【正文】 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。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。他們所產(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，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。167。在流體動力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當(dāng)聲壓達到一定的值時，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動等一系列動力學(xué)過程稱為空化。超聲波傳播過程中，會引起介質(zhì)質(zhì)點交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機械效應(yīng)。167。如果在一種介質(zhì)中傳播幾個聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。167。超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中。當(dāng)聲波的振動頻率小于20Hz或大于20KHz時，我們便聽不見了。 超聲波的簡介科學(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲(Hz)。為此，設(shè)計了以單片機為核心，利用超聲波，提醒駕駛員在倒車時有效的避開可能對倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由于倒車造成的汽車碰撞或擦傷的經(jīng)濟損失和人身安全問題，具有較強的實用性。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_便成為近些年來的研究熱點。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。 課題研究的意義近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。如美國 Dephi 公司的汽車防撞系統(tǒng)就采用了激光雷達、微波雷達和機器視覺等多種傳感器的信息融合，實現(xiàn)了信息分析、綜合和平衡，利用數(shù)據(jù)間的冗余性和互補特性進行容錯處理，克服了單一傳感器可靠性低、有效探測范圍小等缺點，有效降低了雷達的誤報率。盡管某些雷達具有二維，甚至三維的目標(biāo)探測能力，但迄今為止，沒有任何一個傳感器能保證在任何時刻提供完全可靠的信息。車用雷達首先要解決的技術(shù)難題就是減少雷達的誤報。無庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。倒車輔助的發(fā)展從倒車警示喇叭開始，經(jīng)倒車?yán)走_蜂鳴器碰撞警示、數(shù)字波段顯示技術(shù)（利用雷達感測液晶顯示距離）等階段的發(fā)展，目前己成功研發(fā)液晶顯示屏幕技術(shù)（即顯示距離激活引擎時，顯示器會顯示輪廓外型并以動態(tài)方式顯示車輛與障礙物距離）。因此，近年來許多先進安全系統(tǒng)及駕駛輔助系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來。167。 超聲波測距儀雖然原理簡單，但是由于超聲波測距受到許多外界因素制約。由于微處理計時精度有限和硬件設(shè)計的束縛，現(xiàn)有超聲波測距系統(tǒng)的測量范圍比較低。 國內(nèi)外超聲波測距系統(tǒng)的概況目前超聲波測距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計時器計時，并結(jié)合溫度補償聲速等處理手段提高測距精度。由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車?yán)走_的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。近年來，隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。盡管每輛車都有后視鏡，但不可避免地都存在一個后視盲區(qū)，倒車?yán)走_則可以在一定程度上幫助駕駛員掃除視角死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，減少刮、擦事件。如越來越多的汽車使道路上有效的使用空間越來越小，新手也越來越多，由此引起的刮傷事件也越來越多，由此引起的糾紛也在不斷地增加。汽車已經(jīng)滲透于國防建設(shè)、國民經(jīng)濟以及人類生活的各個領(lǐng)域之中，成為人類生存必不可少的、最主要的交通工具，為人類生存和社會的發(fā)展與進步起到了至關(guān)重要的作用。 記錄并分析實驗結(jié)果 36結(jié)　論 38參考文獻 39致　謝 41附　錄 42第1章 課題研究背景與意義167。 軟件調(diào)試 35167。 汽車?yán)走_實物 35圖51汽車?yán)走_實物 35167。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 33167。 顯示程序 32167。 超聲波發(fā)射接收程序 30167。 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 29167。 發(fā)光二極管的驅(qū)動 27167。 報警電路設(shè)計 27167。 數(shù)碼管的簡介 23167。 超聲波的接收電路設(shè)計 21167。 發(fā)射電路輸出波形分析 19167。 單片機最小系統(tǒng) 18167。 超聲波測距系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 17167。 測量盲區(qū) 14167。 超聲波測距原理 13167。 超聲波傳感器的選擇 10167。 超聲波傳感器的簡介 7167。 超聲波的物理性質(zhì) 6167。 課題研究的意義 5第2章 超聲波測距原理與方法 6167。 國內(nèi)外超聲波測距系統(tǒng)的概況 4167。超聲波自動測距系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目　錄 前　言 1第1章 課題研究背景與意義 3167。 課題研究的背景 3167。 汽車倒車?yán)走_的發(fā)展趨勢 4167。 超聲波的簡介 6167。 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用 6167。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 8167。 HCSR04超聲波測距模塊的簡介 11167。 發(fā)射脈沖寬度 14167。 本章小結(jié) 16第3章 超聲波測距系統(tǒng)的總體設(shè)計 17167。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述 17167。 超聲波的發(fā)射電路設(shè)計 19167。 超聲波發(fā)射器的注意事項 20167。 顯示電路設(shè)計 23167。 LED數(shù)碼管的顯示 25167。 蜂鳴器的驅(qū)動 27167。 本章小結(jié) 28第4章 軟件設(shè)計 29167。 初始化程序 29167。 外部中斷子程序 32167。 顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 33167。 本章小結(jié) 34第5章 安裝與調(diào)試 35167。 汽車?yán)走_的調(diào)試 35167。 整機調(diào)試 36167。 課題研究的背景自從1886年2月9日卡爾?本茨發(fā)明了人類第一輛汽車，至今世界汽車工業(yè)經(jīng)過了近122年的發(fā)展，當(dāng)代汽車已經(jīng)非常成熟和普遍了。當(dāng)今，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分，它給人們帶來方便快捷的同時，也出現(xiàn)了許多問題。原來不是問題的倒車也逐漸變成了問題。因此，提出了基于超聲波測距的汽車用倒車?yán)走_的設(shè)計。隨著經(jīng)濟發(fā)展，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標(biāo)要求。167。但由于超聲波傳播時間難于精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求更高的場合下的應(yīng)用?，F(xiàn)有超聲波測距系統(tǒng)不僅測量范圍有限制，且測量精度有限。因此，如何選擇合適的方法提高精度是技術(shù)開發(fā)的重要瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者在提高超聲波測距精度方面做了大量的研究。 汽車倒車?yán)走_的發(fā)展趨勢隨著科技的日新月異，人們對于車輛的功能及行車安全的期望日益增多。其中倒車輔助系統(tǒng)是駕駛輔助系統(tǒng)中最先受到囑目的技術(shù)發(fā)展，目前己成為高階新車的標(biāo)準(zhǔn)駕駛輔助配備之一。超聲波測距系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可能還會更全面，例如將來可以在汽車的四個角上分別安裝上該系統(tǒng)，這樣可以降低司機師傅在拐彎的時候擦傷車子，而且可以在汽車前面也安裝該系統(tǒng)，可以減少因霧天或是能見度較低的時候汽車撞車事故。隨著測距儀的技術(shù)進步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。由于車輛在道路中行駛狀況十分復(fù)雜，并線、移線、轉(zhuǎn)彎、上下坡及道路兩旁的靜態(tài)護欄、標(biāo)志牌和各種惡劣天氣的影響等，使得雷達對主目標(biāo)的識別產(chǎn)生較高的誤報率。要想完全解決這種誤報問題，還需采取多傳感器之間的信息融合技術(shù)。167。同時汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，15％的汽車碰撞事故是因倒車時汽車的后視能力不良造成的。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。第2章 超聲波測距原理與方法167。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20Hz～20000Hz。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離。 超聲波的物理性質(zhì)當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的超聲效應(yīng)。超聲波引起質(zhì)點的運動，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動的頻率的平方成正比的質(zhì)點的加速度卻很大，有時足以達到破壞介質(zhì)的程度。如果超聲波作用于介質(zhì)時被介質(zhì)所吸收，實際上也就是有能量吸收，同時，由于超聲波的振動，使介質(zhì)產(chǎn)生強烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。 超聲波傳感器的簡介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。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。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。它有兩個壓電晶片和一個共振板。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。 圖 21超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu) 圖 22超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 167。本次設(shè)計超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電方式。它有兩個壓電晶片和一個共振板。反之，如果兩電極間外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，就成為超聲波接收器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。它是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。電聲型主要有壓電傳感器、磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。屬于晶體的如石英，妮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，欽酸鋇等。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。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會使其產(chǎn)生機械變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機械波相同的電信號。圖24雙壓電晶片的等效電路圖雙壓電晶片的等效電路如圖24所示，為靜電電容，R為陶瓷材料介電損耗,并聯(lián)電阻Cm和Lm為機械共振回路的電容和電感，為損耗串聯(lián)電阻。發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率，利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板(振動板)接到一個電極端，下面用引線直接接到另一個電極端。這兩處的支點就成為振子振動的節(jié)點。接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。 超聲波傳感器的選擇測距系統(tǒng)的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。由于超聲波在空氣中傳播時會有衰減,衰減的程度與頻率的高低成正比, 而頻率高分辨率也高, 故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器, 而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。超聲波傳感器有多種結(jié)構(gòu)形式，可分成直探頭(接收縱波)、斜探頭(接收橫波)、表面波探頭(接收表面波)、收發(fā)一體式探頭、收發(fā)分體式雙探頭等。一般電子市場上出售的超聲波傳感器常見的有收發(fā)一體式和收發(fā)分體式兩種。收發(fā)分體式是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接受器用作接受超聲波。頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大，檢測距離越短，分辨力也變高。167。（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us 的高電平信呈。（3）有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。圖25 HCSR04超聲波測距模塊實物如圖25接線，VCC 供5V電源，GND 為地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出等四個接口端。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。167。本設(shè)計采用往返時間檢測法測距。如圖23所示為反射時間法測距原理圖，利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離,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間T 利