【正文】 直觀，在硬件控制和軟件設計上都非常容易實現(xiàn)。 　　本設計的超聲波測距就是使用了渡越時間檢測法。2 課題的方案設計與論證 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)總體框圖 　　構(gòu)成超聲測距系統(tǒng)的電路功能模塊包括發(fā)射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機控制器及一些輔助電路。 超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路檢波電路定時器 單片機 控制 顯示器報警系統(tǒng)圖 21 超聲波汽車防撞原理框圖根據(jù)設計要求并綜合各方面因素，選擇了西安立宇電子科技有限公司的超聲波測距傳感器 TCT40－16T/R（T 表示發(fā)射傳感器， R 表示接收傳感器），最大探測距離為 6m，發(fā)射擴散角為 60 度。當它的兩電極加脈沖信號(觸發(fā)脈沖) , 若其頻率等于晶片的固有頻率時,壓電晶片就會發(fā)生共振,并帶動共振板振動,從而產(chǎn)生超聲波。超聲波傳感器是一種采用壓電效應的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。超聲波傳感器用來分析共振頻率附近的超聲波換能器的特性:換能器的器械能用 Qm 。Q 恰好是電路的串聯(lián)支路的 Q 值。在電——聲變換部分的前面的超聲波束整形板，是對應圓錐狀諧振子的振動模式設置的幾個開口，使超聲波波束指向尖銳，吸聲片吸收多余反射聲波。雖然通用型超聲波傳感器有頻率帶寬較窄的缺點，但是卻可以換來高靈敏度，抗噪聲干擾強的優(yōu)點。鑒于成本的考慮，選用了普通的 T/R40 系列的超聲波發(fā)射/接收傳感器。表 外形尺寸（T/R4—XX 中的“XX”表示傳感器的外徑尺寸）型號 A(mm) B(mm) C(mm) D（mm）T/R4012 T/R4016 T/R4018A 表 電氣參數(shù)接收靈敏度工作頻率（KHZ）帶寬（KHZ）型號 聲平電壓在 40KHZ 時 發(fā)送 接收電容（pF）T/R4012 112db最小值67db（3941）KHZ最小5/100db最小5/75db（24752525）%T/R4016 115db最小值64db（3941）KHZ最小6/103db最小6/71db（23752425）%T/R4018A115db最小值64db（3941）KHZ最小6/103db最小6/71db（23752425）%24A115db最小值64db（3941）KHZ最小6/100db最小6/71db（23752425）% 傳感器位置 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（ ）計算出路程，這種方法不受聲波強度21??的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設置“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠距離的測距，如果對聲速進行溫度修訂，其精度還可進一步提高，本設計中選用此方法。單片機的功能特點及測距原理 　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。 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設計 單片機的選擇在系統(tǒng)的設計中，選擇合適的系統(tǒng)核心器件就成為能否成功完成設計任務的關(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，應用指南，設計方案，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)/在應用可編程(ISP，IAP),不占用戶資源。GND　20 腳　接地端2. 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2為了產(chǎn)生時鐘信號，在 8052 內(nèi)部設置了一個反相放大器，XTAL1 是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端，XTAL2 是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。產(chǎn)生時鐘信號電路如圖 33： 圖 33 時鐘信號電路本系統(tǒng)使用的石英晶振頻率為 12MHZ。復位后 P0－P3 口均置 1 引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。常用的復位電路如下圖所示。內(nèi)部不帶上拉電阻，當外接上拉電阻時，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。如： 指令 CLR ，清零的意思。指令 SETB，置 1 的意思。 Pin21Pin28 為 輸入輸出腳，稱為 P2 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 負載。對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，接收高 8位地址和控制信息。而在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 P1－3 端口在做輸入使用時，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。　 (1) ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個 ALE脈沖。當 AT89C51 由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出 2 個脈沖即兩次有效?！? (3) EA/Vpp 31 外部訪問允許端。要使 AT89S51 只訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH）,這時該引腳必須保持低電平。 單片機最小系統(tǒng)電路圖如下圖 36 所示： 圖 36 單片機最小系統(tǒng)圖 發(fā)射電路的設計 本系統(tǒng)采用一個稍加變化的 555 多諧振蕩器電路來產(chǎn)生 40KHZ 的方波。它具有占空比連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點，電路如下圖所示。對 C1 充電時，電流是通過 RW和W1，放電時，通過 WW和 R2。如 W2 調(diào)節(jié)偏離中心點，再調(diào)節(jié) W1，不僅振蕩頻率改變了，而對占空比也有影響。因此，使用電路時，應首先調(diào)節(jié) W1，使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié) W2 以獲得合適的占空比。輸出 40KHZ 波形如圖 37。它具有成本低、易使用、適應面廣、驅(qū)動電流大和一定的負載能力。它的各個引腳功能如下：1 腳：外接電源負端 VSS或接地，一般情況下接地。3 腳：輸出端 Vo2 腳： 低觸發(fā)端TL6 腳：TH 高觸發(fā)端4 腳： 是直接清零端。5 腳：V C為控制電壓端。7 腳：放電端。在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個比較器 AA 2基準電壓分別為的情況下，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 TLQn+1 放電管 T 功能0 ??0 導通 直接清零1 CV32?C31?0 導通 置 01 ??1 截止 置 11 C32C31Qn 不變 保持NE555 應用十分廣泛，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。 （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，最終達到1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22Jun2022 Sheet of File: E:\書書書\書書書書書書書\ By:5K5K5K+TQamp。 Q+ AASRV1V21DQVTHTLV RCCVSS128 456 3712CD 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 RR2 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。CX20226A 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 CX20226A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各引腳功能（如下表 33）表 3—3 CX20226A 引腳功能引腳名稱功能1 IN 信號輸入端2 C1 RC 網(wǎng)絡連接端，該端與地串接一 RC 網(wǎng)絡，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)響應靈敏度低；電容值小，則為峰值檢波，瞬態(tài)響應靈敏度高，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準值為 330PF，當電容值增大時，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?；驹砣缦拢航邮論Q能器把超聲波回波轉(zhuǎn)換為相應頻率的數(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，液晶顯示模塊的應用前景將更加廣闊。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： 圖 312 12864 與單片機的連接圖顯示坐標關(guān)系如下：圖 313 圖形顯示坐標 圖 314 漢字顯示坐標表 3—5 字符表 max232MAX232 芯 片 是 美 信 公 司 專 門 為 電 腦 的 RS232 標 準 串 口 設 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