超聲波倒車系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書前言前言摘要摘要：近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 超聲波一般指頻率在 20 k

2、hz 以上的機(jī)械波，具有穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低，制作方便，但其傳輸速度受天氣影響較大，不能精確測距；另外，超聲波能量與距離的平方成正比衰減，因此，距離越遠(yuǎn)，靈敏度越低，從而使超聲波測距方式只適用于較短距離。目前，國內(nèi)外一般的超聲波測距儀，其理想的測量距離為 45 m，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測距中本文根據(jù)聲波在空氣中傳播反射原理，以超聲波換能器為接口部件，介紹了基于 at89c52 單片機(jī)的

3、超聲波測距器。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號接收模塊、單片機(jī)處理模塊、lcd 顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測距器的硬件組成、檢測原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。超聲波發(fā)射模塊中采用 555 定時(shí)器構(gòu)成的時(shí)基電路，接收電路使用兩級運(yùn)算放大器，再將信號進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)出能夠成功對 40khz 超聲波檢波的硬件電路，并且增益可調(diào)，與傳統(tǒng)超聲波檢波電路相比，電路變得精簡，調(diào)試變得相對容易。測距器使用 lcd 顯示目標(biāo)物的距離。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：超聲波、測距、at89c52、倒車abstract：in recent years, with the rapid develo

4、pment of automobile industry and the continuous improvement of peoples living standard, chinas number of cars is increasing every year. driving in central africa at the same time professional staff of the proportion of car drivers is also increasing year by year. highways, streets, parking, garage a

5、nd other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur. according to related statistics, 15% of motor vehicle collisions when the vehicle is reversing, as the capacity of the latter caused by bad.so after the i

6、ncrease of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. security to avoid obstacles on the premise that the rapid and accurate measurement of obstructions and the distance between motor ve

7、hicles. to this end, the design of a single-chip microcomputer as the core, the use of ultrasonic ranging to achieve non-contact reversing radar system. generally refers to ultrasonic frequencies above 20 khz mechanical waves, with 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書penetrating, and attenuation of small, reflecting the a

8、bility and so on. work, the ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. finally, signal processing devices based on the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and

9、 the distance between obstacles. ultrasonic ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range; in addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the

10、 lower sensitivity and thus ultrasonic ranging way so that only apply to a shorter distance. at present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 4 5 m, thus reversing radar are used in cars, such as close range in this paper, according to the spre

11、ad of sound waves in air reflection to ultrasonic transducer interface components, based on mcu at89c52 ultrasonic range-finder. designed by the ultrasonic transmitter module, receiver module, single-chip processing module, a digital display and alarm sound and light display module, such as parts, t

12、he text in detail the range of hardware devices, detection theory, methods and software architecture. the use of ultrasonic transmitter module consisting of 555 time-base timer circuit, receiving circuit using the sony company dedicated cx20106a infrared detecting chip, the chip used in the detector

13、 circuit 38khz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40khz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain, and compared to conventional ultrasonic detection circuit, the circuit has become streamlined and easier to debug. t

14、he use of digital rangefinder display the distance between objects. key words:at89c52; silent wave;measure distance; reversing山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄目錄前言前言 .1緒論緒論 .81.1 選題背景選題背景 .81.2 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 .81.3 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 .91.4 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 .10山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1.5 超聲波的特性及作用原理超聲波的特性及作用原理 .111.6 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 .12第二章第二章 方案

15、論證方案論證 .162.1 超聲波的定義超聲波的定義 .162.2 超聲波的物理特性超聲波的物理特性 .162.2.1 超聲波的衰減.182.3 發(fā)射脈沖波形發(fā)射脈沖波形 .212.4 超聲波測距原理超聲波測距原理 .222.5 測量與控制方法測量與控制方法 .232.6 理論計(jì)算理論計(jì)算 .232.7 影響精度的因素分析影響精度的因素分析 .252.8 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .272.8.1 溫度校正的方法提高測距精度.272.8.2 標(biāo)桿校正的方法提高測距精度.282.9 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理 .29第三章第三章 系統(tǒng)局部硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)局部硬件電路設(shè)計(jì)

16、 .313.1 at89c52 單片機(jī)單片機(jī).31山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.1.1 時(shí)鐘電路.323.1.2 復(fù)位電路.333.2 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路 .333.2.1 多諧振蕩器.333.2.2 超聲波傳感器.353.3 超聲波接收電路超聲波接收電路 .373.3.1 放大電路及其參數(shù)的設(shè)計(jì).373.3.2 電壓比較電路及其參數(shù)的設(shè)計(jì).383.4 lcd 液晶顯示部分結(jié)構(gòu)液晶顯示部分結(jié)構(gòu).403.4.1 lcd 的參數(shù)和性能及引腳介紹 .403.4.2 at89c52 和 lcd 顯示器模塊的接口 .413.4.2.1at89c52 和 lcd 顯示器模塊的硬件接口.413.5

17、 語音報(bào)警模塊語音報(bào)警模塊 .433.5.1 放音芯片的選擇.443.5.2 api8108a 和 at89c52 的硬件接口.443.6 電源模塊電源模塊 .46第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .484.1 超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì)超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì) .48山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4.1.1 超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì).484.1.2 串?dāng)_問題.514.3 lcd 液晶顯示部分軟件設(shè)計(jì)液晶顯示部分軟件設(shè)計(jì).524.3.1 讀/寫時(shí)序.524.3.1.1ocmj4x8c 型 lcd 顯示模塊的讀時(shí)序.534.3.1.2ocmj4x8c 型 lcd 顯示器模塊的寫時(shí)序.54第五章第五章

18、主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn) .55第六章第六章 致謝辭致謝辭 .56山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書緒論緒論1.11.1 選題背景選題背景隨著科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，自動測量的技術(shù)不斷更新，非接觸式測量技術(shù)也有了長足的發(fā)展。在很多工控場合，測量的物體是不能夠直接接觸到的，或者是測量物體不宜直接接觸, 這個(gè)時(shí)候就要用到非接觸式的測量儀器。自物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此超聲波技術(shù)得到廣泛運(yùn)用，而在超聲波測量領(lǐng)域，尤其是在測距領(lǐng)域，結(jié)合各種其他技術(shù)的應(yīng)用，超聲波測量變得十分普及。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩 ,傳播速度僅為光波的百萬分之一 ,縱向分

19、辨率較高.超聲波對色彩、光照度、外界光線和電磁場不敏感 ,因此超聲測距對于被測物處于黑暗、有灰塵或煙霧、強(qiáng)電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力 ,在液位測量、機(jī)器人避障和定位、倒車?yán)走_(dá)、物體識別等方面有著廣泛的運(yùn)用。由于超聲傳播不易受干擾 , 能量消耗緩慢 , 在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn) , 因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量. 本文以超聲波理論為依據(jù)，給出日常生活中可以方便使用的非接觸式超聲波測距裝置的設(shè)計(jì)過程。1.21.2 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的由于超聲波在空氣中波速較慢，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，利用超聲波檢測

20、往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。因此超聲測山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書距廣泛應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、物體識別等方面，特別是應(yīng)用于空氣測距。超聲波測距利用聲波反射原理，避免傳感器直接與介質(zhì)接觸，是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測量方法。與紅外、激光及無線電測距相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性能高、價(jià)格便宜、安裝維護(hù)方便等優(yōu)異特性。在近距范圍內(nèi)超聲測距具有不受光線、顏色以及電、磁場的影響和指向性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但由于超聲波傳播時(shí)難于精確捕捉，溫度對聲速影響等原因，

21、使超聲測距的精度受到很大的影響，限制了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求較高場合下的應(yīng)用。1.31.3 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心

22、，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的測距方法在很多場合已無法滿足人們的需求，例如在井深，液位，管道長度等場合，傳統(tǒng)的測距方法根本無法完成測量的任務(wù)。還有在很多要求實(shí)時(shí)測距的情況下，傳統(tǒng)的測距方法也很難完成測量的任務(wù)。于是，一種新的測距方法誕生了非接觸測距。超聲波可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點(diǎn)，是利用計(jì)算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸來測量距離的，對被測目標(biāo)無損害。而且超聲波傳播速度在相當(dāng)大范圍內(nèi)山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書與頻率無關(guān)。超聲波的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。目前對于超聲波精確測距的需求也越來越大，如油庫和水

23、箱液面的精確測量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機(jī)械內(nèi)部損傷的檢測等。在機(jī)械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。1.41.4 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀超聲波是指頻率在 20khz106khz 的機(jī)械波,波速一般為 1500m/s,波長為 0.01cm10cm。超聲波的波長遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說明超聲波本身不能直接對分子起作用 ,而是通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動形式 ,又是一種能量形式 ,在傳播過程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波

24、與媒介相互作用可分為機(jī)械作用、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透 ,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式 ,所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無法達(dá)到的作用 。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來說就是其他方法所望塵莫及的 ,更不用說超聲波定量控制的效果了。近年來 ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強(qiáng)化以及廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 。在材料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的潛力。通過超聲波方法制備納米材料 ,達(dá)到了目前我們采用激光、紫外

25、線照射和熱電作用所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有很好的前景1.51.5 超聲波的特性及作用原理超聲波的特性及作用原理與可聞波相比 ,超聲波由于頻率高、波長短 ,在傳播過程中具有許多特性:山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書a、方向性好。由于超聲波的功率高 ,其波長較同樣介質(zhì)中的聲波波長短得多 ,衍射現(xiàn)象不明顯 ,所以超聲波的傳播方向好。b、能量大。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí) ,當(dāng)振幅相同時(shí) ,振動頻率越高能量越大。因此 ,它比普通聲波具有大得多的能量。c、穿透能力強(qiáng)。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng) ,但在固體和液體中衰減較弱。在不透明的固體中 ,超聲波能夠穿透幾十米的厚度 ,所以超聲波在固體和液體中應(yīng)用較廣。d、引起空化

26、作用。在液體中傳播時(shí) ,超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波 ,液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級壓 ,產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在聲波壓縮階段 ,空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時(shí)產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn)象 ,這種現(xiàn)象稱為空化作用。超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械以及材料為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。目前 ,超聲技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。超聲技術(shù)是通過聲波的產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的 ,它的應(yīng)用研究正是結(jié)合超聲波之獨(dú)有特性而展開的。1.61.6 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于 1876 年 f.galton 的氣哨實(shí)驗(yàn)，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。在之后的三十年中，超聲

27、波仍然是一個(gè)鮮為人知的東西，由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響。在第一次世界大戰(zhàn)中，對超聲波的研究逐漸受到重視。法國人 langevin 使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對低頻的超聲波。他提出的這種方法可以用來檢測水中是否存在潛艇并進(jìn)行水下通信山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4。1929 年，sokolov 首先提出用超聲波探查金屬物內(nèi)部缺陷的建議5。相隔 2 年，1931 年 mulhauser 獲準(zhǔn)一項(xiàng)關(guān)于超聲檢測方法的德國專利，不過他并未做更多的工作。4 年之后，1934 年 sokolov 首次發(fā)表了關(guān)于在液體槽子里用穿透法作實(shí)物試驗(yàn)的結(jié)果，他用了各種方法做了實(shí)

28、驗(yàn)，用來檢測穿過試件的超聲能量，其中之一是用簡單的光學(xué)方法觀察液體表面由超聲波形成的波紋。德國人 bergrnann 在他的論著ultrasonic中，詳細(xì)的論述了有關(guān)超聲波的大量早期資料，該論著一直被認(rèn)為是該領(lǐng)域的經(jīng)典之作6。美國的 firestone7和英國的 sproulels首次介紹了脈沖回波探傷儀，使超聲波檢測技術(shù)發(fā)展到了更重要的階段。在各種系統(tǒng)中，這是最成功的一種，因?yàn)樗凶顝V泛的通用性，其檢測結(jié)果也最容易解釋。這種方法除可用于手工檢測外，還可與采用先進(jìn)技術(shù)的自動系統(tǒng)聯(lián)用，自第一種脈沖回波儀器問世以來，根據(jù)相同的原理，有無數(shù)種其他儀器得到了發(fā)展，并有許多改進(jìn)和精化。目前，在超聲無損

29、檢測中，脈沖回波系統(tǒng)仍是使用最為廣泛的一種。huahong，wangyonghan9闡述了其所研究的一種調(diào)幅連續(xù)超聲波大范圍動態(tài)測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)的測距原理是利用超聲波傳感器發(fā)射和接收調(diào)幅連續(xù)超聲波，基于接收信號于發(fā)射信號之間的相位差和兩傳感器之間的正比關(guān)系，用相位差法測量傳感器之間的動態(tài)距離。文中給出了設(shè)計(jì)原理、硬件實(shí)施和測量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在 15m 的測距精度可達(dá)山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書到 lmm。中國測試技術(shù)研究所的李茂山在超聲波測距原理及實(shí)踐技術(shù)0中闡述了用超聲波在空氣里傳播速度為已知條件，測量超聲波行進(jìn)于待測距離所耗費(fèi)時(shí)間的超聲波測距原理。文中分析了聲波的傳輸特性和影響聲

30、速的因素，給出了超聲波測距的框圖。作者還進(jìn)行了超聲波測距誤差源分析以及超聲波測距儀的檢驗(yàn)。浙江師范大學(xué)的李鳴華、余水寶利用單片機(jī)開發(fā)了一種超聲波料位測量系統(tǒng)川。作者介紹了超聲波料位測量的原理以及超聲波料位測量儀的軟硬件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要分為超聲波信號的產(chǎn)生發(fā)射電路、信號接收處理電路、at89c2051 單片機(jī)控制電路等。作者還分析了造成料位測量誤差的幾點(diǎn)原因，并給出了幾種方法來減少測量誤差。比如:在計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)中，采用了“延遲接收，信號分離”的技術(shù)和相關(guān)計(jì)數(shù)法減小了計(jì)數(shù)誤差，對于聲速的測量誤差，使用溫度補(bǔ)償法，在軟件設(shè)計(jì)中采用了查表的方法，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償校正。文中的一些方法對于設(shè)計(jì)超聲波

31、測量系統(tǒng)來說具有一定的參考價(jià)值。聲速的測量在超聲波測距中對提高超聲波精度有重要的作用，超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與溫度、壓力等因素有關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對其進(jìn)行補(bǔ)償。中國海洋大學(xué)的曹玉華在超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在機(jī)器人模糊避障中的應(yīng)用)2提出了采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒y量聲速，來提高超聲波測距精度。文中溫度檢測部分采用了美國 dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)單線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 測量環(huán)境溫度，用以溫度補(bǔ)償以修正超山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書聲波速度，來減小溫度變化對距離測量精度的影響。該超聲波測距裝置在1.5m 的測量范圍內(nèi)，測量誤差小于 5cm。山東科技大學(xué)的王紅梅在高分

32、辨力超聲測距系統(tǒng)的研究)3中研究了己有超聲波測距系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用超聲波多次發(fā)射，以多次測量的平均值作為測量值的方法提高超聲波測距精度，并使用了溫度補(bǔ)償聲速的方法進(jìn)一步提高了系統(tǒng)精度。為了提高儀器的分辨力，還采用了若干方法來減小隨機(jī)誤差。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測距系統(tǒng)在測量范圍 1cm 一 10cm，精度可達(dá)到 0.5%，分辨率優(yōu)于 0.1mm。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第二章第二章 方案論證方案論證超聲波測距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且沒有顯示，操作使用很不方便。

33、本文介紹一種以 at89c51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)際使用證明該儀器工作穩(wěn)定，性能良好。2.12.1 超聲波的定義超聲波的定義波是由某一點(diǎn)開始的擾動所引起的，并按預(yù)定的方式傳播或傳輸?shù)狡渌c(diǎn)上。聲波是一種彈性機(jī)械波。人們所感覺到的聲音是機(jī)械波傳到人耳引起耳膜振動的反應(yīng)，能引起人們聽覺的機(jī)械波頻率在 20hz 一 20khz，超聲波是頻率大于 20khz 的機(jī)械波4。在超聲波測距系統(tǒng)中，用脈沖激勵(lì)超聲波探頭的壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動，這種振動在與其接觸的介質(zhì)中傳播，便形成了超聲波。2.22.2 超聲波的物理特性超聲波的物理特性當(dāng)聲

34、波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波;另一部分能量透射過分界面，在另一個(gè)介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，稱為折射波，如圖 2.1 所示，圖中 l 為入射波，s1 為反射橫波，l1 為反射縱波，l2 為折射縱波，s2 為折射橫波15。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書這些物理現(xiàn)象均遵守反射定律、折射定律。除了有縱波的反射波折射波以外，還有橫波的反射和折射。因?yàn)槁暡ㄊ墙柚趥鞑ソ橘|(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動而傳播的，其傳播方向與其振動方向一致，所以空氣中的聲波屬于縱向振動的彈性機(jī)械波。在理想介質(zhì)中，超聲波的波動方程描述方法與電磁波是類似的。描述簡諧聲波向 x正方向傳播的質(zhì)點(diǎn)位移運(yùn)動可

35、表示為: （2.1） )cos()(kxtxaa （2.2）xeaxa0)(式中，a(x)為振幅即質(zhì)點(diǎn)的位移，為常數(shù)，為角頻率，t 為時(shí)間，x 為傳播距離，為波數(shù)，為波長，為衰減系數(shù)。衰減系數(shù)與/2聲波所在介質(zhì)和頻率關(guān)系: （2.3）2af式(2.3)中為介質(zhì)常數(shù)為振動頻率。f山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.2.12.2.1 超聲波的衰減超聲波的衰減從理論上講，超聲波衰減主要有三個(gè)方面16:(l)由聲速擴(kuò)展引起的衰減在聲波的傳播過程中，隨著傳播距離的增大，非平面聲波的聲速不斷擴(kuò)展增大，因此單位面積上的聲壓隨距離的增大而減弱，這種衰減稱為擴(kuò)散衰減。(2)由散射引起的衰減由于實(shí)際材料不可能是絕對均勻

36、的，例如材料中外來雜質(zhì)金屬中的第二相析出、晶粒的任意取向等均會導(dǎo)致整個(gè)材料聲特性阻抗不均，從而引起聲的散射。被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，最終變成熱能，這種衰減稱為散射衰減。(3)由介質(zhì)的吸收引起的衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，內(nèi)于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦，從而使一部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，以及由于分子馳豫造成的吸收，這些都是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象，這種衰減稱為吸收衰減。擴(kuò)散衰減僅取決于波的幾何形狀而與傳播介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。對于大多數(shù)金屬和固體介質(zhì)來說，通常所說的超聲波的衰減，即 p(衰減系數(shù))表征的衰減僅包

37、括散射衰減和吸收衰減而不包括擴(kuò)散衰減。因此，空氣介質(zhì)的衰減系數(shù)也由兩部分組成，可由下式表: （2.4）)11(2382222322pvccckfcf式中：熱傳導(dǎo)系數(shù) ：超聲波頻率kf ：動力粘滯系數(shù) c：超聲波傳播速度山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ：定容比熱 ：定壓比熱vcpc：傳播介質(zhì)密度式（2.4）中第一項(xiàng)是由內(nèi)摩擦引起的衰減系數(shù)，第二項(xiàng)是由熱傳導(dǎo)引起的衰減系數(shù)，由于后者比前者小得多，故在忽略熱傳導(dǎo)引起的超聲波衰減的情況下，衰減系數(shù)可以由下式表示: （2.5）32238cf把代入式（2.5）可得：mtrc （2.6）23232322)(38trmf由式（2.6）可知:溫度一定時(shí)，r、t 均一

38、定，衰減系數(shù)與頻率的平方成正比;頻率越高，衰減的系數(shù)就越大，傳播的距離也就越短。在實(shí)際應(yīng)用中，一般選 30-1ookhz 的超聲波進(jìn)行距離測量，比較典型的頻率為4okhz，本系統(tǒng)就選用頻率 f=4okhz 的超聲波的傳感器。2.2.22.2.2 超聲波的波型超聲波的波型由于聲源在介質(zhì)中施力的方向與波在介質(zhì)中傳播的方向可以相同也可以不同，這就可產(chǎn)生不同類型的聲波，超聲波的波型主要有以下幾種7:(l)縱波當(dāng)介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)振動方向和超聲波傳播方向相同時(shí)，此種超聲波為縱波波型，以 l 表示。任何介質(zhì)，當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均產(chǎn)生縱波。由于縱波的產(chǎn)生和接收都較容易，所以縱波在超聲波檢測中得到了廣泛應(yīng)用。(

39、2)橫波當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動方向和超聲波的傳播方向垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波形，以 t 表示。因?yàn)橐后w和氣體中缺乏橫向運(yùn)動的彈性力，所以橫波不能山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書存在，只有縱波才能存在，但在固體中縱波和橫波都能存在。(3)表面波瑞利于 1887 年首先研究和證實(shí)了表面波的存在，因此稱為瑞利波，用字母 r 表示。表面波是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波雙重性的波。其振動質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，質(zhì)點(diǎn)位移的長軸垂直于傳播方向，質(zhì)點(diǎn)位移的短軸平行于傳播方向，隨著深度增加很快衰減，離表面一個(gè)波長以上的地方，質(zhì)點(diǎn)振動的振幅很微弱。表面波的傳播速度，只與介質(zhì)的彈性性質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)。(4)板波板波亦稱拉姆

40、波，板波只產(chǎn)生在大約一個(gè)波長的薄板內(nèi)，在板的兩表面和中部都有質(zhì)點(diǎn)的振動，聲場遍及整個(gè)板的厚度。薄板兩表面的質(zhì)點(diǎn)振動是縱波和橫波成分之和，運(yùn)動軌跡為橢圓形，長軸于短軸的比例取決于材料的性質(zhì)。板波可以分為對稱型和非對稱型兩種。2.32.3 發(fā)射脈沖波形發(fā)射脈沖波形超聲測距常用的發(fā)射脈沖波形如圖 2-0 所示有單個(gè)尖脈沖、衰減振蕩脈沖、窄等幅波列脈沖和寬等幅波列脈沖。介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù)根據(jù)前面的分析可知是頻率 f 的函數(shù)，因此發(fā)射的脈沖波中不同頻率成分的波將以不同的群速度傳播，這使得脈沖波形將隨著傳播距離的增大而發(fā)生畸變，并且這種畸變程度隨距離的增加而變得顯著。在要求分辨力較高和盲區(qū)較短的超聲測

41、量技術(shù)中，一般使用寬度較窄的脈沖波。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 2-0 超聲波測距常用波形2.42.4 超聲波測距原理超聲波測距原理超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 s=ct/2，式中的 c 為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c 與溫度有關(guān)，表 1 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機(jī)理。圖 2-1 即為超聲波測距的具體流程圖。山東科

42、技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖表 1 溫度與聲速的關(guān)系溫度（）30 20100102030100聲速（m/s）3133193253333383443493862.52.5 測量與控制方法測量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體 阻擋時(shí)就會發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來。這就是本系統(tǒng)的測量原理。超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示壓電晶片電極共振板定時(shí)器顯示器振蕩器調(diào)制器接收檢測器電聲換能器計(jì)時(shí)器控制電聲換能器山

43、東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 2-2 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)由于此超聲波測距儀可以實(shí)現(xiàn)雙向測距，所以需進(jìn)行測距選擇，而這個(gè)測距選擇就以自動選擇功能來實(shí)現(xiàn).2.62.6 理論計(jì)算理論計(jì)算如圖 2-3 所示為反射時(shí)間 ，是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的 時(shí)間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時(shí)間 t 利用公式 2tcs其中，s 為被 測距離、v 為空氣中聲速、t 為回波時(shí)間，21ttt可以計(jì)算出路程，這種 方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時(shí)間門”來加以 克服。這樣可以求出距離： 221ttcst 2t 1

44、山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 2-3 測距的原理本次設(shè)計(jì)是用 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生 40hz 的超聲波信號。其振蕩頻率計(jì)算公式如下：)2(43. 1532crrf2.72.7 影響精度的因素分析影響精度的因素分析 1） 發(fā)射接收時(shí)間對測量精度的影響分析 采用 tr40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書40khz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對于一般要求的精度是可靠的。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。 設(shè)測量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為：*

45、mergeformat (1) kht +ktet +kt20aacosacos由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間，必須對收到的信號進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。 2）當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即： * mergeformat

46、 (2)srtcm由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y距時(shí)的測量精度。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢?* mergeformat (3)0cc1 t 273式中 c0=331.4m/s ； t 為絕對溫度，單位 k 。 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1oc, 聲速將增加或者減少 0.607m /s ，這個(gè)影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟?對于時(shí)間誤差主要由發(fā)送計(jì)時(shí)點(diǎn)和接收計(jì)時(shí)點(diǎn)準(zhǔn)確性確定，為了能夠

47、提高計(jì)時(shí)點(diǎn)選擇的準(zhǔn)確性，本文提出了對發(fā)射信號和加收信號通過校正的方式來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。此外，當(dāng)要求測距誤差小于 1 mm時(shí)，假定超聲波速度 c=344 ms(20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。則測距誤差 stur 和 u1ur 時(shí),電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平,即高電平和低電平。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),因此它相當(dāng)于一個(gè)受輸入信號控制的開關(guān),當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時(shí)開關(guān)動作,使輸出從一個(gè)電平跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)電平。系統(tǒng)中,比較器的作用是將信號電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓相比較,當(dāng)信號電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí),比較器輸出正脈沖,q1 導(dǎo)通,p2.5 接收負(fù)脈沖信號,單片機(jī) cpu 發(fā)出中斷,記錄發(fā)射信

48、號與接受信號之間的時(shí)間,并計(jì)算距離。在比較器的設(shè)計(jì)中要考慮兩點(diǎn)因素:第一,要使 q1 導(dǎo)通;第二,要使經(jīng)過三極管以后的電壓與at89c52 的 p3.2 口相匹配。為了在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能得到合適的參數(shù),將 r10設(shè)計(jì)為最大阻值為 5.1 k 的電阻,這樣,r10 的阻值便可得到滿足上述條件的電壓信號。用做電壓比較器的的 lm358，從圖 3.5 可以看出比較器的的基準(zhǔn)電壓是可調(diào)的，因?yàn)閺某暡ń邮盏男盘?，要求有很高的靈敏度和精度，從放大電路出來的電壓變化是非常微妙的，必須配和可調(diào)的基準(zhǔn)電壓采能滿足進(jìn)行比較達(dá)到設(shè)計(jì)中的需要。lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于

49、電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使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)算放大器的場合。圖 3-7 為 lm358 的引腳結(jié)構(gòu)圖。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 3-7 lm358 的引腳結(jié)3.43.4 lcdlcd 液晶顯示部分液晶顯示部分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在顯示模塊中，選擇了ocmj4x8c型圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。通過硬件電路和軟件結(jié)合使得在液晶中顯示如圖 3-8 所示。ocmj4x8c一共有有 20 個(gè)引腳，包括數(shù)據(jù)引腳，控制引腳和電源引腳，硬件電路非常簡單。強(qiáng)大的功能主要是通過軟件實(shí)現(xiàn)。 圖

50、 3-8 lcd 顯示屏3.4.13.4.1 lcdlcd 的參數(shù)和性能及引腳介紹的參數(shù)和性能及引腳介紹 ocmj4x8c 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/ 列驅(qū)動器及12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成.可完成圖形顯示,也可以顯示 84 個(gè)(1616 點(diǎn)陣)漢字.lcd 顯示器是把 lcd 顯示屏和控制模塊結(jié)合在一起組 lcd ocmj4x8c超聲波測距儀 當(dāng)前溫度00 度當(dāng)前距離：00 米山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書成一個(gè)的整體。主要技術(shù)參數(shù)和性能:電源:vdd:+5v；lcd 外接驅(qū)動電壓為 -3.0-8.0v 顯示內(nèi)容:128(列)64(行)點(diǎn)全屏幕點(diǎn)陣七種指令與 cpu 接口采

51、用 8 位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和 8 條控制線.占空比 1/64工作溫度:-10 +60 ,存儲溫度: -20 +70顯示器模塊的外部接口是通過它的外接引腳，由外部對其進(jìn)行讀寫操作共同形成的。外部引腳提供了接口的通道，而外部單片機(jī)對模塊的讀寫操作則執(zhí)行了單片機(jī)的模塊之間的信息交流，也就是顯示內(nèi)容的交流.jm12864j 一共有 20 個(gè)引腳，外部引腳編號為 120。外接引腳編號、符號及其含義如表 2 所示。表 2 外部引腳及含義管腳號 管腳名稱電平管腳功能描述1vss0v電源地2vdd5.0v電源電壓3v0-液晶顯示器驅(qū)動電壓:0-5v4rsh/lrs=“h”,表示 db7db0 為顯示數(shù)據(jù)r

52、s=“l(fā)”,表示 db7db0 為顯示指令數(shù)據(jù)5r/wh/lr/w=“h”,e=“h”,數(shù)據(jù)被讀到 db7db0r/w=“l(fā)”,e=“hl”, db7db0 的數(shù)據(jù)被寫到 ir 或dr6eh/l使能信號：r/w=“l(fā)”,e 信號下降沿鎖存 db7db0 r/w=“h”,e=“h” ddram 數(shù)據(jù)讀到db7db0 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書714db0db7h/l數(shù)據(jù)總線15cs1h/lh:選擇芯片(右半屏)信號16cs2h/lh:選擇芯片(左半屏)信號17reseth/l復(fù)位信號,低電平復(fù)位18vout-10vlcd 驅(qū)動負(fù)電壓19led+dc+5vled 背光板電源20led-dc0vle

53、d 背光板電源3.4.23.4.2 at89c52at89c52 和和 lcdlcd 顯示器模塊的接口顯示器模塊的接口at89c52 和 lcd 顯示器模塊的接口包括硬件接口和軟件接口兩個(gè)部分。硬件接口是指 at89c52 和 lcd 顯示器模塊的信息邏輯接線方法。軟件接口是指 at89c52 對 lcd 顯示器模塊的顯示控制方法及程序。下面分別介紹這兩種接口方法。3.4.2.1at89c523.4.2.1at89c52 和和 lcdlcd 顯示器模塊的硬件接口顯示器模塊的硬件接口 at89c52 和 jm12864j 的硬件接口連線如圖 3-9 所示。在圖中看出， at89c52 的 p2

54、端口的 p2.6 用于產(chǎn)生串行通訊的時(shí)鐘信號， 其中 p2.7 用于串口通訊的數(shù)據(jù)接收。rst 懸空，默認(rèn)為高電平。為使顯示屏能具有滿意的亮度，在+5v 和-5v 之間接一個(gè)電位器，用于調(diào)節(jié) vee 的電壓。vee 的電壓一般取 0+5v。山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-9 液晶顯示模塊3.53.5 語音報(bào)警模塊語音報(bào)警模塊在語音報(bào)警模塊中，主要是采用 api8108a 放音芯片來實(shí)現(xiàn)不同的距離下，播放不同的聲音，以警示司機(jī)，距離障礙物的距離已經(jīng)很近，注意安全。3.5.13.5.1 放音芯片的選擇放音芯片的選擇 語音芯片從使用功能上，基本可以劃分為錄音語音芯片和放音語音芯片。通常帶有錄音功能

55、的語音芯片都具有回放語音的功能，但是在播放語音時(shí)，音質(zhì)山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書都沒有專門的放音語音芯片好 ，考慮到本模塊只是用來播放提示音，不需要錄音，因此選擇只有放音功能的放音芯片。因此選用了api8108a。其引腳如圖 3-10 所示。圖 3-10 api8108a 各引腳功能3.5.23.5.2 api8108aapi8108a 和和 at89c52at89c52 的硬件接口的硬件接口 用 at89c52 的 p0.0，p0.1，p0.2，p0.3 四個(gè)口來控制 api8108a 的四個(gè)頻段來控制輸出不同的警告提示信號。其語音分段選擇如圖 3.11 所示。硬件接口如圖 3-11 所示。

56、山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-11 語音分段選擇山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 3-12 語音報(bào)警電路3.63.6 電源模塊電源模塊電源的輸入直接用汽車的 12 的線性電壓，但是該系統(tǒng)的供電只需要一個(gè) 5v 的電源，因此采用 lm7805,lm7809 進(jìn)行兩級穩(wěn)壓，得到想要的5 伏電壓。lm7805,lm7809 的管腳圖如 3-13 所示。圖 3-13lm7805其電氣特性如圖 3-14 所示：山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖 3-14 lm7805 電氣特性 電源模塊的硬件如圖 3-15 所示：圖 3-15 電源電路山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

57、部分包括主程序、中斷子程序和其他子程序。主程序完成系統(tǒng)初始化后調(diào)用 lcd 液晶顯示程序，再調(diào)用測距在內(nèi)的各個(gè)子程序完成距離測量并顯示輸出。各子程序主要有:延時(shí)子程序、距離計(jì)算子程序等。主程序流程圖如圖 4-1 所示。4.14.1 超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì)超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì)4.1.14.1.1 超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì)超聲波測距儀的算法設(shè)計(jì) 測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 ucm40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40khz 的脈沖信號，有單片機(jī)的 p1.2 來控制 555 定時(shí)器。部分源程序如下：trig=1; /首先拉高脈沖輸入引腳, /超聲波輸入端，使能 555 產(chǎn)生 40khz方波

58、ea=1; /打開總中斷 0 th0=0x00;tl0=0x00;delay_20us(); /延時(shí) 20uset0=1;/ 允許定時(shí)器 0 中斷et1=1;/ 允許定時(shí)器 1 中斷tr0=1;/啟動定時(shí)器 0trig=0; /產(chǎn)生一個(gè) 20us 的脈沖山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 t 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 r 所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： （1）22tcsd其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的

59、路程，c 為聲速，t為聲波來回所用的時(shí)間。 在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器t0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 int0 或int1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。一旦接收到返回超聲波信號（即int0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 t0 停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器 t0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測

60、距不成功。 前方測距電路的輸出端接單片機(jī) int0 端口，中斷優(yōu)先級最高，部分源程序如下： void int0_ceju(void) interrupt 1/外部中斷 0tr0=0;/ 關(guān)閉定時(shí)器 1ea=0;/關(guān)閉總中斷timeh =th1; /取出定時(shí)器的值 山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書timel =tl1; /取出定時(shí)器的值 k=readtemperature(); g=k/10; h=k%10; tab123=tab2g; tab124=tab2h; time=m*0.065536+timh*0.000256+timl*0.000001; c=334.1*(sqrt(1+k/273);