【正文】 可以制成超聲波傳感器。當壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應。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 4器需要的壓電材料較少，價格低廉，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，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。金屬網(wǎng)也是起保護作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機械能、又可以把機械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。這就是超聲波測距儀的基本原理。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間.將（22）、(23)代入(21)中得： (24)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個常數(shù)(例如在溫度T=30度時,V=349m/s)。主要的任務要求如下： (1) 能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波測距，并在數(shù)碼管上予以顯示實際距離。(3) 采集系統(tǒng)采集距離信息,并根據(jù)不同的距離信息發(fā)出不同頻率的聲音。超聲波測距、數(shù)碼管顯示和報警為一個獨立的系統(tǒng)；紅外遙控接收和電機驅(qū)動為一個獨立的系統(tǒng)。超聲波測距、數(shù)碼管顯示、報警、紅外遙控接收和電機驅(qū)動是一個系統(tǒng)。通過紅外遙控器向控制器發(fā)送控制命令以達到手動控制小車的目的。本設計采用該獨立式結(jié)構(gòu)方案可行。51單片機是初學者首選的，具有指令多，編程易等優(yōu)點。方案二：使用AVR ATMEGA系列單片機。具有功耗低、處理速度快、性價比高等優(yōu)點，但是其價格昂貴，目前市場上不易買到。由于本系統(tǒng)控制功能簡單，沒有必要為了提高性能而增加成本和開發(fā)難度。 顯示方式的選擇方案一：采用LCD1602液晶屏顯示LCD1602能夠顯示兩行字符或數(shù)字，每行8個，可視面積較小?？梢暶娣e大，但是價格昂貴，程序設計較為麻煩。顯示信息量一般，且不帶字庫，顯示信息量過大時，需占用單片機大量ROM或RAM空間。方案四：采用四位數(shù)碼管顯示數(shù)碼管只能夠顯示數(shù)據(jù)，不能夠顯示漢字，不過數(shù)碼管顯示直接數(shù)據(jù)，易懂，而且程序設計比較簡單。采用四位共陽極數(shù)碼管，動態(tài)掃描。 小車電機驅(qū)動電路的選擇方案一：采用三極管組成的分立式H橋電路。實際使用的時候，用分立元件制作H橋式是很麻煩的。L298N是專用的驅(qū)動集成電路，屬于H橋集成電路，其輸出電流大，功率大，可以驅(qū)動感性負載，如大功率直流電機，步進電機等特別是器輸入端可以與單片機之間相連，從而很方便地受單片機控制，可以之間驅(qū)動兩個直流電機，并可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。紅外遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。方案二：采用有2262和2272組成的四路遙控器市場有銷售的四路這樣的遙控器，不過價格較為昂貴。通過單片機進行數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)解碼，予以控制。 12第四章 硬件電路的設計硬件系統(tǒng)主要有超聲波數(shù)據(jù)采集模塊、紅外遙控接收模塊、小車驅(qū)動模塊、距離顯示模塊、報警模塊和主控器組成。 AT89S52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。I/O 端口的編程實際上就是根據(jù)應用電路的具體功能和要求對 I/O 寄存器 11進行編程。對于用作輸入的端口可以不考慮方向初始化，因為 I/O 的復位缺省值為輸入；(4) 用作輸入的 I/O 管腳，如需上拉，再通過輸入上拉使能寄存器為其內(nèi)部配置上拉電阻；(5) 最后對 I/O 端口進行輸出(寫數(shù)據(jù)輸出寄存器)和輸入(讀端口)編程，完成對外圍電路的相應功能。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。XTAL2：接外部晶振的一個引腳。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。： 12 最小系統(tǒng)硬件原理圖 超聲波測距模塊本系統(tǒng)采用深圳市捷深科技生產(chǎn)URF04模塊，本模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確。模塊高精度，盲區(qū)（2cm）超近。(3) 電平輸出：高5V(6) 探測距離：2cm500cm該模塊的外形圖如下： 13 超聲波測距模塊的外形圖， 14 接線圖Pin名稱注釋1VCC供電 5V2Trig控制端3echo接收端4out空腳，請懸空5GND地該超聲波模塊的工作原理：(1) 采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；(2) 模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3) 有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。本設計中采用動態(tài)掃描四個三極管作為位選的驅(qū)動開關(guān)和電流放大。報警部分的連線， 小車驅(qū)動模塊為提高系統(tǒng)效率、降低功耗，功放驅(qū)動電路采用基于雙極型H橋型脈寬調(diào)制方式（PWM）的集成電路L298N。 16 L298N內(nèi)部的內(nèi)部邏輯圖。 17 L298N引腳功能說明引腳名稱功能說明1；15SenseA。 Out21Y1Y2輸出端4VS功率電源電壓，此引腳與地必須連接100nF電容器5；7Input1。EnableBTTL電平兼容輸入1EN、2EN使能端，低電平禁止輸出8GND地9VSS邏輯電源電壓，此引腳與地必須連接100nF電容器10；12Input3。 Out42Y2Y2輸出端。（外中斷0)。 18 紅外遙控接收模塊： 遙控接收使用紅外接收模塊1838的外形封裝紅外接收頭的主要參數(shù)如下：工作電壓：～工作電流：～接收頻率：38kHz峰值波長：980nm靜態(tài)輸出：高電平輸出低電平：≤輸出高電平：接近工作電壓 19 紅外遙控模塊 21第五章 軟件設計 程序設計方案 超聲波測距程序設計方案主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序、報警子程序及顯示子程序等部分組成。根據(jù)系統(tǒng)硬件設計和所完成的功能，系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)以下功能：(1) 信號控制在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完成了發(fā)射電路、接收電路、檢測電路、顯示電路、門限檢測的設計。(2) 數(shù)據(jù)存儲為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差，要讀出此刻計數(shù)器的計數(shù)值，然后存儲在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。在這個部分中，信號處理包括計數(shù)值與距離值換算，二進制與十進制轉(zhuǎn)換。由于采用了單片機AT89S52并考慮整個系統(tǒng)的控制流程，整個系統(tǒng)軟件都有 AT89S52系列單片機匯編語言實現(xiàn)。在中斷響應之后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)計數(shù)值與距離值換算子程序，二進制與十進制轉(zhuǎn)換子程序后顯示輸出。 超聲波測距顯示程序設計 22動態(tài)顯示是多個數(shù)碼管交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。在動態(tài)顯示程序中，各個位的延時時間長短是非常重要的，如果延時時間長，則會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象；如果延時時間太短，則會出現(xiàn)顯示暗且有重影。把上面的流程以一定的速度循環(huán)執(zhí)行就可以顯示出“12”，由于交替的速度非常快，人眼看到的就是連續(xù)的“12”。 超聲波數(shù)據(jù)采集電路軟件流程圖 控制電路程序設計 紅外遙控器的一幀數(shù)據(jù)中含有32 位碼，包含兩次8 位用戶碼，8 位數(shù)據(jù)碼 21和8 位數(shù)據(jù)碼的反碼及最后位的同步位。同步位（SY）是標志最后一位編碼是“0”或“1”的標識位。當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms）,一個結(jié)果碼（）,低8位地址碼（9ms18ms）,高8位地址碼（9ms18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。單片機接收到信號時，對信號進行解碼，解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”，不同的是高電平的寬度不同，“0”,“1”,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。 小車驅(qū)動程序設計小車控制流程：首先從單片機中讀出控制信息，向連接單片機六個端口寫入對應的高或低電平。 22ENAENBIN1IN2IN3IN4小車運動狀態(tài)111010前進110101后退110010前左轉(zhuǎn)111000前右轉(zhuǎn)110001后左轉(zhuǎn)110100后右轉(zhuǎn)XX0000停止 控制電路程序流程主程序初始化后采用按鍵查詢的方式判斷遙控器是否有鍵按下，根據(jù)接收到不同碼率，識別出不同的鍵值，再根據(jù)不同的鍵值