基于單片機(jī)的汽車防撞系統(tǒng)論文

1、2015屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目: 基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀汽車防撞系統(tǒng) 院系名稱： 信息學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電信1108 學(xué)生姓名： 顧豪貝 學(xué) 號(hào)： 201116910817 指導(dǎo)教師： 楊鐵軍 教師職稱： 教授 2015年 5 月 29日III摘 要 隨著汽車的不斷普及，特別是中國(guó)汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，由汽車帶來(lái)的一系列問(wèn)題一一顯露，本文介紹的防撞報(bào)警系統(tǒng)為汽車的倒車報(bào)警裝置的研究提供了一些可行性方案。本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀汽車防撞系統(tǒng)采用STC89C52為控制中心，超聲波測(cè)距儀完成對(duì)距離的檢測(cè)，測(cè)出距離以后將數(shù)據(jù)交給單片機(jī)處理運(yùn)算（與設(shè)定的距離值進(jìn)行比較判斷），距離的值可以通過(guò)

2、按鍵設(shè)置（有效范圍為2cm-400cm），設(shè)定值的大小通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，當(dāng)測(cè)定的距離小于設(shè)定值的時(shí)候，STC89C52便發(fā)出控制指令控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，從而達(dá)到報(bào)警防撞的目的。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有不接觸，受外界干擾較少的優(yōu)點(diǎn)，所以在汽車的倒車技術(shù)研制方面得到了很廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞： STC89C52 超聲波測(cè)距儀 汽車防撞報(bào)警 Title Auto ultrasonic range finder collision avoidance system based on MCU AbstractWith the popularity of cars, especially Chinese c

3、ar market continues to expand, a series of problems brought by car of the one show, this paper introduces the research of anti-collision alarm system for vehicle reversing alarm device provides some feasible solutions. This design based on single chip ultrasonic rangefinder automotive anti-collision

4、 system uses STC89C52 as the control center, the ultrasonic range finder of distance detection, measure the distance after the data to the microcontroller processing operations (distance and set values of judgment), distance value can set the button (range 2cm-400cm), setting value the size through

5、the digital display, when the measured distance is smaller than the set value, the STC89C52 sends control command to control the buzzer alarm sound, so as to achieve the purpose of anti collision alarm. The ultrasonic ranging system has the advantages of no contact, less interference, so it has been

6、 widely used in the development of the technology of automobile reversing.Keywords STC89C52 Ultrasonic rangefinder Vehicle collision warning 目 次 1 緒論11.1所選題目背景1 2 方案設(shè)計(jì)和論證12.1方案設(shè)計(jì) 13 ×××××（正文第3章） Y（略）X ×××××（正文第X章） Y結(jié)論 Y致謝 Y參考文獻(xiàn)Y附錄A ×××

7、×（必要時(shí)） Y附錄B ××××（必要時(shí)） Y圖1 ×××××（必要時(shí)） Y圖2 ×××××（必要時(shí)） Y表1 ×××××（必要時(shí)） Y表2 ×××××（必要時(shí)） Y注：1. 目次中的內(nèi)容一般列出“章”、“條”二級(jí)標(biāo)題即可；2Y表示具體的阿拉伯?dāng)?shù)字；3. 目錄前的頁(yè)碼采用羅馬數(shù)字。列如：I、II。1 緒論11 所選題目背景超聲測(cè)距是非接觸檢測(cè)技術(shù)，

8、基本不受光、被測(cè)物顏色等影響，較別的儀器而言更加衛(wèi)生，更耐潮濕和粉塵以及高溫、腐蝕氣體等惡劣因素，并且具有少維護(hù)、低污染、高可靠性、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因而可應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、水處理廠、環(huán)保檢測(cè)、食品（飲料業(yè)、食用油、添加劑、奶制品）、防汛、水文、空間定位、公路限高等行業(yè)中。能夠在很多環(huán)境情況下進(jìn)行距離在線標(biāo)定，也可以直接用液位控制，而且能夠設(shè)定差值，直接顯示液位罐的液位高度、料位高度。所以，超聲波測(cè)距技術(shù)在空氣測(cè)距的特殊環(huán)境下有廣泛的應(yīng)用。用超聲波檢測(cè)會(huì)比較迅速、方便、容易計(jì)算、易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，且在測(cè)量精度方面可以達(dá)到工業(yè)實(shí)用的一般要求，因而為了使移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走，則必須安裝測(cè)距裝置，

9、從而使其可以及時(shí)獲取距離障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測(cè)距技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人研究上得到了廣泛應(yīng)用。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛應(yīng)用。2 方案設(shè)計(jì)和論證2.1方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。模塊分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研

10、制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制單元,當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定距離時(shí)，主控芯片將測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理。然后控制蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。超聲波傳感器模塊按鍵控制四位數(shù)碼管顯示STC89C52主控制器模塊報(bào)警蜂鳴器電源圖1 系統(tǒng)方框圖 3 硬件的實(shí)現(xiàn)和單元電路的設(shè)計(jì)3.1主控制模塊主控制最小系統(tǒng)電路如圖2所示。 圖2 最小系統(tǒng)硬件電路總設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： STC89C52、超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。其中D1為電源工作指示燈。電路中用到3個(gè)按

11、鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵, 一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵。圖3 總設(shè)計(jì)電路圖3.2電源選擇電源部分的設(shè)計(jì)采用3節(jié)5號(hào)干電池4.5V供電。3.3超聲波傳感器模塊×××超聲波模塊采用現(xiàn)成的超聲波模塊，該模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎?IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào);模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò) IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)

12、間*聲速(340M/S)/2。實(shí)物如下圖4。其中VCC 供5V 電源，GND 為地線，TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。圖4 超聲波模塊實(shí)物圖超聲波探測(cè)模塊HC-SR04的使用方法如下：IO口觸發(fā)，給Trig口至少10us的高電平，啟動(dòng)測(cè)量；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40Khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口Echo輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*340）/ 2，單位為m。程序中測(cè)試功能主要由兩個(gè)函數(shù)完成。 實(shí)現(xiàn)中采用定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，8分頻，TCNTT0預(yù)設(shè)值0XCE，當(dāng)timer0溢出中斷發(fā)生2

13、500次時(shí)為125ms，計(jì)算公式為（單位：ms）：T = （定時(shí)器0溢出次數(shù) * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定時(shí)器0初值計(jì)算依據(jù)分頻不同而有差異。3.11超聲波的特性聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限(根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為20000赫茲)時(shí)，人們就會(huì)覺(jué)察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。人的聽(tīng)覺(jué)范圍如圖5所示。圖5 人的聽(tīng)覺(jué)范圍超聲波的特性有：（1）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)上的所有定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，

14、當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。（2）吸收特性聲波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是因?yàn)榻橘|(zhì)要吸收掉它的部分能量。對(duì)于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收尤為歷害，在液體中傳播時(shí)吸收就比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收是最小的。（3）超聲波的能量傳遞特性超聲波之所以能在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。為什么有這么強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，振

15、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。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動(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。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量；換句話來(lái)說(shuō)，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。 （4）超聲波的聲壓特性當(dāng)聲波進(jìn)入某物體時(shí),由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。3.1.2超聲波換能器完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲波這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上

16、稱為超聲換能器，或者超聲波探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多用作探測(cè)方面。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。由于晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能都是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解清楚該探頭的性能參數(shù)。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸

17、出的能量最大，靈敏度也最高。（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。（3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。人類能聽(tīng)到的聲音頻率范圍為：20Hz20kHz，即為可聽(tīng)聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下頻率的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上頻率的聲音稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為340ms，這就使得超

18、聲波傳感器使用變得非常簡(jiǎn)便。我們選用壓電式超聲波傳感器。它的探頭常用材料是壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行工作的。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而利用正壓電效應(yīng)，將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多種超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。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。目前較為常用的是壓電式超

19、聲波發(fā)生器。 圖6 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。如圖6所示。3.4超聲波傳感器原理市面上常見(jiàn)的超聲波傳感器多為開(kāi)放型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是由諧振器以及一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器

20、。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個(gè)金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個(gè)電信號(hào)時(shí)，就會(huì)因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。圖7 超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過(guò)20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，

21、其傳播速度不同。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過(guò)程中有衰減。超聲波的基本特性如下所述：1 波長(zhǎng)波的傳播速度是用頻率乘以波長(zhǎng)來(lái)表示。電磁波的傳播速度是3×108m/s，而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為344m/s (20時(shí))。在這種比較低的傳播速度下，波長(zhǎng)很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。正是由于這種較高的分辨率特性，才使我們有可能在進(jìn)行測(cè)量時(shí)獲得很高的精確度。2 反射要探測(cè)某個(gè)物體是否存在，超聲波就能夠在該物體上得到反射。由于金屬、木材、混凝土、玻璃、橡膠和紙等可以反射近乎100的超聲波，因此我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些物體。由于布、棉花、絨毛等可以吸收超聲波，因此很難利用

22、超聲波探測(cè)到它們。同時(shí)，由于不規(guī)則反射，通?？赡芎茈y探測(cè)到凹凸表面以及斜坡表面的物體，這些因素決定了超聲波的理想測(cè)試環(huán)境是在空曠的場(chǎng)所，并且測(cè)試物體必須反射超聲波。3 溫度效應(yīng)聲波傳播的速度“c”可以用下列公式表示。c=331.5+0.607t (m/s)式中，t=溫度 ()也就是說(shuō)，聲音傳播速度隨周圍溫度的變化而有所不同。因此，要精確的測(cè)量與某個(gè)物體之間的距離時(shí)，始終檢查周圍溫度是十分必要的，尤其冬季室內(nèi)外溫差較大，對(duì)超聲波測(cè)距的精度影響很大，此時(shí)可用18B20作溫度補(bǔ)償來(lái)減小溫度變化所帶來(lái)的測(cè)量誤差，考慮到本設(shè)計(jì)的測(cè)試環(huán)境是在室內(nèi)，而且超聲波主要是用于測(cè)距功能，對(duì)測(cè)量精度要求不高，所以關(guān)于

23、溫度效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響問(wèn)題在這里不做深入的探討。4. 衰減傳播到空氣中的超聲波強(qiáng)度隨距離的變化成比例地減弱，這是因?yàn)檠苌洮F(xiàn)象所導(dǎo)致的在球形表面上的擴(kuò)散損失，也是因?yàn)榻橘|(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失。如圖8所示，超聲波的頻率越高，衰減率就越高，超聲波的傳播距離也就越短，由此可見(jiàn)超聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器有效距離。圖8 聲壓在不同距離下的衰減特性5聲壓特性聲壓級(jí) (S.P.L.) 是表示音量的單位，利用下列公式予以表示。S.P.L.= 20logP/Pre (dB)式中,“P”為有效聲壓 (bar)，“Pre”為參考聲壓 (2×10-4bar)如圖6所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖

24、。圖9 超聲波傳感器的聲壓圖6靈敏度特性靈敏度是表示聲音接收級(jí)的單位，使用下列公式予以表示。靈敏度= 20log E/P (dB)式中,“E”為所產(chǎn)生的電壓 (Vrms)，“P”為輸入聲壓(bar)。超聲波傳感器的靈敏度直接影響著系統(tǒng)測(cè)距范圍，如圖7所示為幾種中常見(jiàn)超聲波傳感器的靈敏度圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)40KHz時(shí)傳感器的聲壓級(jí)最高，也就是說(shuō)40KHz時(shí)所對(duì)應(yīng)的靈敏度最高。圖10 超聲波傳感器靈敏度示意圖7輻射特性把超聲波傳感器安裝在臺(tái)面上。然后，測(cè)量角度與聲壓 (靈敏度) 之間的關(guān)系。為了準(zhǔn)確地表達(dá)輻射，與前部相對(duì)比，聲壓 (靈敏度) 級(jí)衰減6dB的角度被稱為半衰減角度，用1/2表示。超聲波

25、設(shè)備的外表面尺寸較小易于獲得精確的輻射角度。如圖11所示為幾種常見(jiàn)超聲波傳感器的輻射特性示意圖。圖11 超聲波傳感器輻射特性示意圖分析以上研究結(jié)果不難看出超聲波傳感器工作在40KHz范圍內(nèi)具有最大的聲壓級(jí)和最高的靈敏度。3.5測(cè)距分析超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始

26、計(jì)時(shí)，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(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖12所示： 超聲波發(fā)射 障礙物 S H 超聲波接收?qǐng)D12 超聲波的測(cè)距原理 （3

27、-1） （3-2）式中:L-兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度; t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間.將（32）、（33）代入（3-1）中得： ( 3-4)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則(34)變?yōu)? ( 3-5) 所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測(cè)量的距離H.3.6時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，

28、XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖13所示為時(shí)鐘電路。圖13 時(shí)鐘電路圖3.7復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是自動(dòng)復(fù)位電路。如圖14示為復(fù)位電路。圖14 復(fù)位電路圖3.8聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)Spe

29、aker和三極管、電阻接到單片機(jī)的P13引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖15示為聲音報(bào)警電路。圖15 聲音報(bào)警電路圖3.9顯示模塊顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路如圖16圖16 數(shù)碼管電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖17所示；系統(tǒng)初始化報(bào)警結(jié)束測(cè)得距離與設(shè)定值比較，小于距離比較，報(bào)警是否持續(xù)開(kāi)始啟動(dòng)報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警再次檢測(cè)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN圖17 主程序工作流程圖超聲波探測(cè)程序流程圖：圖19 超聲波探測(cè)程序流程圖5 3.5測(cè)距分析3.5測(cè)距分析注：1正文中表格與插圖的字體一律用5號(hào)宋體；英文字母用Times New Roma

30、n字體；2正文各頁(yè)的格式請(qǐng)以此頁(yè)為標(biāo)準(zhǔn)復(fù)制，頁(yè)腳中的頁(yè)碼用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；3為保證打印效果，學(xué)生在打印前，請(qǐng)將全文字體的顏色統(tǒng)一設(shè)置成黑色。（空2行） 結(jié) 論（小3號(hào)黑體，居中）×××××××××（小4號(hào)宋體，1.5倍行距）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××