【正文】 度C=344m/s(20℃ 室溫 )，忽略聲速的傳播誤差。根據(jù)以上過計算可知，在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于 1mm 的誤差。 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 4 超聲波的傳播速度主要受空氣密度 的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關系。 系統(tǒng)工作原理 此次設計所采用的汽車倒車系統(tǒng)的電路模塊圖 如圖 3 所示 。單片機在超聲波信號發(fā)射的同時開始計時，超聲波信號在空氣中傳播遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的回波信號經(jīng)過處理后輸入到單片機產(chǎn)生中斷，計數(shù)器停止計數(shù)。溫度補償電路利用聲 速和溫度之間的關系對聲速進行校正，從而消除溫度對聲速的影響， 報警電路可實現(xiàn)汽車倒車過程中的聲光報警。 電路的組成要考慮簡單實用， 元器件選擇要考慮功 耗問題，如單片機就需選擇低功耗的。 51 系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)。它不光能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運 算，其功能十分完備，使用起來得心應手。 51 系列在片內(nèi) RAM 區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址 20H～ 2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理（作位處理時，合 128 個位，相應位地址為 00H～ 7FH），使用極為靈活。而實施這一處理（包括前面 所有的位功能），只需用一條位操作指令障 礙 物 超聲波接收電路 超聲波發(fā)射電路 單 片 機 顯示電路 聲光報警電路 溫度補償電路 系統(tǒng)輔助電源 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 5 即可。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度 不夠，用得不多。作乘法時，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個乘數(shù)分別在累加器 A 和寄存器 B 中。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。而在其他的單片機中，則也需調用專用的子程序才行。 Atmel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲器（ Flash），容許改寫 1000 次以上，這給編程和調試帶來極大的便利，其產(chǎn)品 AT89C5 AT89C52 ??等成為了當今最流行的八位單片機。當該腳作輸出腳使用時，則為高電 平或低電平均可。其原因是高電平時該 腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。 基于以上 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。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。此系統(tǒng)采用單片機 AT89C51 作為控制器，兼容 RS232 標準的芯片MAX232 單電源電平轉換芯片、 D9 插口實現(xiàn)串行輸入；復位電路采用手動復位方式，簡單方便；振蕩電路采用單片機引腳 XTAL XTAL2 跨接石英晶體振蕩器和 30pf 的微調電容， 12MH晶振構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，使得單片機能夠以此作為時鐘控制信號。（如圖 4 所示） 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 6 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eBD a t e : 19 F e b 20 1 2 S h e e t of F il e : D : \ pc b\ Z H U F E N G .dd b D r a w n B y: L M 7 80 5 0. 1U F 0. 1U F 47 0U F 47 0U F 56 0 V C C + 1 2V V C C + 5 V綠色 L E D1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eBD a t e : 19 F e b 20 1 2 S h e e t of F il e : D : \ pc b\ s hu z i w e n du j i .dd b D r a w n B y:P / T 21P / T 2 E X2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R E S E T9P / R X D10P / T X D11P / I N T 012P / I N T 113P / T 014P / T 115P / W R16P / R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P / A D 821P / A D 922P / A D 1023P / A D 1124P / A D 1225P / A D 1326P / A D 1427P / A D 1528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P / A D 732P / A D 633P / A D 534P / A D 435P / A D 336P / A D 237P / A D 138P / A D 039V C C40 A T 8 9C 5 1 10 U 12 M 30 P F 30 P F4. 7KV C C單片機復位晶振 2KV C C 圖 4 電源模塊的設計 一路直接提供 12 伏的直流電源，主要是提供給繼電器使用的，另一路通過三端穩(wěn)壓芯片7805 穩(wěn)壓成 5 伏直流電源提供給單片機系統(tǒng)使用，右邊兩個電容是 5 伏電源的濾波電容，電阻和綠色的 LED 組成 5 伏電源的工作指示電路，只要電源部分正常，綠色的 LED 就會點亮。 3）晶振電路的設計 AT89C51 單片機內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片引腳 XTAL1,輸出端為引腳 XTAL2。電容一般選擇 30pf，電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，穩(wěn)定 性和速度。 單片機最小系統(tǒng)如圖所示。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用與發(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。 超聲波接收部分采用集成芯片 CX20206A， 這是一款紅外線檢波接收的專用芯片?？梢岳盟鳛槌暡z測電路。為了不使放大器的輸出信號過強而產(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行自動限制。 2) 限度放大器：當信號太強時為了防 止放大器過載，限制高電平振幅，同時也可消除寄生調幅干擾。 4) 檢測器：將返回的超聲波的包絡解調回來。 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，實現(xiàn)準確的計時。 圖 6 超聲波接收電路 超聲波接收電路所采用的集成芯片 CX20206A 是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。適當?shù)母淖?C3 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。它還可廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng) 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 8 等。 CX20206A 可用來完成遙控信號， CX20206A 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外解調集成電路，采用 8 腳單列直插式塑料超小型封裝， +5v 供電，內(nèi)部含可前置放大、自動偏置、限幅放大、通帶攄波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。 CX20206A 的引腳注釋及引腳圖（如圖 7所示）。 2) 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=， C= F。 4) 4腳：接地端。例如，取 R=200kΩ時， fn≈ 42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈ 38KHz。 7) 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。 圖 7 CX20206A 的引腳圖 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 9 超聲波發(fā)射電路的設計 超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波 發(fā)射電路兩個部分， 可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設計一個驅動電流 100mA 以上的驅動電路。這種方法的優(yōu)點是無需驅動電路，但缺點是靈活性低。 40KHz 的超聲波是利用 LC 震蕩電路振蕩產(chǎn)生的，其振蕩頻率計算公式如下： 脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用 AT89S51 的 口發(fā)射 40 kHz 的方波信號，經(jīng)過 74HC04放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。對于 HC 類型，其工作電壓為 2～ 6 V，它具有高抗擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號和CMOS 邏輯輸入等特點。 發(fā)射電路主要由反向器 74HC04 和超聲波換能器構成，單片機 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電極。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力，上拉電阻 R R9 一方面可以提高反向器 74HC04 輸出高電平的驅動能力，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間。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓 電晶片和一個換能板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出顯示方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。在單片機系統(tǒng)中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 顯示質量高：液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器 (CRT)那樣需要不斷刷新亮點。 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠 ，操作更加方面。功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅動 IC 上，因而耗電量比其他顯示器少的多。它獨有的藍色背光電路可以在環(huán)境光線較弱的條件下應用，顯示清晰，顏色靚麗，價格便宜的特點，是很好的顯示設備。由于本系統(tǒng)可以不用顯示 漢字，介于設計成本上的需要，我們采用了這個顯示方案。而且蜂鳴器的工作電流一般比較大，單片機 I/O 引腳輸出的電流較小，單片機輸出的 TTL 電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要利用一個電流放大電路來驅動，一般使用三極管來放大電流就可以了。而當電流、電壓被控制在一個范圍內(nèi)時，單片機的 P 口就發(fā)停止發(fā)出信號，而使蜂鳴器停止報警。 圖 10 聲光報警電路 溫度補償電路的設計 由于超聲波的傳播速度 V受到空氣中的溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中溫度的影響最為突出，溫度每升高 1℃，速度增加約 。 溫度測控系統(tǒng)在檢測溫度時可利用一線性數(shù)字溫度計即集成溫度傳感器 DS18B20 和單 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 12 片機，構成一個高精度的數(shù)字溫度檢測系統(tǒng)。因而，使用 DS18B20 可使系統(tǒng)