【正文】 超聲波傳感器與障礙物之間的距離。 600 超聲波傳感器是收發(fā)一體的，所以在發(fā)送完 16 個(gè)脈沖后超聲波傳感器還有余震，為了從返回信號(hào)識(shí)別消除超聲波傳感器的發(fā)送信號(hào)，要檢測(cè)返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 才可以檢測(cè)，這樣就可以抑制輸出得干擾。 當(dāng)接收回波時(shí)， Polaroid 6500 內(nèi)有一個(gè)調(diào)諧電路，使得只有頻率接近 的信號(hào)才能被接收，而其它頻率的信號(hào)則被過(guò)濾。2%以內(nèi)，滿足 本系統(tǒng) 的測(cè)量要求。 為了減小測(cè)量值與實(shí)際值的偏差， 本系統(tǒng) 采用最小二乘法對(duì)表 的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。 由于受環(huán)境溫度、濕度的影響， Polaroid 600 傳感器 的測(cè)量值與實(shí)際值總有一些偏差，表 列出了 Polaroid 600 傳感器 測(cè)量值與對(duì)應(yīng)的實(shí)際值： 表 單位： m 實(shí)際值 1 2 3 4 5 6 7 8 測(cè)量值 從表中的數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量值總是比實(shí)際值大出大約 17cm，經(jīng)過(guò)分析原因主要有三個(gè)方面：第一方面，超聲波傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)受環(huán)境溫度的影響；第二方面，指令運(yùn)行需占用一定的時(shí)間而使得測(cè)量的數(shù)據(jù)偏大；第三方面，為了防止 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 其他信號(hào)的干擾，單片機(jī)開始計(jì)數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送 16 個(gè)脈沖串。 Polaroid 600 超聲傳感器發(fā)送的超聲波具有角度為 30 度的波束角，如圖 所示： 圖 波束角 Polaroid 600 傳感器 既可以作為發(fā)射器又可以作為接收器，傳感器用一段時(shí)間發(fā)射一串超聲波束，只有待 發(fā)送結(jié)束后才能啟動(dòng)接收，設(shè)發(fā)送波束的時(shí)間為 D，則在 D 時(shí)間內(nèi)從物體反射回的信號(hào)就無(wú)法捕捉；另外，超聲波傳感器有一定的慣性，發(fā)送結(jié)束后還留有一定的余振，這種余振經(jīng)換能器同樣產(chǎn)生電壓信號(hào)，擾亂了系統(tǒng)捕捉返回信號(hào)的工作。 Polaroid 600 超聲波傳感器是集發(fā)送 探頭 與接收 探頭于 一體 ， 傳感器里面有一個(gè)圓形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一層金屬薄膜，在其背面有一個(gè)鋁制的后板。若車輛頭尾到達(dá)同一探頭時(shí)間差為⊿ T2，車輛長(zhǎng)度為 d，則有： D 1 2 L H d V 圖 車道 圖 傳感器安裝圖 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 ）（ 122 TTLTV ???????d （ 34） 對(duì)于車輛分型的判別，由于車輛的外型輪廓的差別，其接收超聲回波時(shí)間會(huì)不盡相同，車長(zhǎng) d，車高 D 是反映車輛外形的主要參數(shù)，將計(jì)算所得 參數(shù)與寄存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的車型參量進(jìn)行比較，算出相關(guān)度，即可將車輛分型。設(shè)聲速為 C，自探頭發(fā)共振板 壓電晶片 電極 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 出超聲脈沖至收到回波信號(hào)的時(shí)間間隔為 T，車輛高度為 D,則有： 2TCHD ??? （ 32） （ 2） 車輛速度的檢測(cè) 將探頭為成組安裝于道路上方，每個(gè)車道上相距 L 的兩個(gè)探頭同時(shí)工作（見圖 ）。 （ 1） 車輛高度的檢測(cè) 將超聲波發(fā)射探頭安裝于道路上方高為 H 處（一般由空中架線或安裝專用龍門架解決，如圖 所示）。它具有安全、可靠、精度高、可操作性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)。 即： S=340t/2 （ 31） 這就是所謂的回波測(cè)距法。 圖 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)物體的探測(cè)原理 超聲波測(cè)距原理 ： 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)。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)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。機(jī)電耦合系數(shù) 大，靈敏度高；反之，靈敏度低。 3) 靈敏度。 2) 工作溫度。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，使用前必須預(yù)先了解它的性能。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中， 它可穿透幾十米的深度。 傳感器選擇和設(shè)計(jì) 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 WDT 計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)?。晶振?常 工作、WDT 激活后，每一個(gè)機(jī)器周期 WDT 都會(huì)增加。當(dāng) WDT 激V C CR E SE T V ssA T 89 C 5 2*C2 2u f1KV C CV C CR E S E T V s sA T 8 9 C 5 2*C2 2 u f1KV C CR2 0 0 kkV C CR E S E T V ssA T 89 C 5 2*C221KV C Ck1k22 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 活后，用戶必須向 WDTRST 寫入 01EH 和 0E1H 喂狗來(lái)避免 WDT 溢出。當(dāng) WDT溢出，它將驅(qū)動(dòng) RSR 引腳一個(gè)高個(gè)電平輸出 。 WDT 計(jì)時(shí)周期依賴于外部時(shí)鐘頻率。 WDT 在默認(rèn)情況下無(wú)法工作 ， 為了激活 WDT， 用戶 必須往WDTRST 寄存器（地址： 0A6H）中依次寫入 01EH 和 0E1H。 看門狗定時(shí)器 AT89S52 內(nèi)部 含有看門狗定時(shí)器， 它 是 一種 需要軟件控制復(fù)位方式 的看門狗 。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間?？梢姡瑥?fù)位的時(shí)間與充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間越長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間越長(zhǎng)，增大電容或增大電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。 圖 (a) 是常用的上電復(fù)位電路，這種上電復(fù)位 電路利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，需要設(shè)計(jì)復(fù)位電路。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖（ 2 個(gè)機(jī)械周期）以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。晶體振蕩頻率可在 選擇，頻率越高，單片機(jī)速度越快，通常使用 。 圖 時(shí)鐘電路圖 外接電容 C1 和 C2 會(huì)響應(yīng)振蕩器的穩(wěn)定性和戚震的快速性，它還可以對(duì)振蕩頻率起微調(diào)作用。放大器與作為反饋元件的片外的石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。 外部 振蕩器和單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘方式 。 XTAL2； 振蕩器反相放大器的輸出端。 在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電 源 。為 使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器 ， 讀取指令， EA 必須接 GND。 當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 ALE： 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸 出 96 個(gè)晶 振周期的高電平。 1. RXD（串行輸入） 2. TXD（ 串行輸出） 3. INT0（ 外部中斷 0） 4. INT0（ 外部中斷 0） 5. T0 （ 定時(shí)器 0 外部輸入） 6. T1 （定時(shí)器 1 外部輸入） 7. WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) 8. RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RST： 復(fù)位輸入。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL） P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用 。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL） 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。 P1 口第二功能如下： 1. T2 （定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入 ） 時(shí)鐘輸出 2. T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的 捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 3. MOSI （在系統(tǒng)編程用） 4. MISO （在系統(tǒng)編程用） 5. SCK （在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。對(duì) P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí) ，引腳用作高阻抗輸入。 AT89S52 主要性能如下： 1. 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 2. 1000 次檫寫周期 3. 全靜態(tài)操作： 0Hz~33Hz 4. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 5. 32 個(gè)可編程 I/O 口線 6. 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 7. 8 個(gè)中斷源 8. 全雙工 UART 串行通道 9. 低功耗空閑和掉電模式 10. 掉電后中斷可喚醒 11. 看門狗定時(shí)器 12. 雙數(shù)據(jù)指針 13. 掉電標(biāo)識(shí)符 AT89S52 引腳圖如圖 所示： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 AT89S52元件 引腳功能如下： VCC ： 電源 GND： 地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 本系統(tǒng)選擇 AT89S52 單片機(jī) 做 下位 機(jī)控制 器， 它在整個(gè)系統(tǒng)中將完成所有的控制任務(wù)，包括 車輛信息 的采集、車型分類、數(shù)據(jù) 處理和 計(jì)算 、應(yīng) 收費(fèi) 額的 顯示、點(diǎn)亮指示燈、欄桿控制及通信等功能 。主要完成與 PC 機(jī)的通信，從而將車輛信息保存，從而實(shí)現(xiàn)車型自動(dòng)識(shí)別與收費(fèi)的現(xiàn)代化管理。主要完成對(duì)過(guò)往車輛應(yīng)收費(fèi)用的顯示。主要完成對(duì)采集來(lái)的信息進(jìn)行運(yùn)算處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)識(shí)別。主要完成對(duì)欄桿和紅綠燈的控制。主要完成超聲波信號(hào)的發(fā)射和采集工作。 下位機(jī) 系統(tǒng)的 組成 框圖如圖 所示 。同時(shí) 將采集的車型數(shù)據(jù)傳 送到遠(yuǎn)程 PC 機(jī) 上做為記錄 ， 從而 實(shí)現(xiàn) 車型 的 自動(dòng)識(shí)別 與管理 。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 車型自動(dòng)識(shí)別 系統(tǒng) 組成 根據(jù)系統(tǒng)功能 ，本 車型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 擬 采用 單片機(jī)做控制器、采用超聲波傳感器來(lái)采集車輛信息 、 利用電磁傳感器 采集車輛位置信號(hào) ， 超聲波采集的信號(hào) 經(jīng)過(guò)單片機(jī) 處理 計(jì)算出收費(fèi)的 金額 ， 由顯示器顯示出來(lái)。 下位機(jī)的 控制功能 ： 對(duì)于 通過(guò)的 車輛 進(jìn)行 車型自動(dòng)檢測(cè) 與分類、 可以自行顯示收費(fèi) 金額、控制欄桿起落 、對(duì)逃費(fèi)車輛 進(jìn)行報(bào)警 、 向管理中心 PC 機(jī) 上傳車輛信息 等 。 系統(tǒng) 功能 本 系統(tǒng)主要 由 位于收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)的 下位 機(jī)和 位于 管理中心 的 PC 機(jī) 組成 。 通過(guò)以上分析，本系統(tǒng)選用超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛車型的檢測(cè) 與 分類 ， 通過(guò)在公路上方 安 裝兩個(gè)超聲波傳感器，對(duì)過(guò)往車輛的高度、長(zhǎng)度以及車速進(jìn)行測(cè)量。 超聲波具有定向性好、能量集中、在傳輸過(guò)程中衰減較小 ,反射能力較強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) ， 并且 超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測(cè)量 ，可以在較差的環(huán)境中使用 。對(duì)車輛的檢測(cè) 方法 通常有紅外線檢測(cè)、圖象處理、地感線圈檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等。 因此，車輛類型的劃分可以依據(jù)車輛的外形 參數(shù) 中的車長(zhǎng)和車高來(lái)確定車輛的類型。 大型車： 車長(zhǎng) ～ 10米 ， 車高 ～ 米 。 不同車輛其 外 型參數(shù)是不同的 ，通過(guò)查閱汽車有關(guān)資料得知， 車輛的類型與車輛的外型參數(shù)有一定的聯(lián)系， 其中： 小型車： 車長(zhǎng) ≤ 5米，車高≤ 米。三軸汽車的前軸與中軸間的距離為第一軸距。 （ 3）總高： 從地面至汽車最高部的高度 。 25