【正文】 用公式S=C(T/2)其中，S為被測距離、V為空氣中聲速、T 為回波時間(T=T2T1)，T1為超聲波發(fā)出的時刻，T2 為超聲波返回的時刻，可以計算出路程，這種方法不受聲波強度的影響。圖 23超聲波測距原理超聲波在固體中傳播速度最快，在氣體中傳播速度最慢，而且聲速c與溫度有關?？諝庵新曀倥c溫度的關系可以表示為： (21)式中，T為環(huán)境攝氏溫度℃。如果測距精度要求很高，則可通過改變硬件電路增加溫度補償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下通過軟件改進算法的方法來加以校正。 發(fā)射脈沖寬度發(fā)射脈沖寬度決定了測距儀的測量盲區(qū)，也影響測量精度，同時與信號的發(fā)射能量有關。但是根據(jù)實際的經驗，過寬的脈沖寬度會增加測量盲區(qū)，對接收回波及比較電路都造成一定困難。s(l個40KHz方波脈沖)，100181。s(8個40KHz方波脈沖)， 800181。最終采用短距離(2m內)發(fā)射 200181。s(32個40KHz脈沖方波)的發(fā)射脈沖寬度，同時單片機編程避開盲區(qū)。167。此時，在短時間內放大器的放大倍數(shù)會降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。根據(jù)阻塞區(qū)內的缺陷回波高度對缺陷進行定量評價會使結果偏低，有時甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。因此，在一段較長時間內，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值仍具一定幅值高度，可以達到限幅電路的限幅電平Vm；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號卻遠比發(fā)射信號小，即使是離探頭較近的表面反射回來的信號，也達不到限幅電路的限幅電平。在超聲波檢測中，接收信號的衰減總是比發(fā)射信號余振衰減慢的多。由圖28可見，從b點以后，接收的信號低于閾值，相當于測距的遠限。從c點以后，發(fā)射信號低出閾值Vm，接收信號才基本擺脫發(fā)射信號干擾，而能明顯的被分辨，所以在要求較高時，把0c這段時間規(guī)定為盲區(qū)時間。因此，cb為可測距范圍；b點就為測距遠限，其外部就為測量不到的區(qū)域。 本章小結本測距系統(tǒng)主要是利用超聲波進行測距，主要應用于汽車的倒車雷達。s(8個40KHz方波脈沖)的發(fā)射脈沖寬度。15第3章 超聲波測距系統(tǒng)的總體設計167。系統(tǒng)硬件主要由單片機系統(tǒng)、顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測接收電路和報警電路五部分組成。,通過外部中斷啟動單片機中斷程序,這時T0計數(shù)器停止記數(shù), 再由軟件進行提取計數(shù)器的計數(shù)值換算成時間通過計算得出距離數(shù)并送LED顯示,系統(tǒng)還會根據(jù)障礙物與車尾距離遠近實時發(fā)出警示聲音。圖31 超聲波自動測距系統(tǒng)原理框圖167。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計算機技術從通用型數(shù)值計算領域進入到智能化的控制領域。嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最具有發(fā)展前景的 IT 應用之一。嵌入式系統(tǒng)一般應用于對實時響應要求較高的設備中，單片機作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應用使電子系統(tǒng)的智能化出現(xiàn)了意想不到的效果，常常無需對硬件資源做任何改動，只需更新系統(tǒng)軟件就能使系統(tǒng)功能升級。167。其圖形如圖 32 所示。 超聲波的發(fā)射電路設計超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器TCT40－16T能向外界發(fā)出40 kHz左右的方波脈沖信號。模塊內部將發(fā)出8 個40kHz周期電平并檢測回波。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。 圖33 超聲波發(fā)射電路框圖167。為避免超聲波在障礙物表面反射時造成的各種損失和干擾。發(fā)射電路設計的是否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復性。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測距一次，發(fā)送、接收一次。此方法測試距離太近。傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號損失及接收機的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失。167。超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出超聲波發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即為：s=340t/2，這就是所謂的時間差測距法。測距誤差主要來源于以下幾個方面：。傳播媒質的溫度、壓力、密度對聲速都將產生直接的影響，因此需對聲速加以修正。接收換能器對超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測距離。167。因壓電效應晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號電荷，電荷量很少，只能提供微小交變的電壓信號，而不能提供電流信號。前置放大電路單元的作用是對有用的信號進行放大，并抑制其它的噪聲和干擾，從而達到最大信噪比，以利于后續(xù)電路的設計。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器TL082及電阻、和構成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。 (32) (33)根據(jù)下面兩個放大器理想化的重要概念：，即U==0，若把它理想化，則有U=0，但不是短路，故常稱為虛短。故可知本電路中：，且，所以有如下公式。電路的電壓放大倍數(shù)如35公式所示。圖中運放的同相輸入端接有電阻，參數(shù)選擇時應使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即，靜態(tài)時使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運算放大器的兩個輸入端的外接電阻上產生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及漂移對輸出端的影響，故又稱為平衡電阻。167。最簡單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關量信息，而復雜的較完整的顯示器應該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD于顯示的距離范圍在4米之內，選用3位LED示，表示距離的數(shù)值。綜合課題的實際要求由數(shù)碼管，通過單片機編程實現(xiàn)顯示，表示距離的數(shù)值。 數(shù)碼管的簡介液晶顯示器件（LCD）是一中平板薄型顯示器件，其驅動電壓很低、工作電流極小，與TTL電路結合起來可以組成微功耗系統(tǒng)，廣泛地用于電子鐘表、電子計算器、各種儀器和儀表中。液晶顯示器件本身不發(fā)光，在黑暗中不能數(shù)字，它依靠在外界電場作用下產生的光電效應，調制外界光線使液晶不同部位顯示出反差，從而顯示出字型。利用這樣的PN結，既可以封裝成單個的發(fā)光二極管（LED），也可以封裝成分段式（或點陣式）的顯示器件。在顯示譯碼器和顯示器的連接中，顯示譯碼器各個輸出端必須具有足夠的吸取電流的能力，以驅動有關顯示段發(fā)光。實際數(shù)碼管是把發(fā)光二極管的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管就可以組成7段式半導體數(shù)碼管，如圖35所示。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完全成譯碼功能，還要有相當?shù)尿寗幽芰?。按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。例如，當輸入8421碼ABCD=0100時，應顯示為“4”,即要求同時點亮b、c、f、g段，熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應為Fa～Fg=0110011，這也是一組代碼，常稱為段碼。表31 數(shù)碼管段碼表十進制數(shù)段碼（不帶點顯示）段碼（帶點顯示）00xeb0xef10x280x2c20xb30xb730xba0xbe40x780x7c50xda0xde60xdb0xdf70xa80xac80xfb0xff90xfa0xfe167。其顯示的容量為3個字。使用時，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連，~，如圖36 所示。使用靜態(tài)顯示時，需要在每一個數(shù)碼管上添加一個鎖存器，當需要某個數(shù)碼管顯示其他內容時，只需要修改與其相連的鎖存器的值即可。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是數(shù)碼管顯示無閃爍，亮度高，與單片機之間的連接比較簡單，例如上圖中使用串行轉并行芯片74LS164N作為數(shù)碼管的驅動，軟件控制比較容易。所以在大部分硬件電路設計中，很少采用靜態(tài)顯示方式。由于LED靜態(tài)顯示需要占用較多的I/O口，且功耗較大，因此在大多數(shù)場合通常不采用靜態(tài)顯示，而采用動態(tài)掃描的方法來控制LED數(shù)碼管的顯示。點亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。圖36 數(shù)碼管驅動電路167。能以聲音或光告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員倒車時前后探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。 蜂鳴器的驅動圖37 蜂鳴器的驅動電路單片機輸出端輸出低電平的驅動能力比高電平要強得多，但在保證邏輯電平時也只有5mA左右，不需要保證邏輯電平時可以有幾十毫安。其中。 發(fā)光二極管的驅動發(fā)光二極管工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。如圖37 所示。 本章小結本章主要介紹了基于單片機的超聲測距系統(tǒng)的具體硬件設計電路。33第4章 軟件設計167。圖41 程序流程圖167。外部中斷0，用做判斷回波電平。 uint distance_data,a,b。 P0M1 = 0。 P2M1 = 0。 P1M0 = 0XFF。 i=0。 test =0。 //首先拉低脈沖輸入引腳 TMOD=0x11。 //啟動定時器0 IT0=0。 //打開定時器0中斷 EX0=0。 //打開總中斷0 167。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。 //關總中斷 Trig=1。 //延時20us Trig=0。 //等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0。 //打開外部中斷 TH1=0。 //定時器1清零 TF1=0。 //啟動定時器1 EA=1。 //等待測量的結果，（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0。 //關閉外部中斷 if(succeed_flag==1) { distance_data=outeH。 //放入16位的高8位distance_data=distance_data|outeL。 //厘米 } if(succeed_flag==0) { distance_data=0。 //測試燈變化 } a=distance_data。 baojing (a)。 外部中斷子程序中斷服務程序是響應單片機的外部中斷。在中斷服務程序中，讀出計數(shù)值，并將高8位存儲到outeH低8位存儲到outeL 。 //取出定時器的值 outeL =TL1。 //至成功測量的標志 EX0=0。 顯示程序定時器0中斷,用做顯示。timer0() interrupt 1 // 定時器0中斷是1號 { TH0=0xfd。 switch(flag) { case 0x00:P0=ge。p2_1=1。flag++。 case 0x01:P0=shi。p2_1=0。flag++。 case 0x02:P0=bai。p2_1=1。flag=0。 } }167。將個位，十位，百位分別由不同數(shù)碼管顯示。 bai_data=temp_data/100 。 //取余運算 shi_data=temp_data/10 。 //取余運算 ge_data=temp_data。 shi_data=table_d[shi_data]。 EA=0。 shi = shi_data。 EA=1。 顯示數(shù)據(jù)轉換程序當距離短于汽車倒車的安全距離時，單片機P2^4輸出端輸出低電平的驅動蜂鳴器，P2^5輸出端輸出高電平的驅動發(fā)光二極管。sbit DENG=P2^5。 if(f120) { BAO=1 。 } else{ BAO=0 。 }}167。并通過ISIS 7 Professional進行仿真實驗，對各個模塊的程序進行調試。第5章 安裝與調試167。根據(jù)電路圖將各個元器件焊接器來。汽車雷達實物如下圖 41 所示。 汽車雷達的調試對倒車雷達系統(tǒng)進行軟件調試、整機調試。 167。再通過STC_ISP_V483將每一個模塊的程序下載到單片機中進行調試，使其各部分功能實現(xiàn)。167。，使其能夠按照需要的功能進行運行，并將其下載到 AT89s52 芯片中觀察其功能。167。在測量的過程中可以忽略磁場和風速的影響，其測量誤差主要是由以下一些原因造成：1. 溫度 在測量過程中，由于對溫度的測量也存在著一定的誤差，對實驗結果也造成一定的誤差。測距誤差s△t() ≈ 。使用的12MHz晶體作時鐘基準的89C51單片機定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內。在本設計中，對汽車倒車極致安全距離設定為60cm，當汽車與障礙物的距離小于60cm 是就會發(fā)出警報，因此可以對上述一些除溫度外