【正文】 kHz，安裝時保持模塊平整擺放即使兩超聲波探頭的中心軸線平行。其次，對各子程序進行了分析，根據(jù)硬件電路模塊的劃分，系統(tǒng)的軟件子程序劃分為中斷處理程序，蜂鳴器分段報警程序等。開始顯示距離 距離小于300cm N Y距離小于100cm NY蜂鳴器低頻鳴叫蜂鳴器高頻鳴叫返回圖43 蜂鳴器報警程序流程圖 本章小結(jié)本章在硬件電路的基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計，對系統(tǒng)的功能有了進一步的了解。在本設(shè)計中，“滴滴”聲，且是在離障礙物距離越近鳴叫頻率越低[9]。中斷處理程序的程序流程圖如圖42所示。根據(jù)前面的對超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號后，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序[7]。 綜合以上的分析可以得到系統(tǒng)主程序的流程圖，系統(tǒng)主程序流程圖如圖41所示。 超聲波接收電路在接收到超聲波回波后，向單片機發(fā)出有效信號，單片機通過外部中斷的改變記錄回波信號的到達時間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號，這個時候停止計時，并且讀取計數(shù)器中的數(shù)值，這個數(shù)值就是需要進行測量的時間差的數(shù)據(jù)。 在進行超聲波測距時，實際上測距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號開始到接收到信號的聲波的往返時間差，然后通過數(shù)據(jù)計算出距離，對于回波信號需要進行檢測的有效信號是反射物體反射的回波信號，所以要盡量避免在檢測時候檢測到余波信號[4]。在測距中，各種信號對聲速的影響都將干擾到測距的準確性，其中超聲波的余波信號對整個設(shè)計中測距的精確度的干擾的影響比較大。系統(tǒng)程序設(shè)計的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計算測量距離、數(shù)據(jù)計算、蜂鳴器報警和數(shù)碼管顯示。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本設(shè)計采用的是模塊化的思路來進行設(shè)計和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。著重分析了電路中所用芯片的主要功能及各部分電路的工作原理。單片機的復(fù)位功能是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的，復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式，此設(shè)計中采用按鍵復(fù)位方式，復(fù)位電路如圖312所示。圖311 時鐘電路 復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，只需給復(fù)位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可以使單片機復(fù)位。電路中的電容典型值通常選擇為30pF左右，電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性[12]。單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2[15]。常用的時鐘設(shè)計有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種方式為外部時鐘方式[11]。 時鐘電路單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。主要功能特性：(1) 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051； (2) 片上集成768字節(jié)RAM； (3) 23個雙向I/O口；(4) 復(fù)位后為： 準雙向口/ 弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過55mA；(5) 采用 ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；(6) 具有看門狗電路，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶振20M以下時，可省外部復(fù)位電路）；(7) 共6個16位定時器/計數(shù)器，兩個專用16位定時器T0和T1，PCA模塊可再實現(xiàn)4個16位定時器；(8) 2個時鐘輸出口，；(9) 通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，也可再用定時器軟件實現(xiàn)多串口；(10) 外部中斷9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，PCA模式可分別或同時支持上升沿中斷/下降沿中斷，Power Down模式可由外部中斷喚醒；(11) A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路；(12) 工作溫度范圍：40~+85℃；本次使用的是STC12C5608AD單片機，具體引腳圖如圖310。圖39 報警電路 單片機控制電路設(shè)計 主控芯片STC12C56STC12C56是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。本設(shè)計中，P37輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而發(fā)出蜂鳴；當P37輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲[10]。峰鳴音報警接口電路的設(shè)計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過單片機的1根口線經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。顯示電路如下圖38所示。而動態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示，只要輪流顯示的速度足夠快，每秒約50次以上，由于人眼的“視覺暫留”特性，看起來就像是連續(xù)顯示[14]。相反，共陰極就是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳即公共陰極，在使用時此引腳接到電源負極。 圖36 LED數(shù)碼管引腳圖 圖37 LED數(shù)碼管實物圖市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種即共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。由于本課題不需要復(fù)雜的顯示信息，所以選擇的是LED顯示模塊，可以節(jié)約硬件資源，降低成本。 顯示模塊設(shè)計在單片機系統(tǒng)中，最常用的顯示器有：發(fā)光二極管，簡稱LED(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡稱LCD；熒光管顯示器，簡稱VFD(Vacuum Fluorscents Display)?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。 10μs的TTL 觸發(fā)信號 循環(huán)發(fā)出8個40KHz的脈沖 模塊內(nèi)部發(fā)出信號 輸出回響信號回響電平輸出與檢測距離成正比圖35 HCSR04超聲波測距模塊的時序圖圖35表明只需要提供一個10μs以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHz周期電平并檢測回波。但是，為防止發(fā)射信號對回收信號的影響，HCSR04超聲波測距模塊的測量周期最好定在60ms以上，所以本設(shè)計將測量周期定在80ms。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時間就為此次測距的時間，通過運算即可得出距離。表31 HCSR04超聲波測距模塊的電氣參數(shù)電氣參數(shù)HCSR04超聲波測距模塊工作電壓DC 5 V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10μs的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL 電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸452015mm模塊的接線方式如圖34所示，VCC供5V電源,GND為地線，TRIG為觸發(fā)控制信號輸入，ECHO為回響信號輸出口端。HCSR04超聲波測距模塊的電氣參數(shù)如表31所示?？商峁?cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm。具體電路如圖33所示。由于超聲波接收探頭接收的回波信號非常弱，所以必須用放大器進行放大，本設(shè)計所用的放大器型號為TL074C，4運算放大器。具體電路如圖32所示。由單片機產(chǎn)生相位相反的2個40KHz方波信號。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司推出的一款兼容RS232標準的芯片。由于單片機內(nèi)部定時器的計時，實際上是對機器周期T機的計數(shù)，設(shè)計中時鐘頻率fosc取12MHz，設(shè)計數(shù)值為N，則T機=12fosc=1μs，t=NT機=N106 (s)L=170NT機=170N106 (m)或 L=N (cm) （32）程序中按（32）式計算車尾與障礙物間的距離。這樣，定時器就記錄下了超聲波自發(fā)射點至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時間t(s)。 T R L圖31 超聲波測距原理圖測距時由安裝在同位置的超聲波發(fā)射器和超聲波接收器完成超聲波的發(fā)射和接收，由定時器計時。 超聲波測距原理在超聲波測距電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔，被測物距越遠，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。(3) 靈敏度主要取決于制造晶片本身。(2) 工作溫度由于壓電材料的居里點一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用超聲波傳感器功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。超聲波傳感器的主要性能指標包括：(1) 工作頻率工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，它可穿透幾十米的深度。 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。(3) 診斷學方面的應(yīng)用：A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等。(1) 工程學方面的應(yīng)用：水下定位與通訊、地下資源勘查等。 超聲波的應(yīng)用超聲波廣泛地應(yīng)用在多種技術(shù)中。(3) 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。超聲波具有以下的特點：(1) 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。因此，我們把頻率高于20KHz的聲波稱為“超聲波”。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20KHz。 超聲波發(fā)射及接收電路設(shè)計 超聲波的介紹我們知道，當物體振動時會發(fā)出聲音。第3章 硬件電路設(shè)計倒車測距儀由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器、顯示器和蜂鳴器等部分組成。障礙物單片機超聲波發(fā)送模塊倒車擋LED顯示模塊超聲波接收模塊蜂鳴器報警圖21 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 本章小結(jié)本章闡述了總體設(shè)計思想，通過系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖，表述了各部分之間的邏輯關(guān)系，也表明了設(shè)計所要完成的任務(wù)。（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