【正文】 通信口等部分組成?；谝陨?51 系列單片機的優(yōu)點 ，我選擇 51 單片機作為本課題的 控制 處理器 。故其他系列的單片機（如 PIC 系列、 AVR 系列等）對 I/O 口進行了改進，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，欲進行高電平驅(qū)動時，得利用外電路來實現(xiàn)， I/O 腳不通，電流經(jīng) R 驅(qū)動 LED發(fā)光；低電平時， I/O 腳導(dǎo)通，電流由該腳入地， LED 滅（ I/O 腳導(dǎo)通時對地的電壓降小于 1V，LED 的域值 ～ ）。低電平時，吸入電流可達 20mA，具有一定的驅(qū)動能力；而為高電平時，輸出電流僅數(shù)十μ A甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅(qū)動能力。 51 系列的 I/O 腳的設(shè)置和使用非常簡單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時，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)的一次性程序存儲器（ OTP）。 在 51 系列中，還有一條二進制 十進制調(diào)整指令 DA，能將二進制 變?yōu)?BCD 碼，這對于十進制的計量十分方便。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 系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，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，因為一個較復(fù)雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關(guān)的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。有人推測， 51 芯片可能最終形成事實上的標準 MCU 芯片。 單片機控制電路 單片機的選擇 應(yīng)用最廣泛的八位單片機首推 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。 4) 通過顯示電路將測距結(jié)果實時地顯示出來。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機的中斷信號。 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，信號幅值是 18V(可調(diào)節(jié) )，脈沖信號將驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器，發(fā)射超聲波。 它的各部分電路的說明如下。 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ８ 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 超聲波測距系統(tǒng)電路 圖 2 超聲波測距系統(tǒng) 整個系統(tǒng)由微處理器控制，根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計的。 利用超聲波傳感器及設(shè)計的硬件電路，可以及時辨識有用的超聲波回波信號，利用單片機計時，得時間，時間與速度相乘，得距離。 當(dāng)三種信號幅值足夠大，放大后淹沒了有用信號時，將會使處理器產(chǎn)生誤解，輸出錯誤結(jié)果。 2) 側(cè)面物體漫反射的信號。 超聲波測距儀己經(jīng)應(yīng)用于某些領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的測距儀相比，它具有原理簡單，易于控制，且具有非接觸測量、 價格低廉等優(yōu)點。使正確地接收正確信號成為可能。折射波不會被接收，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，須減少發(fā)射波串的長度，增高發(fā)射波頻率。 采用合適的頻率和波長，使用超聲波傳感器測距，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，這一點有利于距離測量。測量二個不同頻率信號的相位和包絡(luò)相對比較簡單快速。因此可以得到較高的測量精度。發(fā)射二個頻率不同的聲波，測定與這二個并發(fā)聲對應(yīng)的回波信號的相位，根據(jù)所測相位進行測距的一種高精度的超聲波測距方法。該方法是一種相位測量方法，但是由 f 相位測量存在以 2n 為周期的多值解，從而造成解的不確定性。發(fā)出的聲波到達被測面，經(jīng)被測面反射，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，此電信號放大后與光源的驅(qū)動電壓相比較，測得兩個正弦電壓的相位差，根據(jù)所測相位差就可算得所測距離。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超聲波測距原理圖 測渡越時間測量法 1) 直接計時法 每隔一定時間發(fā)射一串超聲波脈沖 (一串 10個 )，在發(fā)射脈沖串時刻開始單片機定時器計時，在超聲波接收器接收到反射信號時刻，停止單片機 TO 計時。 C 時 )依據(jù)公式 s=（ 1／ 2)v傳播的渡越時間即為超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波時刻與經(jīng)介質(zhì)反射傳播到接收器時刻差。 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ６ 在超聲波發(fā)射器兩端輸入 10 個 40kHZ 脈沖串，脈沖電信號經(jīng)過超聲波 內(nèi)部振子，振蕩出機械波。本超聲波測距儀采用渡越時間檢測法。 利用超聲波測時間方法有相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。 測距系統(tǒng)工作原理 距離公式： 距離 (S)=時間 (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。 通過對此信號的分析處理，可實現(xiàn)各種檢測。當(dāng)在兩電極加交變脈沖信號 (觸發(fā)脈沖 )時，若其頻率等于晶片的固有頻率，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波。金屬殼可防止外界力量對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、錯欽酸鉛壓電陶瓷復(fù)合晶體 ((PZT4， PZT5)等。其中，小量程探測距離小于 2m，工作頻率在60300KHZ 之問；中量程探測距離約為 2m10m，工作頻率在 4060KHZ 之間：大量程探測距離約為 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)計并制成了許多類型的超聲波發(fā)生器：機械方式和電氣方式產(chǎn)生超聲波發(fā)生器。近年來，超聲波的波長范圍己達μ m級，頻率已擴大到 GHz 領(lǐng)域，分辨率達μ m 量級的超聲波顯微鏡已實用化。 3 超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 利用超聲波感知或檢測物體，有非破壞性、遙控性、實時性、可穿透性等優(yōu)點，在許多方面體現(xiàn)了獨到之處。具體性能比較見表 l為各種傳感器測距方式的比較。從以上五種測距技術(shù)方案的介紹可以看出各個傳感器的優(yōu)點和缺點：超聲波技術(shù)主要用于短距離探測，成本低，制作安裝簡便，適應(yīng)惡劣環(huán)境；紅外線技術(shù)一般用于夜間環(huán)境，對環(huán)境適應(yīng)性差：微波雷達測距和激光測距相對于超聲波測距來講精度更高，定位更準確。 入射超聲波檢測的優(yōu)點是穿透力強、設(shè)備輕便、檢測成本 低、檢測效率高，能即時知道檢測結(jié)果 (實時檢測 )，能實現(xiàn)自動化檢測和實現(xiàn)永久性記錄，在缺陷檢測中對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，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，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。 超聲波傳感器測距 超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介 。雙日攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。 只使用一個 CCD 攝像機的系統(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、動態(tài)范圍大、光計量準確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續(xù)信號處理等優(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)用毫米波雷達測距易受電磁干擾，而且成本太高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其價格昂貴，市場價格在 1500 元以上，一般使用于高檔轎車。應(yīng)用雷達測距，需要防止電磁波干擾，雷達彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對其測距性能都有影響。毫米波雷達的穿透能力很強，其測距精度受雨、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行。不受被測物體表面形狀、顏色等的影響；對大氣紊流、氣渦等具有適應(yīng)性。毫米波頻率高、波長短，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作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。 毫米波傳感器測距 毫米波是指波長介于 l～ 10mm 之間的電磁波，雷達是利用目標對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置的。由于任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線，而且人類肉眼感知不到紅外線，具有極強的隱蔽 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） ３ 性。紅外 線測距在技術(shù)上難度不大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本較低，但是在惡劣的天氣和長距離探測方面仍然不能滿足汽車防撞的要求。 紅外線感器測距 紅外線測距和激光、超聲波測距在原理上基本相同，均是根據(jù)發(fā)射波和反射時間來判斷目標的距離，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)信號的強弱及波長的不同，同時分析時問差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。由于激光雷達測距儀在高速運動的車體中，振動大，對其 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，同時激光測距方式受天氣狀態(tài)、汽車的震動及反射鏡表面磨損、污染等因素影響較大，測距精度難以保證