【正文】 b （ 23752425） % A 115db 最小值64db （ 3941） KHZ 最小6/100db 最小6/71db （ 23752425） % 由于是測距系統(tǒng)是采用超聲波發(fā)射和接收分離反射型結(jié)構(gòu)，所以發(fā)射頭和接收頭應(yīng)該在同一平行直線上。經(jīng)過參考前人的經(jīng)驗以及調(diào)試時的實際情 況，應(yīng)保持超聲波發(fā)射頭和接收頭中心軸線平行并相距48cm 即可。本設(shè)計選用氣相、窄波束、 40KHz 的超聲波換能器。 反射時間法其原理是利用檢測聲波發(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 利用公式 S=V（ T/2） (其中 S 為被測距離、 V 為空氣中聲速、 T 為回波時間（ 21 TTT ?? ）計算出路程，這種方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測距，如果對聲速進行溫度修訂，其精度還可進一步提高，本設(shè)計中選用此方法。 40KHZ 的發(fā)射頻率由 NE555 提供給軟件進行處理 控制發(fā)射及停止 ，回波經(jīng)過STC89C52 對接收到的信息進行處理后，被測的距離在 LCD 上顯示，顯示部分采用動態(tài)掃描顯示。 超聲波汽車防撞報警器設(shè)計 8 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 單片機的選擇 在系統(tǒng)的設(shè)計中，選擇合適的系統(tǒng)核心器件就成為能否成功完成設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵，而作為控制系統(tǒng)核心的單片機的選擇更是重中之重。選擇好合適的單片機可以最大地簡化單片機應(yīng)用系統(tǒng)，而且功能優(yōu)異，可靠性好，成本低廉，具有較強的競爭力。一般來說，選擇單片機需要考慮以下幾個方面： （ 1）單片機的基本性能參數(shù)。 （ 2）單片機的增強功能。 （ 3）單片機的存儲介質(zhì)。 （ 4）芯片的封 裝形式。 （ 5）芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍工級還是商業(yè)級。 （ 6）芯片的功耗。 （ 7）供貨渠道是否暢通、價格是否低廉。包括芯片手冊，應(yīng)用指南，設(shè)計方案，范例程序等。 STC89 系列單片機是 MCS51 系列單片 機的派生產(chǎn)品。 STC89 系列單片機高速 (最高時鐘頻率 90MHz)，低功耗，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程 (ISP， IAP),不占用戶資源。 GND 接地端 。當(dāng)使用自激振蕩方式時， XTAL1 和 XTAL2 外接石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩，就產(chǎn)生時鐘信號。 3. RST 復(fù)位 在振蕩器運行 時，有兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 52 芯片便循環(huán)復(fù)位。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 0000H 處開始運行程序。 圖 34 復(fù)位電路圖 本設(shè)計采取的復(fù)位電路是手動復(fù)位電路，如圖 35所示。內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時， P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL 負(fù)載電路。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址 (低 8位 )/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。 P1 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。在訪問外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址。 輸入輸出腳，稱為 P3 口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載，這 8個引腳還用于專門的第二功能。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外 P3 端口還用于一些專門功能， 如 表 31。即使不訪問外部存儲器， ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號 (此頻率是振蕩器頻率的 1/6)。對 Flash 存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖 PROG (2) PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲器時，應(yīng)輸入低電平。對 Flash 存儲器編程時，用于施加 Vpp 編程電壓。 555的引腳 PWM 與單片機連接， 并由單片機 I/O 口來控制其發(fā)送與否 ,單片機的引腳RST、 、 分別連接到 74LS04 的 2A、 2Y、 3A 引腳上，利用整個電路的協(xié)*******本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 調(diào)合作來實現(xiàn)發(fā)射電路的工作。為了能連續(xù)調(diào)節(jié)占空比并能調(diào)節(jié)振蕩頻率，在 555 的第 6腳和第 7腳之間接有 W W R2組成的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò) 。當(dāng) R1＝ R2， W2調(diào)到中心點或不用 W2時，因充放電時間基本相等，其占空比約為 50%，此時調(diào)節(jié) W1 僅改變頻率，占空比不變。 W1不變，調(diào)節(jié) W2 時，僅可改變占空比而對頻率無影響。為保證驅(qū)動能力， 又為了在低電壓下工作，故采用來放大信號，提高發(fā)射功率。它具有成本低、易使用、適應(yīng)面廣、驅(qū)動電流大和一定的負(fù)載能力。 它的各個引腳功能如下： 1 腳：外接電源負(fù)端 VSS 或接地，一般情況下接地。 3 腳：輸出端 Vo 2 腳： TL 低觸發(fā)端 6 腳： TH 高觸發(fā)端 4 腳： DR 是直接清零端。 5 腳： VC 為控制電壓端。 超聲波汽車防撞報警器設(shè)計 14 7 腳：放電端。 在 1 腳接地， 5 腳未外接電壓，兩個比較器 A A2 基準(zhǔn)電壓分別為CCCC VV 3/13/2 ? 的情況下， 555 時基電路的功能表如表 32 示。 圖 39 NE555 內(nèi) 部結(jié)構(gòu)圖 表 3— 2 555時基電路的功能表 清零端 DR 高觸發(fā)端 TH 低觸發(fā)端 TL Qn+1 放電管 T 功能 0 ? ? 0 導(dǎo)通 直接清零 1 CCV32? CCV31? 0 導(dǎo)通 置 0 1 CCV32? CCV31? 1 截止 置 1 1 CCV32? CCV31? Qn 不變 保持 NE555 應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路： （ 1） 單穩(wěn)類電路 作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。amp。 （ 3） 無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出，電源變換，音響報警，玩具 ， 電控測量，定時等。 超聲波發(fā)射電路原理圖所示：由 NE555 時基電路及外圍元件構(gòu)成 40kHZ 多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)電阻器 RP 阻值，可以改變振蕩頻率，最終達(dá)到 40KHZ。電路簡單易制。 用 555 定時器接成的多諧振蕩器來驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器。振蕩頻率 f 主要取決于電阻 R1（包括電位器的阻值）、 R2 和電容 C1，當(dāng) R R2 和 C1 固定時，改變電位器的阻值就可改變振蕩頻率，振蕩幅度由 電源電壓來決定。考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38KHZ 與測距的超聲波頻率 40KHZ較為接近，可以利用它做超聲波的檢測接收電路。 CX20216A 是日本索尼公司生產(chǎn)的彩電專用紅外遙控接收器，采用單列 8 腳直插式，超小型封裝。 (2）電源電流 ～ (典型值為 )。 (4）電壓增益 77～ 79dB。 (6）濾波器中心頻率 f0為 30～ 60kHz。 圖 310 CX20216A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 *******本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 各引腳功能（如下表 33） 表 3— 3 CX20216A 引腳功能 引腳 名稱 功能 1 IN 信號輸入端 2 C1 RC網(wǎng)絡(luò)連接端，該端與地串接一 RC 網(wǎng)絡(luò)，以確定前置放大器的頻率特性與增益。 3 C2 檢波電容連接端，該端與地接檢波電容，電容量大，則為平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度低；電容值小，則為峰值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈寬變動大。 6 C3 積分電容連接端，該腳所接積分 電容標(biāo)準(zhǔn)值為 330PF，當(dāng)電容值增大時，則外部濾波干擾增強，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時間增加。基本原理如下：接收換能器把超聲波回波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的數(shù)字編碼脈沖調(diào)幅波，并由 1 腳進入集成放大器的 正相輸入端。在放大器輸入端設(shè)置有 ABLC 電路（即自動偏壓電路或者自動電平控制電路，它可使放大及限幅電路輸出電平穩(wěn)定的編碼信號），可自動調(diào)整放大器的偏置電壓，使放大器的輸出電平穩(wěn)定。信號再進入帶通濾波器，濾除頻率范圍 3050KHZ 以外的干擾信號。調(diào)節(jié)其阻值可調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率值。檢波出的信號再送到整形電路中進行波形轉(zhuǎn)換與整超聲波汽車防撞報警器設(shè)計 18 形，最后由 7 腳輸出數(shù)字編碼脈沖信號，送至 CPU 去識別，處理。而由檢波器輸出的數(shù)據(jù)編碼信號， CPU不能識別，故在檢波器后設(shè)置由積分電路和磁滯回線型比較器組成的整形電路，整形電路是一種波形變換電路，它可將檢波器輸出的寬度編碼脈沖整形變換為CPU 所能識別的數(shù)字 信號。 根據(jù)以上原理，超聲波測距系統(tǒng)的接收電路如下圖 311 所示。當(dāng)芯片接收到 40KHZ 的信號時， 7 腳的輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，單片機外部中斷 0 口檢測到輸入信號的下降沿或者低電平時，立即產(chǎn)生中斷，同時停止定時 /計數(shù)器 T0。隨著科技的發(fā)展，液晶顯示模塊的應(yīng)用前景將更加廣闊。 *******本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 Ts128643引腳功能如下 表 3— 4 12864 的引腳功能 參考 ts128643與的單片機的引腳功能畫出它們連接的原理圖 312 如下： 超聲波汽車防撞報警器設(shè)計 20 圖 312 12864 與單片機的連接圖 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 電路為如圖 315 所示。電路圖為圖 3－ 16 圖 316 MAX232 電路與單片機通信電路 超聲波汽車防撞報警器設(shè)計 22 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 軟件設(shè)計的主要思路是將預(yù)置、發(fā)射、接收、顯示、聲音報警等功能編成獨立的模塊，在主程序中采用鍵控循環(huán)的方式，當(dāng)按下控制鍵后，在一 定周期內(nèi)，依次執(zhí)行各個模塊，調(diào)用預(yù)置子程序 ， 發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量的結(jié)果進行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果決定顯示程序的內(nèi)容以及是否調(diào)用聲音 ，顯示 報警程序。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 0． 1 ms(這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測 距離的原因 )后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 *******本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序， 如圖（ 41）（ 42） (43) 所示 。 定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。 （ 2） 脈沖 信號 通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)出超聲波。 （ 4） 超聲波遇到障礙物后回波被超聲波換能器接收。 （ 6） 數(shù)據(jù)計算。 Y N N N Y Y 顯示服務(wù)子程序 讀區(qū)距離 小于 1 米 ? 1 X2 大于 2 米 ? 顯示危險距離，并用紅色LED 燈指示 蜂鳴器報警 保持距離，黃色LED 燈指示 返回 返回 播放距離并顯示 顯示安 全距離并用綠色 LED 燈指示 返回 返回 *******本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0工作模式為 16位定時計數(shù)器模式。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。 測出距離后結(jié)果將以十進制 BCD 碼方式送往 LCD 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送脈沖信號 控制 555 芯片超聲波的發(fā)射 （頻