【正文】 度，同時與信號的發(fā)射能量有關(guān)。但是根據(jù)實際的經(jīng)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(nèi) )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(nèi)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(nèi)的缺陷回波高度 對缺陷進行定量評價會使結(jié)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(nèi)，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(dāng)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(jié) 本 測距系統(tǒng) 主要是利用超聲波進行測距，主要應(yīng)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 。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3章 超聲波測距 系統(tǒng)的總體 設(shè)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 。 ，單片機通過 口給 ECHO 輸出一個高電平。 ,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。 報 警電 路A T 8 9 C 5 1信 號 驅(qū) 動 電 路顯 示電 路信 號 接 收 電 路發(fā) 射 器接 收 器障礙物 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(shù)從通用型數(shù)值計算領(lǐng)域進入到智能化的控制領(lǐng)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 域。 嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)前最熱門、最具有發(fā)展前景的 IT 應(yīng)用之一。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于對實時響應(yīng)要求較高的設(shè)備中，單片機作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件，其應(yīng)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(shè)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。編程由單片機 端口輸出以上脈沖觸發(fā)信號，模塊內(nèi)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(shè)計的是否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復(fù)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： 入射角 ? 的影響 。 。傳播媒質(zhì)的溫度、河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 壓力、密度對聲速都將產(chǎn)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(yīng)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(shè)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 2R 、 3R 和 pR 構(gòu)成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。 2RUUI ii ??? (32) 3RUUI f ?? ?? (33) 根據(jù) 下面 兩個放大器理想化的重要概念 ： 1. 集成 運放兩 個輸入 端之 間的凈 輸入電 壓 U 通常 接近于 零， 即U= ?U = ?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 ： 0??U ， 0?? ?? UU ，且 fi II? ， 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 pR ，參數(shù)選擇時應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻平衡，即32 //RRRp ? ，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(chǎn)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 pR 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(guān)量信息 ，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)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(nèi)，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(qū)動電壓很低、工作電流極小，與 TTL 電路結(jié)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(chǎn)生的光電效應(yīng)，調(diào)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(jié)，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(qū)動有關(guān)顯示 段發(fā)光。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 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(dǎo)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(dāng)?shù)尿?qū) 動能力。 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(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)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(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。例如，當(dāng)輸入 8421 碼 ABCD=0100 時，應(yīng)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(yīng)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） 0 0xeb 0xef 1 0x28 0x2c 2 0xb3 0xb7 3 0xba 0xbe 4 0x78 0x7c 5 0xda 0xde 6 0xdb 0xdf 7 0xa8 0xac 8 0xfb 0xff 9 0xfa 0xfe 167。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， ~ 口與 LCD 的控制線相連，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(dāng)需要某個數(shù)碼管顯示其他內(nèi)容時，只需要修改與其相連的鎖存器 的值即可。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 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(zhuǎn)并行芯片 74LS164N 作為數(shù)碼管的驅(qū)動，軟件控制比較容易。所以在大部分硬件電路設(shè)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(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 圖 36 數(shù)碼管驅(qū)動電路 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 167。 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(qū)動 圖 37 蜂鳴器的驅(qū)動電路 單片機輸出端輸出低電平的驅(qū)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， 輸出一定頻率的信號作為驅(qū)動信號 。 發(fā)光二極管的驅(qū) 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(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。如圖 37 所示。 本章小結(jié) 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(shè)計電路。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第 4章 軟件設(shè)計 167。 圖 41 程序流程圖 167。外部 中斷 0，用做判斷回波河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 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(guān)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(jié)果，周期 毫秒（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0。 //關(guān)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(wù)程序是響應(yīng)單片機的外部中斷。在中斷服務(wù)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。 } 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 } 167。將個位，十位，百位分別由不同數(shù)碼管顯示。 bai_data=temp_data/100