【正文】 T/R40 系列超聲波傳感器典型的工作頻率為（3941）KHZ，其具體參數(shù)見(jiàn)表 和表 。超聲波基本應(yīng)用電路主要分為三類： 1）直射型，主要用于遙控及報(bào)警電路 2）分離反射型，主要用于測(cè)距，料位測(cè)量等電路3）反射型，主要用于材料的探傷，測(cè)厚電路。目前市面上出售的超聲波傳感器種類有通用型，拓寬型，寬帶域型，防水型和高頻型等這幾類。設(shè)換能器在空載 ( Z1 = 0) 和有載( Z1 = R1) 時(shí)的 Q 值分別為 Qm0 、Qm ,則有 0101RWCLm? )(1010RWCRLQm???e)(10?超聲波換能器的工作效率為 01R??相臨兩片的壓電陶瓷片極化方向相反，芯片的數(shù)目成偶數(shù)，以使前后金屬蓋板與同一極性的電極相連，否則在前后蓋板與芯片之間要墊以絕緣墊圈，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不必要的增大，兩芯片之間，芯片與金屬蓋板間通常以薄黃銅片（厚度小于 ） ，作為焊接電極引線用；芯片，電極銅片用強(qiáng)力膠膠合，在壓電組件的中央部分用結(jié)合軸與圓錐狀諧振子連成一體，圓錐狀諧振子的邊緣部分裝有圓環(huán)彈性橡膠減振器，使之與外殼固定，起聲阻匹配作用。電能用 Qe 表示。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，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(cè)量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長(zhǎng)距離的測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。相反, 電極間未加電壓,則當(dāng)共振板接收到回波信號(hào)時(shí),將壓迫兩壓電晶片振動(dòng),從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào),此時(shí)的傳感器就成了超聲波接收器。超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。采取收發(fā)分離方式有兩個(gè)好處：一是收發(fā)信號(hào)不會(huì)混疊，接收探頭所接收到的純?yōu)榉瓷湫盘?hào)；二是將接收探頭放置在合適位置，可以避免超聲波在物體表面反射時(shí)造成的各種損失和干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。在移動(dòng)車(chē)輛中應(yīng)用的超 聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波） ，通過(guò)接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收的時(shí)間差和傳播速度，計(jì)算傳播距離，從而得到障礙物到車(chē)輛的距離。其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間。利用超聲波測(cè)距的工作，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。 　　 超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 　　 　　由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。 　　 　　超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF（ time of flight） 。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。系統(tǒng)采用一片 STC89C52 單片機(jī)對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集。 本文介紹的超聲測(cè)距系統(tǒng)共有 2 只超聲波換能器( 俗稱探頭) , 分別布置在汽車(chē)的后左、后右 2 個(gè)位置上。汽車(chē)防撞雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)防撞報(bào)警功能, 主要有超聲波這把無(wú)形尺子 , 它測(cè)量最近障礙物的距離 , 并告訴給車(chē)主。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了具有語(yǔ)音報(bào)警功能的產(chǎn)品。后繼的產(chǎn)品可以顯示車(chē)后障礙物離車(chē)體的距離。 超聲波測(cè)距在汽車(chē)上應(yīng)用的介紹： 超聲波倒車(chē)測(cè)距儀( 俗稱電子眼)是汽車(chē)倒車(chē)防撞安全輔助裝置 ,能以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動(dòng)態(tài)顯示周?chē)系K物的情況。因此，大力研究開(kāi)發(fā)如汽車(chē)防撞裝置等主動(dòng)式汽車(chē)輔助安全裝置，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于提高交通安全將起到重要的作用。對(duì)于公路交通事故的分析表明，80%以上的車(chē)禍?zhǔn)掠捎隈{駛員反應(yīng)不及所引起的，超過(guò) 65%的車(chē)輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。能向司機(jī)及乘員提前發(fā)出即將發(fā)生撞車(chē)危險(xiǎn)的信號(hào)，促使司機(jī)采取應(yīng)急措施來(lái)應(yīng)付特殊險(xiǎn)情，避免損失。這個(gè)系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽(tīng)語(yǔ)音信號(hào)的探測(cè)裝置。目前汽車(chē)安全領(lǐng)域被動(dòng)安全研究較多，主要從安全氣囊、ABS(防抱死系統(tǒng))和懸架等方面著手，以保證駕乘人員的安全。從傳統(tǒng)上說(shuō)，汽車(chē)的安全可以分為兩個(gè)主要研究方向:一是主動(dòng)式安全技術(shù)，即防止事故的發(fā)生，該種方式是目前汽車(chē)安全研究的最終目的。中國(guó)政府也高度重視智能交通系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用。但公路發(fā)展、交通管理卻相對(duì)落后，導(dǎo)致了交通事故與日劇增，城市里尤其突出。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告用紙 基于超聲波的汽車(chē)防撞畢業(yè)論文目 錄1 引 言 ...............................................................................................1 課題背景 ............................................................................................................1 課題設(shè)計(jì)的意義 ： ............................................................................................1 超聲波測(cè)距在汽車(chē)上應(yīng)用的介紹： ................................................................12 課題的方案設(shè)計(jì)與論證 ...................................................................3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................3 設(shè)計(jì)方案的論證 ................................................................................................53 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................................6 單片機(jī)的選擇 ....................................................................................................6 發(fā)射電路的設(shè)計(jì) ..............................................................................................11 接收電路的設(shè)計(jì) ..............................................................................................154 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) .............................................................................22 超聲波汽車(chē)防撞電路的算法設(shè)計(jì) .................................................................23 主程序流程圖 ..................................................................................................24 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 ..................................................265 調(diào)試 .................................................................................................28 硬件調(diào)試 ..........................................................................................................28 軟件調(diào)試 ..........................................................................................................29總 結(jié) .................................................................................................31致 謝 .................................................................................................33附錄 1： ................................................................................................35附錄 2： ................................................................................................37附錄 3： ................................................................................................39 1 引 言 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車(chē)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車(chē)流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)的產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。智能交通系統(tǒng) ITS 是目前世界上交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率，保障交通安全，緩解交通賭塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各國(guó)政府的廣泛關(guān)注。汽車(chē)防撞系統(tǒng)作為 ITS 發(fā)展的一個(gè)基礎(chǔ)，它的成功與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著很大的作用。二是被動(dòng)式安全技術(shù)，即事故發(fā)生后的乘員保護(hù)。從經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面來(lái)說(shuō)，這些被動(dòng)安全措施是在事故發(fā)生時(shí)刻對(duì)車(chē)輛和人員進(jìn)行保護(hù)，有很大的局限性，因而車(chē)輛的主動(dòng)安全研究尤為重要，引出了本文研究的基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。它安裝在汽車(chē)上，能探測(cè)企圖接近車(chē)身的行人、車(chē)輛或周?chē)系K物。 課題設(shè)計(jì)的意義隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化程的發(fā)展，汽車(chē)這一交通工具正為越來(lái)越多的人所用，但是隨之而來(lái)的問(wèn)題也顯而易見(jiàn)，那就是隨著車(chē)輛的增多，交通事故的頻繁發(fā)生，由此導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失數(shù)目驚人。奔馳汽車(chē)公司對(duì)各類交通事故的研究表明：若駕駛員能夠提早 1S 意識(shí)到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的正確措施，則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。顯然，此類產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)具有極大的實(shí)現(xiàn)意義和廣闊的應(yīng)用前景。其較早的產(chǎn)品是用蜂鳴器報(bào)警 ,蜂鳴聲越急 ,表示車(chē)輛離障礙物越近。其大多數(shù)產(chǎn)品探測(cè)范圍在 ～ m,有的產(chǎn)品能達(dá)到 ～ m,并有距離顯示、聲響報(bào)警、區(qū)域警示和方位指示 ,有些產(chǎn)品還具備開(kāi)機(jī)自檢功能。這些產(chǎn)品存在的主要問(wèn)題是測(cè)量盲區(qū)大 ,報(bào)警滯后 ,未考慮汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的慣性因素 ,使駕駛者制動(dòng)滯后 ,抗干擾能力不強(qiáng) ,誤報(bào)也較多。其實(shí)超聲測(cè)距原理簡(jiǎn)單: 它發(fā)射超聲波并接收反射回波, 通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)器獲得兩者時(shí)間差 t, 利用公式 S=Ct /2 計(jì)算距離 , 其中 S 為汽車(chē)與障礙物之間的距離, C 為聲波在介質(zhì)中的傳播速度。能檢測(cè)前進(jìn)和倒車(chē)方向障礙物距離, 通過(guò)后視鏡內(nèi)置的顯示單元顯示距離和方位, 發(fā)出一定的聲響 , 起到提示和警戒的作用。超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)單元。其主要有三種測(cè)距方法： 　?。?）相位檢測(cè)法，相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限； 　?。?）聲波幅值檢測(cè)法，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響； 　?。?）渡越時(shí)間檢測(cè)法，渡越時(shí)間檢測(cè)法的工作方式簡(jiǎn)單，