【導(dǎo)讀】筑物等帶來更大程度的可靠性。沒有它，我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其。無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是。一種專業(yè)可以發(fā)展的最大動(dòng)力。觀不連續(xù)性的有效通用方法。由于其信號的高頻特性，超聲波檢測早期僅使用模。字化采集和分析成為可能。隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲波檢測儀器。隨后具有檢測，記錄，存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測。分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。機(jī)可發(fā)揮它一機(jī)多用的各種功能，這實(shí)際上是最大的節(jié)約。器設(shè)置，還不如單獨(dú)的超聲儀，計(jì)算機(jī)可充分發(fā)揮各自特點(diǎn)。聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。該超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)初步計(jì)劃是小范圍的測距。頭內(nèi)），諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。作在諧振頻率，達(dá)到最優(yōu)的特性。探測近表面缺陷時(shí)或?qū)Ψ直媪τ休^高要求時(shí)應(yīng)予采用。指向角θ越小，空間分辨率越高，則要求傳感器半徑r越大。

　　

【正文】 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(shí)間，在這個(gè)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 考慮到提供系統(tǒng)資源的利用率，顯示采用動(dòng)態(tài)顯示法實(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 口作為 LED 的字形輸出口， PC口作為 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型碼的地址偏移量預(yù)先制表放入。流程圖及部分源程序如下： 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 圖 47 子程序流程圖 DISP： MOV DPTR， 7F00H ；指向 8155 控制口 MOV A， 0DH ； 8155 初始化 MOVX @DPTR， A MOV R7， 01H ；從右邊第一位顯示器開始 MOV R1， 30H ；顯示緩沖區(qū)首地址送 R1 LOOP： 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 ；指針指向下一緩沖單元 MOV A， R7 JB ， RETURN ；判斷是否到最高位？返回 外部中斷入口 關(guān)閉外部中斷 讀取 T0時(shí)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 蜂鳴報(bào)警 返回 N Y 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 RL A ；不到，左移一位 MOV R7， A AJMP LOOP ；繼續(xù)掃描 RETURN： RET TAB： DB 0C0H， 0F9H， 0A4H， 0B0H， 99H DB 92H， 82H， 0F8H， 80H， 90H DB 88H， 83H， 0C6H， 0A1H， 86H DB 8EH， 0BFH， 8CH， 0FFH 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 5 電路調(diào)試及誤差分析 電路的調(diào)試 通過多次實(shí)驗(yàn)，對電路各部分進(jìn)行了測量、調(diào)試和分析。 首先測試發(fā)射電路對信號放大的倍數(shù)，先用信號源給發(fā)射電路輸入端一個(gè)40kHz 的方波信號，峰 峰值為 。經(jīng)過發(fā)射電路后，其信號峰 峰值放大到10V左右。 40kHz 的方波驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到 40kHz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入端產(chǎn)生 一個(gè)中斷請求信號。 該測距電路的 40kHz方波由單片機(jī)編程產(chǎn)生，方波的周期為 1/40ms，即 25181。s，半周期為 。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz方波。由于 12M 晶振的單片機(jī)的時(shí)間分辨率是 1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s或 13181。s 的方波信號，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。 系統(tǒng)的誤差分析 聲速引起的誤差 聲波是媒質(zhì)中傳播的質(zhì)點(diǎn)的位置、壓強(qiáng)和密度對相應(yīng)靜止值的擾動(dòng)。高于20kHz 時(shí)的機(jī) 械波稱為超聲波，媒質(zhì)包括氣體、液體和固體。流體中的聲波常稱為壓縮波或壓強(qiáng)波，對一般流體媒質(zhì)而言，聲波是一種縱波，傳播速度為 2Ec???????? (51) 式 (51)中 E為媒質(zhì)的彈性模量，單位 kg/mm2； ρ為媒質(zhì)的密度，單位 kg/mm3；E 為復(fù)數(shù)，其虛數(shù)部分代表損耗 。 c 也是復(fù)數(shù)，其實(shí)數(shù)部分代表傳播速度，虛數(shù)部分則與衰減常數(shù) (每單位距離強(qiáng)度 或幅度的衰減 )有關(guān)，測量后者可求得媒質(zhì)中的損耗。聲波的傳播與媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗以及形狀大小 (產(chǎn)生折射、反射、衍射等 )有關(guān)。 從式 (51)可知，聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關(guān)，因此，利用基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 聲速測量距離，就要考慮這些因素對聲速影響。在氣體中，壓強(qiáng)、溫度、濕度等因素會(huì)引起密度變化，氣體中聲速主要受密度影響，液體的深度、溫度等因素會(huì)引起密度變化，固體中彈性模量對聲速影響較密度影響更大，一般超聲波在固體中傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。氣體中聲速受溫度的影響最大。 聲速受溫度的影響為 20 1 273cc? ??????????????? (52) 圖 51 根據(jù)上式測量的溫度 聲速圖。 圖 51 空氣中溫度 聲速圖 由式 (52)和圖 51 可見，當(dāng)溫度 θ 從 0～ 40℃變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生 7%的聲速變化，因此，為了提高測量準(zhǔn)確度，計(jì)算時(shí)必須根據(jù)溫度進(jìn)行聲速修正。工業(yè)測量中，一般用公式計(jì)算超聲波在空氣中的傳播速度，即 331 ? ??? (53) 單片機(jī)時(shí)間分辨率的影響 不管是查詢發(fā)射波與回波，還是由其觸發(fā)單片機(jī)中斷再通過軟件啟停定時(shí)器，都需要一定的時(shí)候，中斷的方式誤差相對要小一些。 相對而言，單片機(jī)的時(shí)間分辨率還是不太高，如晶振頻率為 12MHz 時(shí)，時(shí)間分辨率為 1181。s。 隨機(jī)誤差 由于測量過程中的隨機(jī)誤差是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律變化的，為了減少其影響，可 在同一位置處多次重復(fù)測量 xi，然后取平均值 x作為測量的真值 [6]。 提高測距精度的方法 上 節(jié)分析了超聲波測距系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的一些原因，如何提高測量精度是超聲基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 測距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測距精度的措施如下： 第一、 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 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，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，速度快，脈沖發(fā)射周期可選短些。 第二、 在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié) (AGC)及自動(dòng)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。 第三、 提高計(jì)時(shí)精度，減少時(shí)間量化誤差。 如采用芯片計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時(shí)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(shí)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 6MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 ，此時(shí)在空氣中的測距時(shí)間量化誤差為；當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 1MHz，此時(shí)測距時(shí)間量化誤差為 。若采用 外部硬件計(jì)時(shí)電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時(shí)間量化誤差更小 [7]。 第四、 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、壓力等因數(shù)有關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對其進(jìn)行補(bǔ)償。 溫度傳感器 LM92 的溫度測試分辨率為 ℃， － 10℃至 +85℃準(zhǔn)確度為177?！妫?I2C總線接口。用 AT89C51 的通用 I/O 端口能很容易的模擬 I2C 總線的讀寫時(shí)序， LM92 高精度溫度測量能很好的補(bǔ)償超聲波在不同溫度的傳播速度。 由 LM92 溫度傳感器和單片機(jī)組成的高精度超聲波測距已應(yīng)用在各種高精度 測距的場合，如自動(dòng)氣象站中水氣日蒸發(fā)量的測試、自動(dòng)任意形狀物體密度測試儀等，它具有測試速度快，能達(dá)到毫米級的測量精度等優(yōu)點(diǎn)，在工程上的開發(fā)與應(yīng)用前景廣闊 [8]。 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 結(jié)束語 本課題介紹了一種基于 51 單片機(jī)的 倒車防撞 系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)。給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。 超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細(xì)地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、檢測方式以及它的一些特性。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計(jì)測距電路。單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制部分，采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51 芯片。驅(qū)動(dòng) 超聲波傳感器的 40kHz 的方波信號，就是由單片機(jī)編程產(chǎn)生的。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74HC04 六反向器，通過它對單片機(jī)產(chǎn)生的方波信號進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)傳感器工作。接收電路采用的是 LM741，通過接收電路對接收到的信號進(jìn)行放大和整形，最終再輸出負(fù)脈沖給單片機(jī)響應(yīng)中斷程序。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是 動(dòng)態(tài)顯示 方式，并用單片機(jī)軟件譯碼。單片機(jī)內(nèi)部采用 匯編 語言編程，方波信號的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。 本課題所設(shè)計(jì)的超聲波測距系統(tǒng)具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。 測距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動(dòng)控制場合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)。 總體來說，最重要的是在本課題的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多知識，從中受益匪淺。了解了超聲波傳感器的原理，學(xué)會(huì)了各種放大電路的分析、設(shè)計(jì)，也掌握了單片機(jī)的開發(fā)過程和利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的方法。對一塊電路板的設(shè)計(jì)、焊板、調(diào)試、改進(jìn)等整個(gè)過程，有了更深入的理解和掌握。這些對我今后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大幫助的。 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是郭娜老師考慮到 學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。通過這次訓(xùn)練，提高了自己的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和編程水平，為學(xué)生日后順利進(jìn)入單片機(jī)這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生收獲頗多，這與郭老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。郭老師公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo)，敦敦教誨，身體力行，實(shí)在令學(xué)生欽佩感動(dòng)不已！特此，學(xué)生鄭重向郭老師表示感謝！ 另外，學(xué)生還要感謝機(jī)電系其他老師以及幫助過我的同學(xué)，他們在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！ 基于 51 單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 參考文獻(xiàn) [1] 王秋爽，曾昭龍等 .單片機(jī)開發(fā)基礎(chǔ)與經(jīng)典設(shè)計(jì)實(shí)例 .機(jī)械工業(yè)出版社 . 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