【正文】 本系統(tǒng)具有測(cè)量精確、性能穩(wěn)定、成本低廉、電路簡(jiǎn)單實(shí)用等特點(diǎn)，能滿足駕駛員在實(shí)際倒車中的需求。這樣，不僅外圍元件較少，電路簡(jiǎn)單，而且具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。我查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，在深入理解超聲波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上，提出了基于 89c51 單片機(jī)的倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)的整 體設(shè)計(jì)方案。這是一種綜合能力的培養(yǎng)，通過(guò)這個(gè)可以驗(yàn)證 四年所學(xué)的知識(shí)是否扎實(shí)。 delay(5)。 } if(m100) //死區(qū) 關(guān)繼電器 關(guān)燈 { led3=1。 bep(1)。 led3=0。amp。 delay(5)。m200) //準(zhǔn)備距離 黃燈亮 { led1=1。 } if(m150amp。 if(m200) //安全 距離 綠燈亮 { led1=0。 num3=m%10。 num1=m/100。 while(1) { m=Distance()。 TF1 = 0。 TH1 = 0。 TR1 = 0。 // 開(kāi) CPU 中斷 TR0=0。 ET0=1。 TH0=(6553623)/256。 P0=0x00。 } void init() { JDQ =1。 P2=dispbit[2]。 delay(10)。 P0=Disp_Tab[num2]。 P2=dispbit[0]。 } return n。 n。 //定時(shí)器 T1 清零 TL1=0。 //計(jì)算距離值 n = n*17。 n = 999999。 TR0=0。 !TF1)。 while(RX amp。 _nop_()。 _nop_()。 if(xx==4) TR0=0。 TX=~TX。 //10ms } /*發(fā)射超聲波 */ void timer0() interrupt 1 { TH0=(6553623)/256。kb。 } void ldelay(uchar b) //長(zhǎng)延時(shí) 10b ms { uchar k。 delay(b)。 } void bep(uchar b) { uchar i=5。j100。ia。 void delay(uchar a) //短延時(shí) 100a us { uchar i,j。 uchar b。 sbit RX=P1^7。 sbit led3=P1^2。 sbit led1=P1^0。 //段表 sbit beep=P1^5。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 圖 11 汽車倒車報(bào)警器程序的程序清單 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define ulong unsigned long 開(kāi)始 參數(shù)初始化 是否收到回波？ 發(fā)射超聲波、啟動(dòng)定時(shí)器 數(shù)據(jù)處理計(jì)算距離 是否在報(bào)警距離？ 報(bào)警 顯示距離 Y N Y N 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) uchar Disp_Tab []={0x1f,0x3f,0x5f}。 由單片機(jī)內(nèi)部程序決定其最終顯示距離 。單片機(jī)用 接收超聲波回波信號(hào)，當(dāng)接收到 下降沿，即 口輸入是低電平時(shí) ，定時(shí)器 T1計(jì)時(shí)停止。在初始化完成后，由定時(shí)器 T0產(chǎn)生 40KHz脈沖信號(hào)。主程序程序指導(dǎo)各個(gè)子程序依次工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)距功能。所以，報(bào)警電路不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)，只 需用 NPN三極管控制蜂鳴器發(fā)聲即可，具體電路如圖 10所示。具體電路圖如圖 9所示?？紤]各種因素，本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需的器件和連線也相應(yīng)增加，成本也增加。如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， LED數(shù)碼管的顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。綜合本課題的實(shí)際要求以及考慮單片機(jī)的接口 資源，采用串行方式顯示的 LED 驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 圖 8 LED 顯示 電路 顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。同時(shí)集成電路也可以減少干擾。通過(guò)帶通濾波器濾波，峰值濾波，積分比較， 最后經(jīng)整形電路輸出脈沖信號(hào)。 本設(shè)計(jì) 超聲波接收電路 選用 集成電路 CX20226A，它可用來(lái)完成信號(hào) 的放大、限幅、帶通濾波、峰值檢測(cè)和波形整形等功能，電路如圖 3 所示。該引腳接電源正極，電壓為 ～ 5V。 7 腳：為信號(hào)輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ，沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。 6 腳：為積分端。該引腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。 4 腳：接地端。 3 腳：為檢測(cè)端。增大電阻 R1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 或減小 C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 2 腳：為增益調(diào)節(jié)端。 圖 6 CX20226A的引腳圖 圖 7 為 CX20226A 的典型應(yīng)用電路 圖 7 各引腳介紹： 1 腳：為紅外信號(hào)輸入端。 圖 5 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 超聲波接收電路 設(shè) 簡(jiǎn)介 CX2O106A 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控信號(hào)接收集成電路，廣泛應(yīng)用于視頻、音頻、空調(diào)、風(fēng)扇等各種遙控系統(tǒng)中作遙控信號(hào)接收電路。由 TC4069 驅(qū)動(dòng) 超聲波換能器。其外圍電路 如圖 4 所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 圖 4 單片機(jī)外圍電路 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) 超聲波換能器 TCT4016RT 發(fā)出超聲波需要 40KHz 的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng) ， 產(chǎn)生 40KHz的方波主要有軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法。 由于本設(shè)計(jì)本生是為了做出汽車倒車防撞報(bào)警器的實(shí)體，并 著重 闡述汽車倒車防撞報(bào)警器的原理，因此， 相當(dāng)于倒車檔的 鍵盤電路 不再做詳細(xì)的敘述 。單片機(jī)的外圍電路元件選用 ，報(bào)警 電路選用蜂鳴器。發(fā)射部分超聲波探頭的選用 TCT4016TR1，相應(yīng)的信號(hào)處理元件選用TC406 74LS138。因此，選用 AT89C51單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求以 及總體設(shè)計(jì)思路對(duì)所選擇的單片機(jī)要求進(jìn)行進(jìn)一步的概括。因此其性能將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。治療用的超聲波傳 感器溫度較高，必須采取冷卻降溫措施 。一旦達(dá)到居里溫度點(diǎn) ( 573C??),就完全喪失壓電性能。 （ 4） 工作溫度 工作溫度是指能使傳感器正常工作的溫度范圍，其溫度上限應(yīng)遠(yuǎn)于居里點(diǎn)溫度。 （ 3） 指向角 指向角是超聲波傳感器方向性的一個(gè)參數(shù)，指向角越小，方向性越強(qiáng)。常見(jiàn)超聲波傳感器的中心頻率有 30KHz、 40KHz、 75KHz、 200KHz、 400KHz等。當(dāng)施加于它兩端的交變電壓頻率等于晶片的中心 頻率時(shí)，輸出能量最大，傳感器的靈敏度最高。 經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收 換能器接收反射信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，由 來(lái)接收超聲波反射信號(hào) ， 當(dāng)接收到該信號(hào)后，關(guān)閉計(jì)數(shù)器 T1，記下此時(shí)的時(shí)間，轉(zhuǎn)入執(zhí)行計(jì)算距離子程序 ，由 子 程序計(jì)算距離，并啟動(dòng) LED 顯示其數(shù)值， 同時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)危險(xiǎn)距離時(shí) 發(fā)出滴答滴答的響聲。 將（ 2— 2）、（ 2— 3）代入（ 21）中得： ]c os [21 HLar ctgvtH ? (24) 其中 ,超聲波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù) (例如在溫度 T=20 度時(shí) ,V=344m/s)；當(dāng)需要測(cè) 量的距離 H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L時(shí) ,則 (2— 4)變?yōu)?: vtH 21? (25) 所以 ,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測(cè)量的距離 H。如圖 23所示： t 超聲波發(fā)射 障礙物 S 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) H θ 超聲波接收 圖 1 ?cosSH? （ 21） )(HLarctg?? （ 22） 式中 :L兩探頭之間中心距離的一半。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求 得距離。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計(jì)時(shí)。 綜上，本設(shè)計(jì)的測(cè)距方法采用渡越時(shí)間法。因此可以通過(guò)提高放大倍數(shù)和采用發(fā)射功率較大的超聲波探頭來(lái)解決此問(wèn)題。但是由于氣體介質(zhì)對(duì) 超聲波存在反射和散射，使得超聲波在傳播過(guò)程中有很大的衰減， 超聲波的最大檢測(cè)距離因此受到一定程度的限制。由 于超 聲波在傳播過(guò)程中，由于空氣雜質(zhì)含量不同，衰減系數(shù)也不一樣，聲波幅值檢測(cè)法的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性受到很大的限制， 所以此種方法不適合本 課題 的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 超生波測(cè)距 方法 超聲波測(cè)距的方法主要有三種，為相位檢測(cè)法、幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間法。同時(shí)，超聲學(xué)的發(fā)展又為這些學(xué)科的發(fā)展提供了一些重要器件和行之有效的研究手段。超聲學(xué)是一門應(yīng)用性和邊緣性很強(qiáng)的學(xué)科，從它一百多年來(lái)的發(fā)展可以看出，超聲學(xué)是隨著它在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷深入而得到發(fā)展的。因此，超聲和電磁輻射及粒子轟擊一起列為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和微觀過(guò)程的三大重要手段。隨著人們能產(chǎn)生和接收的超聲波頻率的不斷提高，已正在逐步接近點(diǎn)陣熱振動(dòng)的頻率，利用這些甚高頻超聲的量子化聲能──聲子來(lái)研究原子間的相互 作用、能量傳遞等問(wèn)題是十分有意義的。超聲振動(dòng)本身就是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng) ，因此，超聲方法也是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要途徑。超聲學(xué)是