【導(dǎo)讀】隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。擠狀況也日趨嚴(yán)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(jì)損失，本設(shè)計是利用最常見的超聲波測距法來設(shè)計的一種基于單片機(jī)的汽車。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)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(yùn)用的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的。的主要器件做了詳細(xì)說明和選擇。本設(shè)計論文還介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，并通過。編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能和要求。

　　

【正文】 ,Vi=8V to 18V 62 73 dB 輸入輸出電壓差 Vo lo=,Tj=25℃ 2 V 基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 輸出阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ 短路電流 1SC Vi=35V,Ta=25℃ 230 mA 峰值電流 1PK Tj=25℃ A 2）變壓器的選擇 電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的 220V 交流電壓 U1變換為整流電路所需要的交流電壓 U2。在本直流穩(wěn)壓電 源中，我們將 220V 的交流電壓變換為 5V。 輸出為 5V 直流穩(wěn)壓電路電源變壓器的選擇： 由于 LM7805 輸入電壓與輸出電壓的最小值 ? ? VUU oI 2m in ?? ， U 輸入電壓與輸出電壓差的最大值 ? ? VUU oI 35m ax ?? ，故 LM7805 的輸入電壓范圍為： m a xm i nm i nm a x )()( oIoIoIo UUUUUUU ?????? 即 VUV I 407 ?? VUU in ??? ，綜合考慮取 VU 222 ? （ L1:L2=100:1） 變壓器副邊電流： AII o 1max2 ?? ，取 AI ? 因此，變壓器副邊輸出功率： WUIP ?? 由于變壓器的效率 ?? ，所以變壓器原邊輸入功率 WPP 1 ?? ?，為留有余地，選用功率為 W50 的 220V/22V 型號的 變壓器 (深圳市永昌智興電子有限公司 生產(chǎn) )。 其 具體 如下表 33參數(shù)如下： 外形結(jié)構(gòu) 立式效率 (η) 電壓比 220V:22V 電源相數(shù) 單相 鐵心形狀 E 型 加工定制 是 冷卻形式 液 /油浸式 頻率特性 低頻 應(yīng)用范圍 電力 防潮方式 開放式 鐵心形式 殼式 額定功率 50（ KVA） 冷卻方式 油浸風(fēng)冷式 型號 220V/22V 變壓器繞組形式 雙繞組 品牌 220V/22V 變壓器 表 33 變壓器參數(shù) 3） 橋式整流器 的選擇 基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 整流二極管的選擇 因 Id= 1/2IL Vrm= 故 Idmax= 1/2 = Vrm= （ 1+5%） ≈3 3V 則二極管可選擇：最大正向電流 最大反向電壓 33V 綜上所述本設(shè)計選擇型號為 2W005G 的 橋式整流器 ，其具體參數(shù)如表 34 產(chǎn)品分類 RF/IF 和 RFID 橋式整流器 描述 橋式整流器 50V 2A BRIDGE 制造商 Fairchild Semiconductor 產(chǎn)品 Single Phase Bridge 峰值反向電壓 50 V 最大 RMS 反向電壓 35 V 正向連續(xù)電流 最大浪涌電流 60 A 正向電壓下降 V 最大 反向漏泄電流 5 uA 功率耗散 最大工作溫度 + 150 C 長度 mm 寬度 mm 高度 mm 安裝風(fēng)格 SMD/SMT 封裝 / 箱體 WOB4 封裝 Bulk 表 34 2W005G 橋式整流器 參數(shù) 超聲波發(fā)射電路 接收信號的大小和好壞直接取決于發(fā)射傳感器的發(fā)射信號 ,由于使用收發(fā)共 用型超聲換能器，所以除了選用性能優(yōu)良的超聲波傳感器外，發(fā)射電路和前級信 號接收電路至關(guān)重要，它決定著整個系統(tǒng)的靈敏度和精度。 超聲波測量最常用的換能器發(fā)射電路大體可分為三種類型 ：窄脈沖觸發(fā)的寬帶激勵電路、調(diào)制脈沖諧振電路和單脈沖發(fā)射電路。從早先國內(nèi)進(jìn)口的日本超聲波流量計來看，基本都采用的是窄脈沖驅(qū)動電路。這種電路在設(shè)計上一般是用一個極快速的電子開關(guān)通過對儲能元件的放電來實現(xiàn)，這些開關(guān)器件通常為晶閘管或大功率場效應(yīng)管（ MOSFET）。由于需要輸出激勵信號的瞬時功率大，因此開關(guān)器件必須由直流高壓供電，一般要達(dá)到幾十到一百伏以上，這在電池供電的系統(tǒng)中無法實現(xiàn)；此外，開關(guān)瞬間會產(chǎn)生高壓脈沖，對整個電路的抗干擾設(shè)計不利。而脈沖諧振電路設(shè)計起來比較簡單，其基本方法是用振蕩電路產(chǎn)生一個高頻振蕩 ，經(jīng)過幅值和功率放大后接至換能器，使換能器發(fā)出超聲波，確保高頻振蕩的基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 頻率與換能器固有頻率一致，則可獲得超聲發(fā)射的最佳效果。諧振電路能夠使用較低的電壓產(chǎn)生較強(qiáng)的超聲波發(fā)射，適合使用電池供電的系統(tǒng)，而且它能精確地控制發(fā)射信號，效率高。 圖 312超聲波發(fā)射電路 本設(shè)計的 脈沖發(fā)射采用軟件方式 ， 電路圖如圖 312 所示。發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成， 其中 74LS04 是一個高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間，而相對于 LSTTL 邏輯 IC，它的功耗減 小 很多 ， 單片機(jī) 40KHz 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。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 R R5一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，縮短其自由振蕩的時間。 本設(shè)計采用的是 TR4016的壓電式超聲波換能器，其主要 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 間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片振動， 使 機(jī)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。 基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 超聲波接收電路 CX20216A 集成電路介紹 集成電路 CX20216A（ 國內(nèi)同類產(chǎn)品型號 為 D20216A） 是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。常用的載 波頻率 38KHz 與測距的 40KHz 較為相近，可以利用它來做接收電路。適當(dāng)?shù)母淖?電容 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。 圖 313 CX20216A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 CX20216A 是 日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路 。 它 采用 8腳單列直插式塑料超小型封裝 ， 其 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖如圖 313所示 ， 電源電壓典型值 為 5V，最大 17V； 電源電流 ～ (典型值為 )；輸出低電平 ； 電壓增益 77～ 79dB； 輸入阻抗為 27kΩ ； 濾波器中心頻率 f0為 30～ 60kHz。其 內(nèi)部含可前置放大、自動偏置、限幅放大、通帶 濾 波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。其主要功能是從 38KHz 紅外載波信號中，將編碼信號解調(diào)出來，并加以放大和整形，然后再送到微處理器 （ CPU） 進(jìn)行處理 。 CX20216A 各引腳功能 如表 35： 引腳 名稱 功能 1 IN 信號輸入端 2 C1 RC 網(wǎng)絡(luò)連接端，該端與地串接一 RC 網(wǎng)絡(luò)，以確定前置放大器的基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 頻率特性與增益。 R阻值大， C 容量小，增益低；反之則高但 C不宜過大，否則瞬態(tài)響應(yīng)速度會降低。 3 C2 檢波電容連接端，該端與地接檢波電容，電容量大，則為平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度低；電容值小，則為峰值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈寬變動大。 4 GND 接地端 5 f0 帶通濾波器中心頻率設(shè)置端，通過該腳與電源正端接一電阻 R來確定 f0，當(dāng) R=200 千歐時，中心頻率 f0=40KHZ；當(dāng) R=220 千歐時，中心頻率 f0=38KHZ。 6 C3 積分電容連接端，該腳所接積分電容標(biāo)準(zhǔn)值為 330PF，當(dāng)電容值增大時，則外部濾波干擾增強(qiáng)，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時間增加。 7 OUT 信號輸出端，該端 口為集電極開路輸出，當(dāng)該腳與電源正端接一22 千歐的電阻時，輸出脈沖低電平的標(biāo)準(zhǔn)值約為 8 VDD 電源正端，接 +5V 表 36 CX20216A 各引腳功能 超聲波接收電路 超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計采用與發(fā)射端同型號的 TR4016壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路進(jìn)行放大。 集成芯片 CX20216A 內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。 它們的作用分別是： （ 1） 前置放大器 它是高增益的放大器，由于超聲波在空氣中直線傳輸時，傳輸距離越大，能量的衰減越厲害，故反射回來的超聲波信號的幅值會有很大的變化。為了不使放大器的輸出信號過強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動電平限制電路，對前置放大基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 器的增益進(jìn)行自動限制。通過反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動控制。 （ 2） 限度放大器 當(dāng)信號太強(qiáng)時為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時 也可消除寄生調(diào)幅干擾。 （ 3） 寬頻帶濾波器 其頻率范圍為 30Hz～ 60Hz，其中心頻率可調(diào)。 （ 4） 檢測器 將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來。 （ 5） 積分濾波器與整形電路 檢測器輸出的信號經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波。 接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現(xiàn)準(zhǔn)確的計時。 超聲波接收電路如圖 314所示。 圖 314 超聲波接收電路 距離 顯示電路 超聲波測距 顯示電路如圖 315所示。通過單片機(jī)的 、 、 三 個管腳的信號控制四個三極管的 基 極，利用三極管的開關(guān)特性，實現(xiàn)數(shù)碼管的點亮，從而實現(xiàn)動態(tài)顯示 。 單片機(jī) AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減少基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 測量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號，利用外中斷 0 口檢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 3位共陽 LED 數(shù)碼管，用于顯示車尾障礙物的距離，由單片機(jī) ～ 接 LED的 a～ g 七個筆段， ～ 選擇 端，通過軟件以動態(tài)掃描 方式顯示。 圖 315 距離顯示電路 報警電路 音頻集成 功放 LM386 簡介 LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 音頻功率放大器 。 具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。為使外圍元件最少， 電壓增益 內(nèi)置為 20。但在 1腳和 8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW，使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 （ 1） LM386 內(nèi)部電路 ： LM386 內(nèi)部電路原理圖如圖 316 所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個三級放大電路 基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計 XX 工業(yè)學(xué)院 2021 屆 畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 316 LM386 內(nèi)部電路 及管腳分布圖 第一級為 差分放大電路 ， T1 和 T T2和 T4分別構(gòu)成復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的 T8 和 T9管復(fù)合成 PNP 型管，與 NPN 型管 T10 構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)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(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻 R7 從輸出端連接到 T2 的發(fā)