基于超聲波測(cè)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-07 20:52本頁(yè)面
【正文】 特殊的聲波，具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵?，反射，干涉，衍射，散射。通過本課題的研究，將所學(xué)到的知識(shí)用在實(shí)踐中并有所創(chuàng)新和進(jìn)步。 第二章 總體方案第一節(jié) 模塊構(gòu)建按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，超聲波倒車測(cè)距儀由硬件和軟件兩部分組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化思想。軟件部分按不同功能模塊分別進(jìn)行編程，便于調(diào)試和移植。 倒車測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖該設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景是基于AT89C51的超聲信號(hào)檢測(cè)的，因此單片機(jī)選擇為AT89C51 單片機(jī)（AT89C51）發(fā)出短暫的40KHz信號(hào)，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此型號(hào)進(jìn)行技術(shù)判斷后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果送到LED顯示電路顯示，并進(jìn)行聲光報(bào)警。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間，發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，: 超聲波測(cè)距原理，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用表示，由圖可得： (1) (2)將式(2)帶入式(1)得： (3)在整個(gè)傳播過程中，超聲波所走過的距離為： (4)式中：為超聲波的傳播速度，為傳播時(shí)間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。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[2]。經(jīng)分析和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為40左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。流體動(dòng)力性中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。壓電式傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。其具有下列的特性：把這種材料置于電場(chǎng)之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對(duì)這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器[5]。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f0交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振類工作的。反之，如果兩級(jí)間為外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)基于超聲波反射原理利用單片機(jī)控制器產(chǎn)生40Khz的方波信號(hào)，通過發(fā)送模塊對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，發(fā)射40K超聲波。為了減少不同環(huán)境下，系統(tǒng)都能達(dá)到測(cè)量精度的要求，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，而本系統(tǒng)采用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度取樣，用算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 系統(tǒng)總體框圖第二節(jié) AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心元件，它負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作，記錄超聲波發(fā)送到遇障礙物后反射回來的時(shí)間差，并將這個(gè)時(shí)間差轉(zhuǎn)化為距離，然后通過LED顯示模塊把距離顯示出來。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。 AT89C51引腳圖P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（3）振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下，CPU停止工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。其中，變壓器將交流電源（220V/50Hz）變換為符合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有單方向?qū)щ娦阅艿恼髌骷?，將交流電壓整流成單方向脈動(dòng)的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動(dòng)直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負(fù)載平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，通過此電路使直流輸出電壓穩(wěn)定[7]。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和電容濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直接輸出電壓。它由電源變壓器，橋式整流電路D1~D4，濾波電容CC5，防止自激電容CC11和一只
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