【正文】 控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動定時(shí)器工作，同時(shí)啟動接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號輸入時(shí)，對輸入信號進(jìn)行處理。 （ 2） 數(shù)碼管顯示模塊：通過該模塊的設(shè)計(jì)能夠讓所測得的距離顯示在數(shù)碼管上。 15 第 4 章 倒車?yán)走_(dá) 的軟件設(shè)計(jì) 軟 件總體結(jié)構(gòu)框圖 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、 INT0 超聲波接收中斷程序及顯示子程序四個(gè)主要模塊組成。 超聲波傳感器的技術(shù)參數(shù) 1． 工作電壓： DC5V； 2． 靜態(tài)電流：小于 2mA； 3． 電平輸出：高 5V； 4． 電平輸出：低 0V； 5． 感應(yīng)角度：不大于 15 度 ； 6． 感應(yīng)距離： 4cm5m； 7． 高精度： 。小功率超聲探頭多作探測作用。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面 。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 超聲波傳感器的選擇 超聲波傳感器的簡介 超聲波傳感器選擇的是 DYPME007 超聲波測距模塊，可提供 的非接觸式距離感測功能，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 14．工作溫度范圍 :075℃ /40 +85℃ 。 12．外部中斷 2路，下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷， power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 10．內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路（ D 版本才有 0）外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路 。 8． EEPROM 功能 。 6． 通用 I/0口（ 32/36個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/0口） PO 口是開漏輸入，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 4． 用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) 。 2． 工作電壓： – 。 STC89C51的簡介 STC89C51是兼容 8051內(nèi)核的單片機(jī)，是高速低功耗的新一代 8051單片機(jī)， 12時(shí)鐘機(jī)器周期和 6時(shí)鐘周期可反復(fù)設(shè)置 。圖 電路中選用的發(fā)射傳感器的指向特性及結(jié)構(gòu)。 超聲傳感器的指向圖由一個(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0度時(shí)電壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。 超聲波傳感器的指向 特性 實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成一個(gè)振蕩器，輻射出一個(gè)半球而波（子波）， 這些子波沒有指向性。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗的前置放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而且有較寬的帶寬，同時(shí)靈敏度以隨之降低。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。 12 圖 超聲發(fā)射傳感器頻率特性 另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。其頻率特性如圖 。其中， 40KHz 處為超聲波發(fā)射傳感器的中心頻率，在 40KHz 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40KHz 處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。 超聲波傳感器的特性 超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的傳感器特性為例子 。其中 S1表示“確定”按鍵； S2表示“減一”； S3表示“加一”、 S4表示循環(huán)移位，對不同位置進(jìn)行選擇。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個(gè)超聲 11 波換能器分別作為多 路超聲波發(fā)射 /接收的設(shè)計(jì)方法。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。 （ 8） 8 腳： 電源正極， ～ 5V。 （ 6） 6 腳： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短 。 （ 5） 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。 （ 3） 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢 波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 F。增大電阻 R 或減小C，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 其主要功能是從 38KHz 紅外載波信號中，將編碼信號解調(diào)出來，并加以放大和整形，然后再送到微處理器 (CPU)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)遙控操作功能，其具體引腳圖如圖 所示 ： 10 圖 集成電路 CX20xx6A 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 CX20xx6A 的引腳注釋： （ 1） l 腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ 。這種 IC 性能優(yōu)越 ， 封裝形式及體積與許多遙控信號接收器 IC 相同或相似 ， 故可用來代換多種型號的遙控信號接收集成電路。 CX20xx6A(國內(nèi)同類產(chǎn)品型號為 D20xx6A)是日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路。常用的載波頻率 38khz 與測距的 40khz 較為相近，可以利用它來做接收電路。 接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。 檢測器：將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來。 限度放大器：當(dāng)信號太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾 。為了不使放大器的輸出信號過強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動電平限制電路，對前置放大器的增益進(jìn)行自動限制?？梢岳盟鳛槌暡z測電路 。 超聲波接收部分采用集成芯片 CX20xx6A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號的壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力，上拉電阻 R R9 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出 40KHz 方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一 個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。本系統(tǒng)將 40 KHz方波信號分成兩路，分別由 74LS04 經(jīng)兩次和一次反向放大，從而構(gòu)成推拉式反向放大。 74LS04 是一個(gè)高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間，而相對于 LSTTL 邏輯 IC，它的功耗減少很多。本設(shè)計(jì)采用第二種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號。第二種方法是利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入 至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。 7 第 3 章 倒車?yán)走_(dá) 的硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)設(shè)計(jì) 有超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤控制電路、單片機(jī)硬件接口電路及顯示報(bào)警電路組成，該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的 STC89C51單片機(jī)，下面分步介紹各硬件部分的具體設(shè)計(jì)分析。 在使 用時(shí)，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是基本不變的。 在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間 t 。測距時(shí)有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，有定時(shí)器計(jì)時(shí)。距離的計(jì)算公式為 ： 22 tcsd ??? 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時(shí)間。其振蕩頻率計(jì)算公式如下： ? ?? ?5109 2 CRRf ???? 超聲波測距的原理：即為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當(dāng)這T 2 T 1 6 個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。 圖 ： 圖 測 距的原理 理論計(jì)算 如圖 為反射時(shí)間，是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時(shí)間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時(shí)間 T 利用公式： 2TCS ?? 其中， S 為被測距離、 V 為空氣中聲速、 T 為回波時(shí)間， 21 TTT ?? 可以計(jì)算出路程，這種 方 法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時(shí)間門”來加以克服。在達(dá)到技術(shù)要求的情況下產(chǎn)生報(bào)警。 單片機(jī)在超聲波信號發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波信號在 空氣中傳播，遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的聲波信號經(jīng)過處理后輸入到單片機(jī)的外部中斷口產(chǎn)生中斷，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。 圖 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)總 設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)又單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射和接受電路、顯示電路以及報(bào)警電路等幾部分組成。接收部分就是有兩級放大電路，檢波電路及鎖相環(huán)構(gòu)成，其中包括雜波抑制電路。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強(qiáng)度。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因?yàn)閷ν恢Оl(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接受傳感器上接受的回波功率就比較大，對于接受電路的設(shè)計(jì)就相對簡單一些。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由 壓電晶片的固定參數(shù)決定，頻帶較寬。 其發(fā)射電路通常分為調(diào)諧式和非調(diào)諧式。因此初步計(jì)劃實(shí)在室內(nèi)小范圍的測試，限定在 米左右。 主要研究問題 （ 1） 超聲波測距范圍小于 350cm，距離顯示分辨率 1cm，測距誤差小于 5%； （ 2） 超聲波在傳播中距離的計(jì)算 ； （ 3）超聲波 的發(fā)射和接受能否順利完成，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示倒車距離，倒車距離顯示的是測距值的最小值，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最小距離時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。 3 第六代：專為高檔轎車配置的。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采 用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多?，F(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有 ~；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。 第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員?！暗管囌堊⒁狻?！想必不少人還 記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒光顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種 。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免的都存在一個(gè)后視盲區(qū)。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等 部分組成，現(xiàn)在市場上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時(shí)，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)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，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。技術(shù)上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化發(fā)展，設(shè)備趨于小型化、人性化、智能化等方向發(fā)展。就目前形勢來看，汽車市場的快速發(fā)展將帶動倒車?yán)走_(dá)市場的繁榮。本文所設(shè)計(jì)的倒車?yán)走_(dá)主要是針對汽車倒車時(shí)無法目測到車尾與障礙物的距離而設(shè)計(jì)開發(fā)的。 In addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensitivity and thus Ultrasonic Rangin