【正文】 軟件方面采用數(shù)字信號 處理技術，利用算法平均值濾波和相關濾波以抑制帶超聲測距 — 汽車倒車雷達的設計 30 寬的隨機噪聲，以及在測量時間內近似呈現(xiàn)周期性的干擾并進行補償。系統(tǒng)抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個方面著手。如果超聲波的固有頻率為 40kHz， 并假設接收信號觸發(fā)閥值建立時間滯后兩個周期，如果將超聲波的固有頻率提高至200kHz,則測試誤差將縮小 5 倍。 實際測試證明，本超聲波測距儀的性能不是特別穩(wěn)定。超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。 key()。 超聲測距 — 汽車倒車雷達的設計 28 bell=1。temp[1]=0xF7。} //測 Wu 次距后取一次溫度聲速 w++。amp。 //延時 66uS，限制最小測量 ET1=1。 while(1) { TT1()。 //如 WD為 0只顯示溫度 //測距部分開始 TMOD=0X11。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 (論文 ) 27 key()。 key()。 key()。 //停止計數(shù) do{ LED_T_C(Read_Temperature())。 OFF=0xff。 bell=0。 led_1H=0。 Read_Temperature()。 //減去限制 10M 的初值 +可調誤差值 cm*=speed。 //若 1820 不存在即無法讀取溫度，聲 速＝ （取 25 度） return speed。 //采溫度 if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速 { T_C=y。 //去掉低四位即為整數(shù)溫度值，無需* return c。 // 跳過多傳感器識別 skio rom write(0x44)。 // 跳過多傳感器識別 skio rom write(0xBE)。 主要部分程序流程圖 如圖 51 所示 實現(xiàn)重要功能的程序的分析 實現(xiàn)溫度讀取功能 uint Read_Temperature(void) //讀取 溫度 ,返回整數(shù)值 { uint c。目前，支持硬斷點的單片機仿真器已能很好的進行 C語言程序調試，為使用 C 語 言進行單片機編程提供了便利條件。在 C語言的可讀性方面更容易借鑒前人的開發(fā)經驗，提高程序的開發(fā)水平。 C語言是一種編譯型的程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。匯編語言由于是面向機器的程序設計語言，與具體的計算機硬件有著密切的關系，因此，可移植性差。 程序完成的功能 本次設計的程序需要完成的功能有： （ 1）超聲波的發(fā)射和接受控制 （ 2）消除余振 （ 3）對回波信號的檢測 （ 4）測距時間到距離的換算 （ 5）距離的顯示 （ 6）對距離進行判斷 編程語言的選擇 在編程語言的選擇上，我主要考慮使用我所學過的匯編語言和 C 語言。 圖 9 考慮到本設計的實際需求，系統(tǒng)只需提供簡單的嘀嘀聲作為報警信號即可。而動態(tài)顯示驅動就是給欲點亮的 LED 通以脈沖電流，即采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的 COM 端，使各個顯示器輪流點亮，這時LED的亮度就是通斷的平均亮度。所謂靜態(tài)顯示驅動，就是給要點亮的 LED 通以恒定的電流，即每一位LED顯示器各引腳都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O 接口，單片機只需要把要顯示數(shù)字的段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可。最簡單的顯示器可以使 LED 發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關量信息，而復雜的較完整的顯示器應該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD 液晶屏。 CX20206A 接收超聲波具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力，可以滿足 超聲波接收電路的要求。 超聲波接收電路 超聲波換能器接收到反射回來的超聲波信號后，會轉換為電信號，此時的信號比較弱，需要放大整形等一系列處理才能輸入單片機完成相應的信息處理。該引腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 5 腳：為帶通濾波器調整端。但 C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參超聲測距 — 汽車倒車雷達的設計 18 數(shù)為 R1=， C1=1μ F。該引腳和地之間連接光電二極管，輸入阻抗約40kΩ。本具體電路如圖 5 所示。另外，為了更便于觀測本設計調試中的現(xiàn)象，用三個發(fā)光二級管來觀察調試結果，以本設計的程序來說明，當大于2m 時是安全距離，綠燈亮，當在 到 2m 之間時，黃燈亮，當在 1m 到 之間時，危險距離，開繼電器，紅燈亮，啟動報警電路。超聲波的接收信號選用 CX20206 芯片處理。 5l 系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統(tǒng) 該系列單片機引 腳與封裝如圖 21 所示。 5l 系列單片機提供以下功能： 4 kB 存儲器； 256 BRAM； 32 條工／ O 線； 2個 16b 定時／計數(shù)器； 5 個 2 級中斷源； 1個全雙向的串行口以及時鐘電路。本設計由于超聲波采用軟件驅動，僅需要一個定時器，一個計數(shù)器，常用的 51系列單片機滿足需要。 TCT4016T/R的性能指標如下表所示： 型號 T4016T T4016R 功能 發(fā)射 接收 中心頻率 40khz（ %誤差） 40khz（ %） 聲壓 114dBmin 靈敏度 68dBmin 電容 2500pf（ 20%） 2500pf（ 20%） 最大電壓 20v 20v 指向性 60?（ 25%） 60?（ 25%） 工作溫度 零下 20?至 70? 零下 20?至 70? 表 1 TCT4016T/R 的指向特性如圖 3所示： 圖 3 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 (論文 ) 13 單片機的選擇 單片機是系統(tǒng)軟件的載體，是控制系統(tǒng)的核心。以石英晶片為例，當溫度達至 +290C? 時靈敏度可降低 6％。本設計采用 40KHZ的探頭 TCT4016TR1 （ 2）靈敏度 超聲測距 — 汽車倒車雷達的設計 12 靈敏度的單位是分貝 (dB)，數(shù)值為負，它主要取決于晶片材料及制造工藝。 整個系統(tǒng)結構框圖如圖 2 所示： 圖 2 系統(tǒng)框圖 超聲波探頭的中心頻率 及主要參數(shù) 一、主要參數(shù) （ 1）中心頻率 中心頻率，即壓電晶片的諧振頻率。 又知道超聲波傳播的距離為 : vtS?2 (23) 式中 :v— 超聲波在介質中的傳播速度； t— 超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間。聲速確定后， 只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。同時，超聲學的發(fā)展又太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 (論文 ) 9 為這些學科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。因此，超聲和電磁輻射及粒子轟擊一起列為研究物質微觀結構和微觀過程的三大重要手段。超聲振動本身就是一種機械運動，因此，超聲方法也是研究物質結構的一個重要途徑。超聲波治療以療效獨特，長期治療無毒副作用的安全特性見長，在肢體運動康復、心腦血管疾病治療方面有著獨特的優(yōu)勢，其體外無創(chuàng)的物理治療手段比較適合在社區(qū)、醫(yī)院運用。超聲波治療時將超聲波能量作用于人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復的目的。目前所用的超聲波清洗機中，空化作用和直進流作用應用得更多。 超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。 上面所描述的 裝置 叫做 超聲顯微鏡。超聲波測厚，是根據(jù)超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料 分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時 長 來確定被測材料的厚度。 如今，超聲波已廣泛應用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農業(yè)上有很多的應用。 材料科學的發(fā)展，使得應用 頻率非常高 的壓電換能器也由 最初的 天然壓電晶體發(fā)展到 價格低廉、性能 優(yōu)越、機電耦合系數(shù)高 的 塑料壓電薄膜 (PVDF)、 壓電陶瓷、 壓電半導體以及人工壓電單晶 等。 人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和夜哨等機械型超聲波換能器。 當然，以上的故事是個美麗的楔子。只有當耳朵被堵住時，蝙蝠就不能分辨障礙物。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 (論文 ) 5 意大利科學家斯帕拉捷習 慣晚飯后到附近的街道上散步。 本 設計采用 第一種方法 。 利用超聲波測距原理，測量汽車倒車時的安全距離，當車輛與后方車輛的距離小于安全距離時，發(fā)出聲光報警，并顯示車輛與后方車輛的距離，提醒駕駛員及時采取減速、制動等措施，從而達到避免車輛與后方車輛的碰撞等事故。 并且現(xiàn)在某些高檔車上已經開始逐步安裝使用這款裝置。 這 時，駕駛 員 只需 要 確認 導航系統(tǒng) 提供 的 停 車位置。 縱觀完整停車過程 ，駕駛 者 換到倒檔后，導航 裝置 會 從頭到尾 地監(jiān)測汽車的 角度 和 位置 。 汽車工業(yè)的 快速發(fā)展對 輔助倒車領域 產生立極大影響 ， 很多國家 已經出現(xiàn)了停車入位導航 設備 。一些核心 元器件，國內相同產品達不到國外水平或者無法生產 。這一代倒車雷達是專門為高檔轎車生產的。結合了前幾代產品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知 2米以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。這一代的倒車雷達有一個質的飛躍，可以看清車體與障礙物之間的實際距離和其圖像效果。這代產品比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。在倒車時，蜂鳴器發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲，這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。只超聲測距 — 汽車倒車雷達的設計 2 要司機掛上倒車檔，喇叭就會響起，提醒周圍的人注意。 我國倒車雷達從 2020 年開始起步，從最初只是 法拉利 、 保時捷 等高檔車的專屬配置 ， 到今天 成為許多 經濟型轎車 的 常用配置 。 隨著社會飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，汽車愈來愈成為人們不可缺少的最常用的交通工具，交通安全問題變的日益嚴重。 對未來做合理預測 ，超聲波測距儀 將成 為一種 嶄新 的 極其實用 的 測距儀器 ，在 很多領域都將有很大的發(fā)展空間， 更加高定位高精度 將成為其 方向發(fā)展，以滿足日 益發(fā)展的社會需要，如倒車雷達，工地及工業(yè)現(xiàn)場，聲納探測等方面都有其廣泛的應用，經濟，軍事，文化方面都有重要的應用價值。本設計由 AT89C2051 單片機控制時間計數(shù)，計算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間，利用超聲波在空氣中的傳輸速度，從而得到實測距離。 2）進行器件選擇，電路設計與制 作工作并進行系統(tǒng)聯(lián)調 . 內容： 了解超聲波測距儀的原理；根據(jù)超聲波測距儀原理設計出超聲波測距儀的硬件結構電路；對設計的電路進行分析能夠產生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法實現(xiàn)測距；編寫主程序和中斷服務程序；以數(shù)字的形式顯示測量距離；總體分析設計方案。在新的世紀里，面貌一新的 測距儀 將發(fā)揮更大的作用。展望未來，超聲波 測距儀 作為一種新型的非 常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求 。 本設計（論文）和資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 特此申明。 現(xiàn)階段 聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標識別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。 主要任務：提高超聲波測距精度，減小測量盲區(qū)和擴大應用范圍。 3．主要參考文獻 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 (論文 ) III [1] 張永瑞 . 電子測量技術基礎 [M ]. 西安電子科技大學出版社 , 1994. [2] 汪德彪 . MCS 51單片機原理及接口技術 [M ]. 電子工業(yè)出版社 , 2020. [3] 徐英慧 ,等 . ARM 嵌入式系統(tǒng)設 計 ——— 基于 S3C2410 與 Linux[M ]. 北京航空航天大學出版社 , 2020.