【正文】 上發(fā)送 高 電平，如此往下運(yùn)行，循環(huán)往復(fù)。然后調(diào)用計算距離子程序，根據(jù)定時器T0 記錄的時間計算出待測距離。 軟件包括主程序、超聲波發(fā)射子程序、 INT0 中斷服務(wù)程序、定時器 T0 溢出中斷程序四個主要模塊組成。 語音報警電路和數(shù)碼管顯示電路分別如圖 和圖 所示。 至于 語 音報警， 則 采用一個簡單的蜂鳴器，利用單片機(jī)產(chǎn) 生方 波 來控制。 動態(tài)掃描顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用得最為廣泛，這也是我在本設(shè)計中的顯示方法 。透過分時輪流控制各個 LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加解碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬 件 電路的復(fù)雜性。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二 十進(jìn)位解碼 器進(jìn)行驅(qū)動。 根據(jù) LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 LED 數(shù)碼管里面有 8 只發(fā)光二極管，分別記作 a、 b、 c、d、 e、 f、 g、 dp，其中 dp 為小數(shù)點(diǎn)，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（ COM），其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。 74HC573 芯片的引腳圖如圖 所示，功能表如表 所示。 74HC573 芯片 74HC573 是高性能硅門 CMOS 器件，為八進(jìn)制 3 態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器。 14 圖 HCSR04 超聲波測距模塊 外形圖 表 HCSR04 性能參數(shù) 工作頻率 40MHz 工作電壓 DC5V 工作電流 15mA 最遠(yuǎn)射程 4m 最近射程 2cm 測量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號 10us 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 45*20*15mm ( 寬 *長 *厚 ) 15 表 HCSR04 引腳定義 引腳 功能 VCC 5V 電源 GND 地線 GND TRIG 觸發(fā)控制信號輸入 ECHO 回路信號輸出 HCSR04 的 超聲波時序圖如圖 所示。 基本工作原理： 1） 采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距， ,加至少 10us 的高電平信號； 2） 模塊自動發(fā)生 8 個 40KHZ 的方波，自動檢測是否有信號返回； 3） 有信號返回， 通過 IO 口 ECHO 輸出一個高低平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。 超聲波測距模塊 HCSR04 本系統(tǒng)超聲波測距模塊采用 HCSR04 測距模塊。在復(fù)位電路通電瞬間，由于 RC 的充電過程，在 RST 端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持一定寬度，就能使單片機(jī)自動復(fù)位。 13 圖 復(fù)位電路 圖 常見的復(fù)位電路為上電復(fù)位電路，它能有效的實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。 復(fù)位電路 復(fù)位電路是采用手動按鍵電平來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位的。這兩個引腳外部跨接石英振蕩器 Y1 和微調(diào)電容 C1 和 C2，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。我采用的是內(nèi)部時鐘方式，其電路圖如圖 所示。因此，時鐘頻率直接影響單 片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最大整流電流從 到 100A，最高反向峰值電壓從 50V 到 1600V。 整流橋堆是由四只整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。 圖 電源電路 圖 三端穩(wěn)壓集成電路 7805： 用 7805 三端穩(wěn)壓 器 組成穩(wěn)壓電源 輸出電壓穩(wěn)定，電壓大小為 +5V，滿足單片機(jī)的工作電源需求， 7805 所需的外圍元 件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜 。 電源電路 本設(shè)計使用汽車尾燈的 12V 電源為系統(tǒng)供電，但本系統(tǒng)適用電壓為 5V，需設(shè)計電源電路將其轉(zhuǎn)化為 5V 電壓。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏 輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 4） 芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 11 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址 “ 1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。如圖 所示。該器件采用ATMEL 高密度非易失 存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如 所示。發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負(fù)責(zé)向傳感器輸出一個有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去；接收放大器 用于放大回聲信號以便記錄，同時為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號，接收放大器要有足夠的頻帶寬度；收 /發(fā)隔離則使接收裝置避開強(qiáng)大的發(fā)射信號；記錄 /控制部分啟動或關(guān)閉發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時及接收的瞬時，并將時差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記錄。由于超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。故在超聲波測量中，常使用 40KHz 的超聲波。 可以看出主要部分有： 1) 供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器（發(fā)射電路）； 2) 使接收和發(fā)射隔離的開關(guān)部分； 3) 轉(zhuǎn)換電能為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中的發(fā)射傳感器； 4) 接收反射聲能（回波）和轉(zhuǎn)換聲能為電信號的接收傳感器； 5) 接收放大器，可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備； 6) 記錄 /控制設(shè)備，通?？刂瓢l(fā)射到傳感器中的電能，并控制聲能脈沖發(fā)射到記錄回波的時間，存儲所要求的數(shù)據(jù)，并將時間間隔轉(zhuǎn)換成距離。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就停止計時。 超聲波測 距的原理及實(shí)現(xiàn) 超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。 2）指向特性 7 實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點(diǎn)看成一個振蕩源，輻射出一個半球面波（子波），這些子波沒有指向性。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。曲線在 f0 處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 f0 處3 59 51 0 01 0 51 1 01 1 54 04 5f ( K H z )發(fā) 射 靈 敏 度 （ d B ） 圖 超聲波傳感器頻率特性曲線 接收靈敏度最高。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 f0 的交流電壓來激勵。其中， f0＝ 40KHz 為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率 ，在 f0 處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說在 f0 處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。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。利用這一特 性可制成各種頻率的超聲傳感器。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。 壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。 電 極 壓 電 晶 片共 振 板 圖 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 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工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，它 有兩個壓電晶片和一個共振板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。 壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。利用超聲波檢測往往比 較迅速、方便、計算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)用。 超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。超聲波測量在國防、航空航天、電力、石化、機(jī)械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點(diǎn)，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。 4 第二章 超聲波測距雷達(dá)工作原理 超聲波傳感器介紹 超聲波是一種頻率超過 20kHz 的機(jī)械波。 顯示子系統(tǒng)的設(shè)計 顯 示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。 語音報警器的選擇 由于在該設(shè)計中只涉及到簡單的報警聲音，可以直接用單片機(jī)的某一引腳產(chǎn)生方波控制。 根據(jù)以上性能的比較，我們能看出來激光傳感器是比較理想的選擇，但是其價格較高， 3 不易為大眾接受。其原理猶如蝙蝠，它嘴里發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波遇到小昆蟲的時候，它的耳朵能夠接收 反射回波，從而判斷昆蟲的位置并予以捕殺。 方案三： 超聲波傳感器。激光測距在技術(shù)途徑上可分為脈沖式激光測距和連續(xù)波相位式激光測距。 方案二： 激光傳感器。 測距傳感器選擇 方案一： 紅外傳感器。由于本系統(tǒng)控制功能簡單，沒有必要為了提高性能而增加成本和開發(fā)難度。 Mega 系列是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AVR 8 位單片機(jī)中的高端產(chǎn)品，由于市場和技術(shù)原因，市場占有率挺高 ，采用精簡指令集系統(tǒng)。 51 單片機(jī) 具有功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、軟硬件資源都比較豐富等特點(diǎn)，其外圍接口電路簡單，具有很高的性價比，成本低，而且它經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)也相當(dāng)成熟 。 本文旨在設(shè)計一種以 AT89C51 單片機(jī)為核心控制芯片，高性價比的倒車?yán)走_(dá)， 系統(tǒng)成型后，經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員論證后可推向市場。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接用數(shù)字表示汽車 與后面物體的距離，并可精確到 1 厘米，讓駕駛員一目了然。粘帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險杠上鉆一個洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接收到的信號傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示出來。 司機(jī)在倒車時，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使司機(jī)倒車時不至于撞上障礙物。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。 因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。 Singlechip microputer； Soundlight ala 1 引 言 隨著社會的不斷發(fā)展，汽車已逐漸成為人們不可或缺的交通工具。 System receiving part reflected by the receiving probe of the sig