【正文】 口等部分組成?；谝陨?51 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ，我選擇 51 單片機(jī)作為本課題的 控制 處理器 。故其他系列的單片機(jī)（如 PIC 系列、 AVR 系列等）對(duì) I/O 口進(jìn)行了改進(jìn)，增加了方向寄存器以確定輸入或輸出，但使用也變得復(fù)雜。作輸出腳使用，欲進(jìn)行高電平驅(qū)動(dòng)時(shí)，得利用外電路來實(shí)現(xiàn)， I/O 腳不通，電流經(jīng) R 驅(qū)動(dòng) LED發(fā)光；低電平時(shí)， I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時(shí)對(duì)地的電壓降小于 1V，LED 的域值 ～ ）。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá) 20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十μ A甚至更小（電流實(shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動(dòng)能力。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各 I/O 口均置高電平）。 Intel 公司 51 系列的典型產(chǎn)品是 8051，片內(nèi)有 4K 字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器（ OTP）。 在 51 系列中，還有一條二進(jìn)制 十進(jìn)制調(diào)整指令 DA，能將二進(jìn)制 變?yōu)?BCD 碼，這對(duì)于十進(jìn)制的計(jì)量十分方便。積的低位字節(jié)在累加器 A 中，高位字節(jié)在寄存器 B 中 )。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。 51 系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因?yàn)橐粋€(gè)較復(fù)雜的程序在運(yùn)行過程中會(huì)遇到很多分支，因而需建立很多標(biāo)志位，在運(yùn)行過程中，需要對(duì)有關(guān)的標(biāo)志位進(jìn)行置位、清零或檢測(cè)，以確定程序的運(yùn)行方向。雖然其他種類的單片機(jī)也具有位處理功能，但能進(jìn)行位邏輯運(yùn)算的實(shí)屬少見。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。有人推測(cè)， 51 芯片可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) MCU芯片。 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)的選擇 應(yīng)用最廣泛的八位單片機(jī)首推 Intel 的 51 系列，由于產(chǎn)品硬件 結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史“悠久”，有先入為主的優(yōu)勢(shì)。 4) 通過顯示電路將測(cè)距結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示出來。它是用來對(duì)接收到的回波進(jìn)行放大和整形，即將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的中斷信號(hào)。 2) 超聲波發(fā)射電路作用是將振蕩電路振蕩出 40KHZ 的脈沖信號(hào)，信號(hào)幅值是 18V(可調(diào)節(jié) )，脈沖信號(hào)將驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，發(fā)射超聲波。 它的各部分電路的說明如下。 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ８ 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路 圖 2 超聲波測(cè)距系統(tǒng) 整個(gè)系統(tǒng)由微處理器控制，根據(jù)“回波測(cè)距”的原理設(shè)計(jì)的。 利用超聲波傳感器及設(shè)計(jì)的硬件電路，可以及時(shí)辨識(shí)有用的超聲波回波信號(hào)，利用單片機(jī)計(jì)時(shí)，得時(shí)間，時(shí)間與速度相乘，得距離。 當(dāng)三種信號(hào)幅值足夠大，放大后淹沒了有用信號(hào)時(shí)，將會(huì)使處理器產(chǎn)生誤解，輸出錯(cuò)誤結(jié)果。 2) 側(cè)面物體漫反射的信號(hào)。 超聲波測(cè)距儀己經(jīng)應(yīng)用于某些領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的測(cè)距儀相比，它具有原理簡(jiǎn)單，易于控制，且具有非接觸測(cè)量、 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。使正確地接收正確信號(hào)成為可能。折射波不會(huì)被接收，也不予考慮。 由超聲波被混泥土等墻面反射，只需考慮反射波，不考慮透射波。它和溫度的關(guān)系可以用以下公式表示： c=+(米／秒 )。聲波傳輸距離首先和大氣的吸收性有關(guān)，其次溫度、濕度、大氣壓也是其中的因素，而這些因素對(duì)大氣中聲波衰減的效果比較明顯。在鹽度水平為 35％，深度為 0m 溫度為 0℃的環(huán)境下，聲波的速度為 ／ s。 測(cè)距系統(tǒng)的理論分析 由于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)。改善這一缺點(diǎn)，須減少發(fā)射波串的長(zhǎng)度，增高發(fā)射波頻率。 采用合適的頻率和波長(zhǎng)，使用超聲波傳感器測(cè)距，頻率取得太低，外界雜音干擾多；頻率取得太高，在傳播過程中衰減較大。但是，超聲波頻率越高，指向性越強(qiáng)，這一點(diǎn)有利于距離測(cè)量。測(cè)量二個(gè)不同頻率信號(hào)的相位和包絡(luò)相對(duì)比較簡(jiǎn)單快速。因此可以得到較高的測(cè)量精度。發(fā)射二個(gè)頻率不同的聲波，測(cè)定與這二個(gè)并發(fā)聲對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)的相位，根據(jù)所測(cè)相位進(jìn)行測(cè)距的一種高精度的超聲波測(cè)距方法。該方法是一種相位測(cè)量方法，但是由 f 相位測(cè)量存在以 2n 為周期的多值解，從而造成解的不確定性。發(fā)出的聲波到達(dá)被測(cè)面，經(jīng)被測(cè)面反射，超聲波換能器接收端獲得調(diào)制聲波的回波，經(jīng)放大電 路轉(zhuǎn)換后，得到與放大的相位完全相同的電信號(hào)，此電信號(hào)放大后與光源的驅(qū)動(dòng)電壓相比較，測(cè)得兩個(gè)正弦電壓的相位差，根據(jù)所測(cè)相位差就可算得所測(cè)距離。超聲波是一種聲波，其聲速與溫度有關(guān)， V=+， t為攝氏溫度，聲速高低影響距離值。 圖 1超聲波測(cè)距原理圖 測(cè)渡越時(shí)間測(cè)量法 1) 直接計(jì)時(shí)法 每隔一定時(shí)間發(fā)射一串超聲波脈沖 (一串 10 個(gè) )，在發(fā)射脈沖串時(shí)刻開始單片機(jī)定時(shí)器計(jì)時(shí)，在超聲波接收器接收到反射信號(hào)時(shí)刻，停止單片機(jī) TO 計(jì)時(shí)。 C 時(shí) )依據(jù)公式 s=（ 1／ 2)v傳播的渡越時(shí)間即為超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波時(shí)刻與經(jīng)介質(zhì)反射傳播到接收器時(shí)刻差。 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ６ 在超聲波發(fā)射器兩端輸入 10個(gè) 40kHZ 脈沖串，脈沖電信號(hào)經(jīng)過超聲波 內(nèi)部振子，振蕩出機(jī)械波。本超聲波測(cè)距儀采用渡越時(shí)間檢測(cè)法。 利用超聲波測(cè)時(shí)間方法有相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等。 測(cè)距系統(tǒng)工作原理 距離公式： 距離 (S)=時(shí)間 (T)X 速度 (V)。利用這 一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。這樣，超聲波發(fā)射器才有較高發(fā)射效率，接收器才有較好接收靈敏度。 通過對(duì)此信號(hào)的分析處理，可實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)。當(dāng)在兩電極加交變脈沖信號(hào) (觸發(fā)脈沖 )時(shí)，若其頻率等于晶片的固有頻率，壓電晶片就會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損害，金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。 超聲波傳感器是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線，金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成。這種超聲傳感器需用的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。而壓電材料有單晶體的、多晶體復(fù)合的，如石英單 15 晶體，欽酸鋇壓電陶瓷、錯(cuò)欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體 ((PZT4， PZT5)等。其中，小量程探測(cè)距離小于 2m，工作頻率在60300KHZ 之問；中量程探測(cè)距離約為 2m10m，工作頻率在 4060KHZ 之間：大量程探測(cè)距離約為 2050m，工作頻率在 1630KHZ 之間。 各種類型的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的功率、頻率和聲波特性都不相同。一般是用電能和超聲能量相互轉(zhuǎn)換。人們?yōu)檠芯亢蛻?yīng)用超聲波，已發(fā)明設(shè)計(jì)并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器：機(jī)械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。近年來，超聲波的波長(zhǎng)范圍己達(dá)μ m 級(jí)，頻率已擴(kuò)大到 GHz 領(lǐng)域，分辨率達(dá)μ m量級(jí)的超聲波顯微鏡已實(shí)用化。 3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 利用超聲波感知或檢測(cè)物體，有非破壞性、遙控性、實(shí)時(shí)性、可穿透性等優(yōu)點(diǎn)，在許多方面體現(xiàn)了獨(dú)到之處。具體性能比較見表 l為各種傳感器測(cè)距方式的比較。從以上五種測(cè)距技術(shù)方案的介紹可以看出各個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：超聲波技術(shù)主要用于短距離探測(cè)，成本低，制作安裝簡(jiǎn)便，適應(yīng)惡劣環(huán)境；紅外線技術(shù)一般用于夜間環(huán)境，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差：微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距相對(duì)于超聲波測(cè)距來講精度更高，定位更準(zhǔn)確。 入射超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是穿透力強(qiáng)、設(shè)備輕便、檢測(cè)成本 低、檢測(cè)效率高，能即時(shí)知道檢測(cè)結(jié)果 (實(shí)時(shí)檢測(cè) )，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)永久性記錄，在缺陷檢測(cè)中對(duì)危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等等。超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號(hào)越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，通常在 1mV～ 1V之間。 超聲波傳感器的工作方式是通過發(fā)送器發(fā)射出來的超聲波被物體反射后 傳到接收器接收來判斷是否檢測(cè)到物體。 超聲波就是空氣中傳播的超過人類聽覺頻率極限的聲波。 超聲波傳感器測(cè)距 超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介 。雙日攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測(cè)量精度高。 只使用一個(gè) CCD 攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè) 也得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于應(yīng)用毫米波雷達(dá)測(cè)距易受電磁干擾，而且成本太高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其價(jià)格昂貴，市場(chǎng)價(jià)格在 1500 元以上，一般使用于高檔轎車。應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距，需要防止電磁波干擾，雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測(cè)距性能都有影響。毫米波雷達(dá)的穿透能力很強(qiáng)，其測(cè)距精度受雨、雪、霧及陽光等天氣因素和雜音、污染等環(huán)境的影響較小，可以保證車輛在任何天氣下的正常運(yùn)行。不受被測(cè)物體表面形狀、顏色等的影響；對(duì)大氣紊流、氣渦等具有適應(yīng)性。毫米波頻率高、波長(zhǎng)短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對(duì)速度的測(cè)量精度高。 毫米波傳感器測(cè)距 毫米波是指波長(zhǎng)介于 l～ 10mm 之間的電磁波，雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線，而且人類肉眼感知不到紅外線，具有極強(qiáng)的隱蔽 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ３ 性。紅外 線測(cè)距在技術(shù)上難度不大，構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)成本較低，但是在惡劣的天氣和長(zhǎng)距離探測(cè)方面仍然不能滿足汽車防撞的要求。 紅外線感器測(cè)距 紅外線測(cè)距和激光、超聲波測(cè)距在原理上基本相同，均是根據(jù)發(fā)射波和反射時(shí)間來判斷目標(biāo)的距離，車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同，同時(shí)分析時(shí)問差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。由于激光雷達(dá)測(cè)距儀在高速運(yùn)動(dòng)的車體中，振動(dòng)大，對(duì)其 穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時(shí)激光測(cè)距方式受天氣狀態(tài)、汽車的震動(dòng)及反射鏡表面磨損、污染等因素影響較大，測(cè)距精度難以保證。由于