【正文】 步提高，高技術(shù)的應(yīng)用使得汽車的精度 探測(cè)和智能系統(tǒng)操作得到提高，在不久的將來(lái)他的應(yīng)用一定會(huì)更加廣泛與可靠。而通過(guò)研究汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，可以達(dá)到很高的采集速率和精度。本設(shè)計(jì)綜合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等知識(shí)，設(shè)計(jì)利用單片機(jī)控制的汽車倒車?yán)走_(dá)超聲波測(cè)距系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車倒車的安全保障，這就是我設(shè)計(jì)的意義。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦?— 反射、折射、干涉、衍射、散射。利用超聲檢測(cè)往往比較迅速，方便，易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測(cè)相比，其最大特點(diǎn)是穿透力強(qiáng)，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測(cè)物體內(nèi)部情況。 聲波是物體 機(jī)械 振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò) 空氣 媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波的特性 （ 1）超聲波的束射特性 由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且．遵守幾何光學(xué)上的定律。 (2)超聲波的吸收特性 聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)， 隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收最歷害，在液體中傳播時(shí)吸收比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收最小。為什么有強(qiáng)大的功率呢 ?因?yàn)楫?dāng)聲波到達(dá)某一物資中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率 ― 樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。物資分子由于振動(dòng)所獲得的 能量除了與分子的質(zhì)量有關(guān)外，是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的 ,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量、超聲波的頻率比聲波可以高很多，所以它可以使物資分子獲得很大的能量；換句話說(shuō)，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。液體中存起著如此巨大的聲壓作用，就 會(huì)引起值得注意的現(xiàn)象。 對(duì)于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時(shí)候；不大會(huì)產(chǎn)生反常情形。由于發(fā)生斷裂 的結(jié)果，液體中會(huì)產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔，這種空泡存在的時(shí)間很短，一瞬時(shí)就會(huì)閉合起來(lái)。液體在這種強(qiáng)大的瞬時(shí)壓力作用下，溫度會(huì)驟然增高。我們常稱之為空化現(xiàn)象 超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF(time of filght)。一般采用渡越 時(shí)間發(fā)：即 S=CT/2，其中 S為測(cè)量點(diǎn)與被測(cè)物體之間的距離， C為聲波在介質(zhì)（此處指空氣）中的傳播速度， T 為超聲波發(fā)射到返回的時(shí)間間隔 。下表列出了幾種溫度下的聲速關(guān)系： 超聲波波速與溫度的關(guān)系表 在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速 C是基本不變的，計(jì)算 時(shí)取 C 為 340M/S。如果環(huán)境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。 測(cè)距原理圖如下： 溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100 聲速（ m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 9 圖 21超聲波測(cè)距原理框圖 單片機(jī)發(fā)出 40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送 LED 顯示。單片機(jī)采用 AT89C51 單片機(jī) 。單片機(jī)用 超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0 口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn) 51 系列 單片機(jī)中典型芯片 (AT89C31)采用 40 引腳雙列直插封裝 (DIP)形式，內(nèi)部由 CPU， 4kB 的 ROM， 256 B 的 RAM， 2 個(gè) 16b 的定時(shí)／計(jì)數(shù)器 TO和 T1， 4 個(gè) 8 b 的工／ O 端 I： IP0， P1， P2， P3，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。 5l 系列單片機(jī)提供以下功能： 4 kB 存儲(chǔ)器； 256 BRAM； 32 條工／ O線； 2 個(gè) 16b 定時(shí)／計(jì)數(shù)器； 5個(gè) 2級(jí)中 斷源； 1 個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。 掉電方式：保存 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng) 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 11 該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 31所示。 限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角及接收換能器的靈敏度。由于超聲波屬于聲波 范圍 ，其波速 C與溫度有關(guān)。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04和超聲波發(fā)射換能器 T構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送 到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。上位電阻 R1O、 R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測(cè)距的超聲波頻率 40 kHz 較為接近，因?yàn)楫?dāng) CX20206A 接受到 40KHZ 的信號(hào)時(shí)，會(huì)在第 7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)信號(hào)可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸 入，可以利用它制作超聲波接收電路 (如圖 23)。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 14 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。但C 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R=， C=。 4 腳：接地端。例如，取 R=200kΩ 時(shí)， fn≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率 f0≈38kHz。 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒(méi)有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。其中 LED 是一種極低功耗 顯示器，廣泛應(yīng)用于測(cè)量產(chǎn)品中 。 LED 數(shù)碼管里面有 8 只發(fā)光二極管，分別記作 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp，其中 dp 為小數(shù)點(diǎn)， 每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端 （ COM） ，如 下 圖所示 。共陽(yáng)極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極的陽(yáng)極接在一起作為公共引腳即公共陽(yáng)極，在使用時(shí)此公共引腳接到電源正極。 單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時(shí)比較煩索 。這種顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用的最為廣泛，這也是本次設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的顯示方法。 超聲波測(cè)距儀 硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括 AT80C51 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。下面介紹一下其特點(diǎn)及作用。 (1)74ls164 是 8 位串入，并出移位寄存器 ， 74HC16 74HCT164 是74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸 出為低電平。 (3)LM358 里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn) 算 放大器 ，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它哈爾濱理工大學(xué)專科畢業(yè) 論文 16 的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用 。 LM358 的特點(diǎn) : 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 . 低輸入偏流 . 低輸入 失調(diào)電壓和失調(diào)電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流電壓增益高 (約 100dB) . 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) . 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(3— 30V)； . 雙電源 (177。15V)