【正文】 是它們卻從來都不會撞在樹上或者是墻上，“這是什么原因呢？”善 于鉆研地斯帕拉杰腦海里閃現(xiàn)了這個問題。斯帕拉捷一開始蒙住了蝙蝠眼睛，可是蝙蝠還是能飛得那么自由：又重來一次包住蝙蝠得鼻子，蝙蝠能精確探知障礙物：后來，斯帕拉捷堵住了蝙蝠的耳朵，終于，出現(xiàn)了不一樣的情況，蝙蝠不能想以前一樣了，不是撞到墻上就是撞到樹上。后來，科學(xué)家們在原來地基礎(chǔ)上研究，最終揭開了這個謎并弄懂了原因。蝙蝠它可以接受到這個“超聲波”，因此蝙蝠能夠馬上做出判斷，自由地飛，捕到獵物。從 19世紀(jì)末到 20世紀(jì)初，科學(xué)家在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)之后，人們懂得使用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波地方法，自此之后，超聲波效果有了飛快地利用與推廣。自此之后，連續(xù)相聚地發(fā)明了各樣地汽笛等機(jī)械型超聲波換能器。在 1917年， France物理學(xué)家 Paul Langevin利用天然壓電石英制作成夾心式樣超聲換能器，并且正確使用在了用在海里面得探測潛艇上。 超聲波是人們在第一次世界大戰(zhàn)中才知道使用的，則是利用“聲納”的原理來探知水下面敵方潛艇地位置等。 1942年，醫(yī)生鍍錫克是再醫(yī)學(xué)上最早使用超聲波技術(shù)檢測腦袋構(gòu)成地，此后至 60年代，醫(yī)生者們逐漸使用超聲波對于腹部器官得探測。 而到了科技日益發(fā)達(dá)地現(xiàn)在，超聲波效果已經(jīng)廣泛地使用在測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等方面，不同低領(lǐng)域方面，比如醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)也有非常多地使用。比如以下的三個方面： 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 (1) 在檢驗方面的應(yīng)用： 超聲波有著很好地方向性，而且能夠穿過不明顯地東西，但是它地波 長比一般地聲波短。 超聲波測量距離地原理是依據(jù)我們已經(jīng)知道得超聲波于空氣里地運(yùn)行速度，計量出聲波發(fā)出去后碰到目標(biāo)物體返回來地所需要得時間，最后，再依據(jù)發(fā)出去與接收地時間計量發(fā)出點離目標(biāo)物體得真正有多近。 超聲成像技術(shù)應(yīng)用在超聲顯微鏡上。于醫(yī)學(xué)治病部分，超聲成像效果已經(jīng)得到了廣泛地使用，于微電子器件制作能夠?qū)Υ笠?guī)模集成電路實行探測，于材料科學(xué)里能夠展現(xiàn)合金里不一樣結(jié)構(gòu)地區(qū)域與晶粒結(jié)界。 (2) 在超聲處理方面地應(yīng)用： 超聲波有著機(jī)械效應(yīng)、溫?zé)嵝?yīng)、理化效應(yīng)。 超聲波焊接是有著綠色能源，高效率，快捷等優(yōu)點。 超聲波清洗有著非常得優(yōu)點，清洗地速度很快，清潔地很干凈，效果很不錯，而且還是安全無污染。而其中直進(jìn)流作用和空化作用在當(dāng)前來說是被廣泛應(yīng)用的。 超聲波技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面被越來越受重視與采用了，其特別好的醫(yī)療效果在醫(yī)學(xué)界也得到了醫(yī)生們的認(rèn)可。超聲溫?zé)嵝?yīng)能夠促進(jìn)血液地循環(huán)，加快身體地新城代謝，改善內(nèi)部構(gòu)成營養(yǎng)，增加酶活力，并且長期治療無毒五副作用，很安全。超聲學(xué)則為研究超聲地產(chǎn)生、接收與在介 質(zhì)中地傳播規(guī)則。早在 20 世紀(jì) 40年代，科學(xué)家們研究介質(zhì)中超聲波地聲速與聲衰減隨頻率變化地聯(lián)系時發(fā)現(xiàn)，它們與各樣分子弛豫過程及微觀諧振過程兩者地關(guān)聯(lián)。不過其中地曾晨昶：基于單片機(jī)汽 車倒車超聲波報警器的設(shè)計與實現(xiàn) 6 幅值檢測法，超聲波地傳播行為里，空氣里雜質(zhì)得數(shù)量不一樣，衰減系數(shù)也不一樣，因此，它得穩(wěn)定性和檢測正確度大打折扣，不適應(yīng)于這個設(shè)計。最后，渡越時間法其電路比較容易實現(xiàn)，工作的原理也比較簡單。另一方面，需要對溫度進(jìn)行補(bǔ)償，因為超聲波于空氣中傳播會受到溫度得影響，這個可以于軟件與硬件上也實現(xiàn)。 超聲波測距原理 ： 回聲探測法則為普遍地超聲測距方法。 最后，利用 計時器記錄 得 時間 t， 則能夠 算出發(fā) 射處離目標(biāo)物體得 距離 (s)，： s=340t/2。當(dāng)傳播的時候，溫度于傳播介質(zhì)中不會有什么變化，可以認(rèn)作其速度不變。這就是其基本原理。 了解到超聲波傳播的距離 為 : vtS?2 (33) v是超聲波于介質(zhì)中得傳播速度； t是超聲波于發(fā)出去到接收所用掉得時間。 曾晨昶：基于單片機(jī)汽 車倒車超聲波報警器的設(shè)計與實現(xiàn) 8 整體系統(tǒng)設(shè)計框圖 AT89C51 單片機(jī)是這次設(shè)計的核心。經(jīng)過障礙物返回后得返回信號被超聲波接收換能器接收，在被放大電路放大，最后經(jīng) 接收了超聲波返回地信號。接 近危險距離锝時候，就會響起警報的聲音。當(dāng)中心地頻率最高時，測量的距離會變短，而且分辨力也變高了。這次設(shè)計所采用地就是我們常見地超聲波傳感器中心頻率 40KHZ 得 TCT4016TR1 探頭。它的單位是分貝 (dB)，數(shù)值是負(fù) （ 3）指向角：其一般只有幾度到幾十度。指向角越和方向性成反比。它最大溫度應(yīng)該要小于居里點溫度。而供醫(yī)療所用地超聲波傳感器因為其功率比較低，作用溫度也不大，可以于 20 70CC? ? ? ?溫 度范圍內(nèi)長期工作。 型號 T4016T T4016R 功能 發(fā)射 接收 中心頻率 40khz（ %誤差） 40khz（ %） 聲壓 114dBmin 靈敏度 68dBmin 電容 2500pf（ 20%） 2500pf（ 20%） 最大電壓 20v 20v 指向性 60?（ 25%） 60?（ 25%） 工作溫度 零下 20?至 70? 零下 20?至 70? TCT4016T/R 的性能指標(biāo) CT4016T/R 的指向特性 曾晨昶：基于單片機(jī)汽 車倒車超聲波報警器的設(shè)計與實現(xiàn) 10 單片機(jī)選擇 單片機(jī)地挑選就本次設(shè)計為最特殊地。對于選擇好的單片機(jī)，這關(guān)系到多個方面，比如對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，精度，還有有沒有減少制作系統(tǒng)的成本。 其他元件選擇 本次設(shè)計中顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)所用地是七段四位數(shù)碼管，用地是共陰極接法。 TCT4016TR1 被選為發(fā)射部分的超聲波探頭， TC406 74LS138 被用作相應(yīng)地信號處理元件，而 CX20216 芯片用作處理超聲波地接收信號。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 單片機(jī)外圍電路的設(shè)計 電源電路、復(fù)位電路、鍵盤電路、串口電路與時鐘電路構(gòu)建了單片機(jī)的外圍電路。單片機(jī)執(zhí)行指令的狀態(tài)只要是由鍵盤電路控制的，其就像一個倒車擋，而且它還可以設(shè)置安全 距離，當(dāng)超過了安全范圍時，蜂鳴器就會報警。綠燈亮了，證明是大于 2m的安全距離：黃燈亮了，說明是快接近危險距離了，在 2m內(nèi)：而紅燈亮了，說明是在危險距離了，在 1m至 內(nèi)，這時，打開繼電器，啟動報警電路。其實超聲波發(fā)射驅(qū)動則為某個放大信號的電路。而那時，超聲波換能器被 TC4069 驅(qū)動， 40KHz 地方波信號由 T0定時器產(chǎn)生。 曾晨昶：基于單片機(jī)汽 車倒車超聲波報警器的設(shè)計與實現(xiàn) 12 圖 52 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路設(shè)計 反射回來地 超聲波信號再由超聲波換能器接收，并且會轉(zhuǎn)換成電信號。這時，我們應(yīng)該將返過來地超聲波信號放大才能完成后續(xù)工作。其功能不僅是可以 帶通濾波、峰值檢測 和 波形整形 和 帶通濾波 等，最主要的還 是能夠 完成 對 信號的放大 與 限幅 。又因為集成電路 CX20216A 前置放大器有自動增益控制 地效果。它的 帶通濾波器中心頻率 是經(jīng)過集成電路 CX20216A 的 5 腳的外接電阻 進(jìn)行 調(diào)節(jié) 的 。 集成電路 CX20216A 在 接收超聲波 地時候，因為其 有 著較 強(qiáng) 地 抗干擾能力 與特別大地靈敏度， 所以 滿足 了其對 超聲波接收電路 地效果 。 顯示器的使用是很多方面地，作為某種典型地輸出設(shè)備，差不多很多地電子產(chǎn)品都需要用到它，它們的差別 只是其中地結(jié)構(gòu)類型不相同。 在社會中，有共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管 2 種 LED 數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管：在使用的時候公共引腳需要接到電源的負(fù)極。 對于靜態(tài)顯示，就是說給 LED 通以恒定的電流，能夠穩(wěn)定的把數(shù)值顯示出來，但是其制作電路的時候比較麻煩，而且成本也比較高；對于動態(tài)掃描顯示，就是說給需要點亮的 LED 通以脈沖電，再用分時的 方法，讓每個顯示器都點亮。而且 LED 數(shù)碼管采用地是共陰極數(shù)碼管。 圖 55 報警電路圖 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 6. 軟件設(shè)計 程序的流程設(shè)計 本課題地程序大部分是主程序與中斷程序構(gòu)成地。 主程序于開始時，為了滿足對系統(tǒng)地效果， 必須完成以下步驟：初始化 I/O 端口，中斷與定時器等。當(dāng)單片機(jī)地 端口輸送了 40KHz 地脈沖信號，而超聲波換能器發(fā)送了 40KHZ 地超聲波，此時啟動定時器 T1，讓 T1 開始計時。如果接單片機(jī)得 口輸入地是低電平得時候，此時 T1 定時器必須要停止計時。 對距離地測量是全部課題地重中之重。當(dāng)在對超聲波進(jìn)行測距的時候，事實上就是通過記錄下超聲波發(fā)射電路從發(fā)射超聲波信號，至接收到信號往返所用的時間，最后利用這些數(shù)據(jù)就可以把距離算出來。 主程序地工作流程圖例下圖 。 中斷程 序處理流程圖例下圖 。不過這個距離值是不斷得變化地，所以 LED 數(shù)碼管能夠展現(xiàn)是在外部發(fā)生中 斷才會發(fā)生地。我們可以從中看出，只要知道超聲波發(fā)送至接收到了超聲波這個過程中， TO定時器計了幾次數(shù)，就能夠算到精確的距離值。在與障礙物離地越來越近時，蜂鳴器得鳴叫頻率就越快。我做地這個畢業(yè)課設(shè)題目叫做 基于單片機(jī)汽車倒車超聲波報警器的設(shè)計與實現(xiàn)。但是，在這個過程中，也讓我知道了自己有著多方面的不足，知識方面的不足，動手能力也 不是特別強(qiáng)。不止這樣，趙老師在生活方面也給予了我們無限地關(guān)懷，經(jīng)常打電話關(guān)心我們。 這次地畢業(yè)課設(shè)我這制作這個基于單片機(jī)的汽車倒車超聲波報警器。這個基于單片機(jī)的汽車倒車超聲波報警器地實現(xiàn)是這樣地：開始 工作的時候，由單片機(jī)控制系統(tǒng)的核心通過測距傳感器采集到的數(shù)據(jù)，迅速的把與障礙物之間的距離計算出來，再讓 LED 數(shù)碼管把距離值顯現(xiàn)出來，于此，再經(jīng)過蜂鳴器發(fā)出不同頻率地聲音馬上報警，以達(dá)到提醒而防止汽車防撞。這個系統(tǒng)的電路設(shè)計比較簡單，而且測量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，性能也比較好，成本也比較低廉，基本上能滿足司機(jī)在現(xiàn)實生活中倒車的要求