【正文】 36 。實(shí)際測(cè)試證明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足一般近距離測(cè)距要求，且成本低、有良好的性?xún)r(jià)比。 35 結(jié)束語(yǔ) 本文所設(shè)計(jì)的倒車(chē)?yán)走_(dá)系 統(tǒng)是保證汽車(chē)安全的輔助系統(tǒng)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為 ～ ，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò) 1cm。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干 擾能力。部分源程序如下： RECEIVE1： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX1 //關(guān)外部中斷 1 JNB , RIGHT // 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 JNB , LEFT // 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 RETURN： SETB EX1 //開(kāi)外部中斷 1 POP ACC POP PSW RETI RIGHT： ... //右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN LEFT： ... //左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN 顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序 先進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示初始化將指針指向緩沖區(qū)首地址，然后去顯示位指針，取要顯示的數(shù)， 33 再將數(shù)變成段碼，然后將段碼送段控制器，位碼送位控制器，在延時(shí)，然后判斷是否是最后一位，是否顯示完畢，沒(méi)有的話(huà)修改該緩沖區(qū)指針和位碼，直到顯示完畢。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。 PUZEL： MOV 14H, 12H //超聲波發(fā)射持續(xù) 200ms HERE： CPL //輸出 40KHz 方波 NOP ； 屏蔽外部中斷 屏蔽定時(shí)器 中斷 關(guān)定時(shí)器 屏蔽外部中斷 關(guān)定時(shí)器 Testok=2 返回 屏蔽定時(shí)器中斷 關(guān)定時(shí)器 T0 關(guān)外部中斷 Testok=1 返回 屏蔽 T0中斷 32 NOP ； NOP ； DJNZ 14H， HERE； RET 前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī) 端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在 端口輸出一個(gè) 40KHz 的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管 T 放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭 UCM40T，發(fā)出40KHz 的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射 200ms。 1） 40KHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括 T0 中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。進(jìn)入中斷程序后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1 即 Testok=1。 30 圖 42 主程序流程圖 開(kāi)始 初始化 發(fā)射超聲波 啟動(dòng)定時(shí) 開(kāi)中斷 Testok=1 計(jì)算距離 開(kāi)報(bào)警 距離 關(guān)報(bào)警 顯示距離 Testok=2 Testok=0 N Y 顯示 OFF 顯示距離 31 超聲波發(fā)送及接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40KHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。然后再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行聲光報(bào)警。當(dāng)超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，微處理器不停的掃描 int0 引腳，如果 int0 接收的信號(hào)有高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)表明信號(hào)已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷關(guān)閉定時(shí)器。 工作時(shí)，微處理器 AT89C51 先把 置 0，啟動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器 T0 開(kāi)始計(jì)時(shí)。其部分源程序如下： RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 //關(guān)外部中斷 0 MOV R7, TH0 //讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH //計(jì)算時(shí)間差 MOV 31H, A //存 儲(chǔ)結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 //開(kāi)外部中斷 0 POP ACC POP PSW RETI 29 主程序 設(shè)計(jì)及其流程圖 主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，在此過(guò)程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是基本不變的。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 340m/s，所以由公式 （ 41） 知發(fā)射點(diǎn)距離障礙物之間的距離為： S=340t/2=170t 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。首先由發(fā) 射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波 在 介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來(lái)，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計(jì)時(shí)。 超聲波的指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，遇到障礙物后反射效率高，是測(cè)距的良好載體。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 （ 5） 聲光報(bào)警模塊：當(dāng)所測(cè)距離小于 預(yù)先設(shè)定 值時(shí)，通過(guò)聲 音 報(bào)警來(lái) 提醒 駕駛員。 （ 3） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動(dòng)定時(shí)器 ，同時(shí)啟動(dòng)接收電路 ，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。 圖 41 軟件設(shè)計(jì)的總體框圖 （ 1） 系統(tǒng)初始化模塊：即系統(tǒng)剛上電的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的各個(gè)引腳的電平分配和對(duì)各寄存器的初 始 賦值。段碼用 74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 9012 驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 方波信號(hào)，利用外中斷 0 口檢測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。采用 LED 動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) PIC 芯片的計(jì)算后傳到 LED 上，顯示精度是厘米。 超聲波測(cè)距顯示電路 超聲波測(cè)距儀顯示模塊電路如圖 311 所示。其中 S1()表示 “ 確定 ” 按鍵； S2()表示 “ 減一 ” ； S3()表示 “ 加一 ” 、 S4()表示 “ 循環(huán)移位 ” ，對(duì)不同位置進(jìn)行選擇。它由電源變壓器，橋式整流電路，濾波電容 C C7，防止自激電容 C C8和一只固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 組成 預(yù)警電路 報(bào)警信號(hào)由單片機(jī) 口輸出，提供聲響報(bào)警信號(hào)，電路由電阻 R1三極管 Q蜂鳴器組成，當(dāng)測(cè)量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出 “滴、滴、滴 …..” 報(bào)警聲響信號(hào)，測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，停止 發(fā)出報(bào)警聲響。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓和電容濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直接輸出電壓。 整流電路是具有但方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷瑢⒔涣麟妷赫鞒蓡畏较蛎}動(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過(guò)此 電路使直流輸出電壓穩(wěn)定。 其中，變壓器將交流電源（ 220V/50Hz）變換 為 符合整流電路所需要的交流電壓 。 圖 38 超聲波接收電路 穩(wěn)壓電源電路 在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一的能量來(lái)源，穩(wěn)壓電源的主要任務(wù)是將 50Hz 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓和電流，從而滿(mǎn)足負(fù)載的需要，直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)組成。 接收的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確 的計(jì)時(shí) 。 23 ? 檢測(cè)器：將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來(lái)。 ? 限度放大器：當(dāng)信號(hào)太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過(guò)載，限制高電平振幅，同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾。為了不使放大器的輸出信號(hào)過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動(dòng)電平限制電路，對(duì)前置放大器的增益進(jìn)行自動(dòng)限制。 集成芯片 CX20206A 內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)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。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號(hào)的壓電式超聲波傳感器，否則將因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無(wú)法接收。 8： 電源正極， ～ 5V。 6： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 5：該腳與電源端 VCC 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。 3：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容 量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量 22 小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 。增大電阻 R 或減小 C，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。 圖 37 集成電路 CX20206A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 CX20206A 的引腳注釋?zhuān)? l ：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 CX20206A 可用來(lái)完成遙控信號(hào)， 它 采用8 腳單列直插式塑料超小型封裝， +5V 供電，內(nèi)部含可 前置放大、自動(dòng)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。它還可廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng)等。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。 21 超聲波檢測(cè)接收電路 集成電路 CX20206A 集成電路 CX20206A 是一款紅外接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視紅外遙控器。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)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(shí)，將壓迫壓電晶片振動(dòng)， 使 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。 圖 36 超聲波發(fā)射電路 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。電路圖如 圖 36 所 示。對(duì)于 HC 類(lèi)型，其工作電壓為 2～ 6 V，它具有高抗 擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號(hào)和 CMOS 邏輯輸入等特點(diǎn)。 40KHz 的超聲波是利用 LC 震蕩電路振蕩產(chǎn)生的，其振蕩頻率計(jì)算公式如下： 20 （ 31） 脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用 AT89C51的 40 KHz的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò) 74LS04放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活 性低。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流 100mA 以上的驅(qū)動(dòng)電路。 1 0 2 0 3 0 1 0 0 d B 3 0 2 0 1 06 03 00 d e c3 06 0 a） b） 圖 35 超聲波傳感器指向特性 a） 及結(jié)構(gòu) b） 超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個(gè)部分，探頭（又稱(chēng)超聲波換能器）選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。超聲傳感器的指向角一般為 40 度到 80 度，本設(shè)計(jì)要求傳感器的指向角為 75 度。但離開(kāi)超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。考慮到實(shí)際工程測(cè)量的要求，可以選用超聲波頻率 f = 40KHz，波長(zhǎng) λ = 。如果R 較小，頻率特性變得光滑而且有較寬的帶寬，同時(shí)靈敏度 也 隨之降低 ， 并且最大靈敏 度向稍低的頻率移動(dòng)。因此，超 聲波接收傳感 19 器具有很好的頻率選擇特性。 3 54 04 5發(fā) 射 靈 敏 度（ d B ） 圖 34 超聲發(fā)射傳感器頻率特性 另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類(lèi)似。其頻率特性如圖34 所示。其中， 40KHz 處為超 聲波發(fā)射傳感器的中心頻率，在 40KHz 處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說(shuō)在 40KHz處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級(jí)最高。 超聲波傳感器的特性 超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的傳感器SZWS4012M 發(fā)射型超聲波傳感器的特性為例加以說(shuō)明。 圖 32 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金