【正文】 置。（3） 微波雷達測距雷達是利用目標對電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置的。微波雷達是利用發(fā)射的電磁波信號，當(dāng)遇到前方障礙物(汽車) 后反射回來，接收裝置收到回波信號，測得發(fā)射信號與接收信號之間的時間差,微處理器可以計算出兩車之間距離。工作頻率在3OGHz以上的雷達稱為毫米波雷達。毫米波雷達分辨率高，穿透力強，受大氣絮流和能見度低的天氣影響較小，同時毫米波多譜勒頻移大，可測量目標的相對距離和速度，是有發(fā)展?jié)摿Φ钠嚪雷怖走_。②是環(huán)境適應(yīng)性能好，受雨、雪、霧、污穢、陽光的干擾小，探測性能下降小。（4） 紅外測距 紅外測距的工作原理也與上述測距方案相似：紅外線在它的傳播路徑上遇到物體就反射回來,測量從發(fā)射時刻到反射光返回到發(fā)射點所經(jīng)過的時間,便可計算出物體的距離。測出發(fā)射波與接收到反射波的時間差T，即可求出距離：S=，c為光速度，一般取河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文12310e8m/s。通過編程，計算機自動處理，用脈沖的周期t 乘以脈沖數(shù)n 就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時間差T，即：T=nt將其代入上式就得測量距離S，同樣該方案也存在缺點， 比如受溫度的影響比較大,對霧的穿透性不強等。CCD攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器，具有尺寸小，質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準確等特點。缺點是需要高速的處理芯片,圖象處理算法復(fù)雜, 成像速度慢，目前價格高，同時受到軟件和硬件的限制。綜合以上優(yōu)缺點，考慮性能價格比，本系統(tǒng)采用毫米波雷達測距技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)。本系統(tǒng)以單片機AT89C2051作為系統(tǒng)的控制器，利用其實時控制和數(shù)據(jù)處理功能, 完成系統(tǒng)的控制；用毫米波雷達作為測距技術(shù)，用集成霍爾河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文13元件實現(xiàn)對本車的測速,用發(fā)聲器件構(gòu)成報警電路，系統(tǒng)的硬件原理框圖如21所示： 發(fā)射接收發(fā)聲報警裝置單片機AT89C2051集成霍爾元件測速裝置毫米波雷達測距測速裝置圖21 系統(tǒng)的硬件原理框圖能充分發(fā)揮AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。若將安全距離設(shè)為0．5m，就可作為汽車倒車報警器，提高汽車倒車時的安全性。各自的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭。② 易實現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。④ 多普勒頻移大，測速靈敏度高。② 器件加工精度要求高。為此，它們在通信、雷達、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)和波譜學(xué)方面都有重大的意義。 毫米波電子系統(tǒng)具有如下特性:① 小天線孔徑具有較高的天線增益。 ③ 不易受電子干擾。⑤ 多目標鑒別性能好。 ⑦ 大氣衰減“諧振點”可作保密傳輸。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實現(xiàn)低仰角精密跟蹤雷達和成像雷達。高分辨率的毫米波輻射計適用于氣象參數(shù)的遙感。用在軍事領(lǐng)域比較多比如在雷達、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對抗、遙感、輻射測量等。毫米波發(fā)射系統(tǒng)的射頻源大致可分為三類：第一類是電真空器件構(gòu)成的源：第二類是固態(tài)器件構(gòu)成的源；第三類是其他方式產(chǎn)生的源，例如光導(dǎo)毫米波源等。目前回旋管毫米波源的效率可達 40％，60GHz 頻率上源的連續(xù)功率達200kW。在目前研制出來的各類固態(tài)器件中。準光學(xué)功率合成是美國提出的一種具有很好的應(yīng)用前景的功率合成技術(shù)，利用它能制造出更為緊湊的毫米波導(dǎo)引頭。將光學(xué)導(dǎo)電效應(yīng)用來控制毫米波固態(tài)器件時。近年來，毫米波接收機技術(shù)已取得相當(dāng)?shù)倪M展，非冷卻式毫米波外差接收機的性能水平已達到可與微波頻段的水平相比較的程度。隨著毫米波集成電路技術(shù)的發(fā)展，通常把振蕩、放大、混頻和其他控制器件集成為一個子系河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文16統(tǒng)，這樣接收機／發(fā)射機集成在一起，能大幅度降低尺寸和質(zhì)量，同時也降低了成本。特別是在利用光學(xué)外差作用產(chǎn)生精確的毫米波信號，準光學(xué)極化處理、濾波、功率合成、收發(fā)雙工、控制放大器增益?？梢源蟠筇岣吆撩撞▽?dǎo)引頭的性能。它要完成許多重要的工作，例如控制發(fā)射機的工作射頻和脈沖重復(fù)頻率，多普勒頻率跟蹤，目標識別和抗干擾，末制導(dǎo)指令計算，導(dǎo)彈自檢和導(dǎo)引頭工作邏輯控制等。隨著計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)以及毫米波技術(shù)的不斷發(fā)展，采用光學(xué)互連的極高速信號處理器正受到技術(shù)先進國家的重視。對FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）汽車雷達，發(fā)射波頻率按周期性三角波變化，設(shè)發(fā)射波和回波時間差td，則：2R＝Ctd (1)式中：R 為目標距離；C 為光速。t (3)f(t)＝fmaxk AT89C2051 單片機的性能及特點河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文18AT89C2051 是由 ATMEL 公司推出的一種小型單片機。(1) 引腳AT89C2051 的共有 20 條引腳，引腳如圖 23 所示： 圖 23 AT89C2051 引腳圖引腳功能說明：① Vcc:電源端② GND:接地端③ P1 口: P1 口共 8 腳，準雙向端口。引腳 ~ 提供內(nèi)部上拉電阻。當(dāng) P1 口引腳寫入“1”時，可用作輸入端。P1 口還在 Flash 編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸入信號，并且作為一通用 I/O 引腳而不訪問。當(dāng) P3 口引腳寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的各種功能，如表 11 所示表 11 AT89C2051 引腳 P3 的各種功能端口/引腳 功能 RXD(串行輸入端口) TXD(串行輸出端口) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) T0(定時器 0 外部輸入) T1(定時器 1 外部輸入)P3 口還接收一些用于 Flash 存儲器編程和程序校驗控制信號。⑤ RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器正在運行時，持續(xù)給 RST 引腳的兩個機器周期河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文20需要 12 個振蕩器和時鐘周期。⑦ XTAL2:作為振蕩器反相放大輸出。相比之下，AT89C51/AT87C51 的端口下拉能力每腳最大為 15mA。這樣，引腳的平均電流只 9mA。為了增加對模擬量的輸入功能，2051 在內(nèi)部構(gòu)造了一個模擬信號比較器，其輸入端連到 和 口，比較結(jié)果存入 對應(yīng)寄存器，（ 在 2051 外部無引腳） ，原理見圖 24。其中，R 用于測量門限的調(diào)節(jié)，IN 端接輸入模擬信號。89C2051 工作于 12Hz 時，動態(tài)電流為，空閑態(tài)為 1mA,掉電態(tài)僅為 20nA。（3） 存儲器AT89C2051 片內(nèi)含有 2k 字節(jié)的 Flash 程序存儲器，128 字節(jié)的片內(nèi)RAM,與 80C31 內(nèi)部完全類似。相比之下，一般 8031 對最低工作時鐘限制為 ，因為其內(nèi)部的 RAM 是動態(tài)刷新的。（4） 內(nèi)部 I/O 控制AT89C2051 在內(nèi)部 I/O 控制上繼承了 MCS51 的特性：5 路 2 級優(yōu)待中斷，串等口，2 路定時器/計數(shù)器，內(nèi)部組成參見圖 26河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文22圖 26 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C2051 是一個低功耗、高性能的 CMOS 8 位微處理器, 與MCS251 系列指令集和引腳兼容, 具有以下特點: 128 bytes 內(nèi)部 RAM , 2K bytes EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程 ROM） , 15 根 IO 線, 2 個 16 位定時計數(shù)器, 5 個兩級中斷源, 1 個全雙工串行口, 一個片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器, 低功耗的閑置和掉電模式。AT89C2051 中的兩個 16 位定時計數(shù)器寄存器 T0 和 T1, 作定時器時, 可計數(shù)機器周期, 計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。 霍爾集成器件測速原理河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文23（1） 霍爾效應(yīng)1879 年，美國物理學(xué)家 Edwin Herbert Hall 在研究金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差；當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差的物理現(xiàn)象，這就是霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種。將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿 Z 方向加以磁場 B?，沿 X 方向通以工作電流 I，則在 Y 方向產(chǎn)生出電動勢 HV，如圖 27 所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。+ ++VHEHeFmFb Id BABZXY+ ++ VHEHFmFeBb Id AB (a) (b) 圖 27 霍爾效應(yīng)原理圖實驗表明，在磁場不太強時，電位差 HV與電流強度 I 和磁感應(yīng)強度B 成正比，與板的厚度 d 成反比，即 IBRVH? (1)或 K (2)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文24式（1）中 HR稱為霍爾系數(shù)，式（2）中 HK稱為霍爾元件的靈敏度，單位為 mv / (mA產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（N 型半導(dǎo)體中的載流子是帶負電荷的電子，P 型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。 e 為電子的電荷量。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，向 A 側(cè)面積聚，同時在 B 側(cè)面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側(cè)面間形成一個沿Y 軸負方向上的橫向電場 HE?（即霍爾電場） ，使運動電子受到一個沿 Y軸正方向的電場力 eF，A、B 面之間的電位差為 HV（即霍爾電壓） ，則 jbejEqFHHe ??????? (4)將阻礙電荷的積聚，最后達穩(wěn)定狀態(tài)時有 0?emF???jbVjBH即 e得 VbH? (5)此時 B 端電位高于 A 端電位。因 K和載流子濃度 n 成反比，而半導(dǎo)體的載流子濃度遠比金屬的載流子濃度小，所以采用半導(dǎo)體材料作霍爾元件靈敏度較高。上面討論的是 N 型半導(dǎo)體樣品產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)，B 側(cè)面電位比 A 側(cè)面高；對于 P 型半導(dǎo)體樣品，由于形成電流的載流子是帶正電荷的空穴，與 N 型半導(dǎo)體的情況相反，A 側(cè)面積累正電荷，B 側(cè)面積累負電荷，如圖 27（b）所示，此時，A 側(cè)面電位比 B 側(cè)面高。由（7）式可知，如果霍爾元件的靈敏度 HR已知，測得了控制電流I 和產(chǎn)生的霍爾電壓 HV，則可測定霍爾元件所在處的磁感應(yīng)強度為： HIKB?。它是選定霍爾元件，即 HK已確定，保持控制電流 I 不變，則霍爾電壓 HV與被測磁感應(yīng)強度 B 成正比。由（7）式知 IBdVRH?因此將待測的厚度為 d 的半導(dǎo)體樣品，放在均勻磁場中，通以控制電流 I，測出霍爾電壓 H，再用高斯計測出磁感應(yīng)強度 B 值，就可測定樣品的霍爾系數(shù) R。嚴格地說，在半導(dǎo)體中載流子的漂移運動速度并不完全相同，考慮到載流子速度的統(tǒng)計分布，并認為多數(shù)載流子的濃度與遷移率之積遠大于少數(shù)載流子的濃度與遷移率之積，可得半導(dǎo)體霍爾系數(shù)的公式中還應(yīng)引入一個霍爾因子 Hr，即 )(pernRH或?普通物理實驗中常用 N 型 Si、N 型 Ge、InSb 和 InAs 等半導(dǎo)體材料的霍爾元件在室溫下測量，霍爾因子 18.3???Hr，所以 neRH183??式中， ??e庫侖（2）霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)上述推導(dǎo)是從理想情況出發(fā)的，實際情況要復(fù)雜得多，在產(chǎn)生霍爾電壓 HV的同時，還伴生有四種副效應(yīng)，副效應(yīng)產(chǎn)生的電壓疊加在霍爾電壓上，造成系統(tǒng)誤差。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文27xyzI1 2I43B圖 28 在磁場中的霍爾元件① 厄廷豪森（Eting hausen）效應(yīng)引起的電勢差 EV?？梢宰C明 IBE?。② 能斯特（Nernst）效應(yīng)引起的電勢差 N。與霍爾效應(yīng)類似，該熱流也會在 4 點間形成電勢差 NV。③ 里紀——勒杜克（Righi—Leduc）效應(yīng)產(chǎn)生的電勢差 RV。 的正負僅與 B 的方向有關(guān)，而與 I 的方向無關(guān)。由于制造上困難及材料的不均勻性，4 兩點實際上不可能在同一條等勢線上。 的正負只與電流方向 I 有關(guān)，而與 B 的方向無關(guān)。進入 20 世紀 80年代，隨著電子元器件制造技術(shù)的發(fā)展，霍爾電流／電壓傳感器的39?；魻栐?yīng)用十分廣泛大致可分為以下幾個方向。只要測出霍爾電壓ＶＢＢ′，即可算出磁場Ｂ的大??；并且若知載流子類型ｎ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子，Ｐ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為空穴，則由ＶＢＢ＇的正負可測出磁場方向，反之，若已知磁場方向，則可判斷載流子類型。如圖 29 所示，當(dāng)把通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場中時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢