令讀 兩 個 字 節(jié) 數(shù) 據(jù)兩 字 節(jié) 合 成 一 個 整 型變 量返 回 溫 度 值 圖 54 獲得溫度流程圖計算機信息工程學院畢業(yè)論文 28 第 6 章 測量結(jié)果與誤差分析 測量結(jié)果 表 61 誤差數(shù)值表 (環(huán)境溫度 24℃ ) 實際距離（ m） 測量距離（ m） 平均誤差 (m) 誤差分析 傳感器是目前使用較為普遍的傳感器之一，主要應用的領域是利用超聲波定位、測距防撞、測量海底地貌、交通測速等多種方面。超聲波測距模塊市場上現(xiàn)在很多，其價格低廉、結(jié)構(gòu)易學等優(yōu)點深受人們的歡迎。從原理上講，使用最為廣泛，在測量過程中，超聲波傳感器發(fā)射超聲波被傳播到空氣中的測定對象物，接收由超聲波換能器的反射脈沖反射后，從發(fā)射器到接收器的時間的超聲波脈沖的測量，已知的超聲波速度，從被測物體計 算的前提下，在空氣中的超聲波傳播速度的溫度，因此很難準確地捕捉到的超聲波回波，導致超聲波的傳播時間，很難精確地測量的空氣。這些因素使超聲波測距的精度和范圍的影響。根據(jù)差聲波測距原理，測量誤差的來源主要有以下幾種 [24]： （ 1）環(huán)境溫度對超聲波波速的影響： 超聲波由壓電陶瓷芯片振動產(chǎn)生，在傳播過程中，受傳播介質(zhì)影響很大。在此超聲波倒車雷達測距系統(tǒng)中，介質(zhì)就是空氣，在本文 章節(jié)中已分析得出，超聲波的傳播速度與空氣的溫度 、密度等因素有關，特別受溫度影響最大，因此，為提高測量準確率，需要對測量系統(tǒng)添加溫度補償。 （ 2）啟動發(fā)射和啟動計時之間的偏差： 在本系統(tǒng)中當超聲波開始發(fā)射時，理論上此時就開始計時，但是基于當單片機運行時不可能同時能處理兩個事件，所以從發(fā)射到計時這期間是存在時間間隔的，但是，在軟件方面可以彌補此問題，用代碼提高運行速度，偏差幾乎可以忽略。 （ 3）收到回波到被檢測出的滯后： 測距系統(tǒng)的反應靈敏度與測量準確率，與系統(tǒng)的信號滯后有關，所謂信號滯后就是從超聲波接收器接收到反射回來的聲波到系統(tǒng)電路確認并相應處理給出輸 出信號的計算機信息工程學院畢業(yè)論文 29 時間延遲，這也是超聲波測距系統(tǒng)最重要的部分，與反射回來的聲波信號強度、電路設計原理以及電路的靈敏度有關。如果系統(tǒng)靈敏度較低，可能會對測量距離有影響，因為反射信號的強度值與超波的距離平方成比例關系，而如果系統(tǒng)靈敏度設置較高的話，就會有可能無法正確分辨噪聲信號和反射信號，從而將不必要的噪聲誤差帶入系統(tǒng)，降低系統(tǒng)準確率。系統(tǒng)誤差主要來源于靈敏度所帶來的誤差。 （ 4）計時器本身的誤差 : 因為大多數(shù)單片機使用一個晶體振蕩器，范圍是 2050PPM水平的穩(wěn)定性和精確度，對于聲音而言，這帶來的誤差是毫米級（ 10us的對應于聲音的 340m/s 的速度）的。為了減少這種誤差，定時的最小單位應該提高，從而降低了量化誤差，以及良好的質(zhì)量晶體的選擇是前提。 （ 5）超聲波回波聲強度影響 : 然后返回測得的這段距離與超聲波回波的強弱有關，因為我們不能確定測得的回波是不是第一個回波，然而這個錯誤不能從根消除，但可以調(diào)整脈沖數(shù)和脈沖串的比較電壓基于測量的距離，以減少這種誤差動態(tài)調(diào)整的。 提高測量精度方法 想要提高整個系統(tǒng)的測量精度，我們必須從組成系統(tǒng)的主要模塊入手，在本設計中，核心單元是單片機 STC89C52RC 控制模塊，另外還 有超聲波的發(fā)射與接收模塊、溫度測量模塊、 LCD 液晶顯示模塊等部分。在保證每個單元都能正常工作的條件下，我們可以從硬件和軟件方面入手提高整個系統(tǒng)的測量精度 [25]： （ 1）選擇合適的超聲波的發(fā)射頻率計脈沖周期，通常超聲波測距 40KHz 的選擇發(fā)射機脈沖更適當?shù)墓ぷ黝l率一般應比在空氣循環(huán)超聲波傳播更大的 10倍以上，考慮到通帶和傳感器噪聲抑制，選擇一個傳輸脈沖為 1ms，從這可以看出，正確的選擇超聲波的頻率是非常關鍵的。 （ 2）在 一系列的超聲波接收增益調(diào)整電路和負反饋的自動增益控制部分，由于所接收的超聲波的傳播距離增加，信號振幅指數(shù)衰減，從而使利用調(diào)整電路的增益的測定倍率的距離增加從電路成倍增加，進而使波形幅度的接收機不使用的距離測量的變化，并在使用電流的負反饋回路可以使接收波形更穩(wěn)定的大幅度變化而變化。 （ 3）提高計時精度，減少時間量化誤差。計時精度主要與定時器有關，單片機上的定時器計數(shù)的準確性，直接決定了測量的時間誤差。例如：微控制器內(nèi)置計時器只計算晶振頻率第十二次的頻率，當晶振頻率為 6MHz，計數(shù)頻率為 帶內(nèi)經(jīng)過漫長的時間在空中量化誤差 毫米；當振蕩器的頻率是 12MHz 的時候，計數(shù)為 1MHz 的頻率，在這個距離的時間量化誤差是 毫米。所以一個辦法就是用定時電路，而在單片機上可以用晶體頻率，從而把誤差降到最低。計算機信息工程學院畢業(yè)論文 30 結(jié)論 基于單片機設計的 STC89C52RC 汽車倒車雷達，設計中首先介紹了超聲波測距的知識，其次給出了系統(tǒng)的總體設計方案，并從系統(tǒng)的硬件和軟件設計思路，提高完善了系統(tǒng)的解決方案。在整個超聲波實現(xiàn)無接觸測距倒車雷達系統(tǒng)設計中，超聲波測距模塊 HCSR04，超聲波發(fā)射電路主要由 5 個反相器 74LS04 和超聲波發(fā) 射換能器 T40 構(gòu)成，超聲波接收電路由超聲波傳感器 R兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成，這個模塊是設計中的關鍵模塊。 本設計中測距顯示模塊采用的是單片機動態(tài)掃描方式將測得距離在 LCD 上以 4 位顯示出來的，并利用蜂鳴器報警電路對設置界限的距離進行報警。系統(tǒng)的運行環(huán)境利用 Keil 編程軟件來完成的，程序所用的語言是 C 語言，程序內(nèi)容包括 40kHz 方波信號的產(chǎn)生、讀取超聲波傳送回波的時間、計算距離、測量環(huán)境溫度、 LCD 顯示距離及溫度、蜂鳴器報警等模塊組成。本設計所設計的汽車倒車雷達系統(tǒng)的測距精度能達到 mm 級的精度，能夠較 精確的進行距離的測量，并且在利用了超