基于AT89C51單片機(jī)倒車(chē)防撞警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要基于單片機(jī)倒車(chē)防撞雷達(dá)的設(shè)計(jì)研究摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，越來(lái)越多的人擁有了自己的汽車(chē)，同時(shí)由泊車(chē)和倒車(chē)所引發(fā)的事故也越來(lái)越多。這些事故常常給駕駛員帶來(lái)許多麻煩，因此，有助于駕駛員泊車(chē)和倒車(chē)的倒車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生。倒車(chē)?yán)走_(dá)，是汽車(chē)泊車(chē)安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況。本文介紹了一種利用超聲波測(cè)距原理研究的高性?xún)r(jià)比倒車(chē)?yán)走_(dá)，它可以提醒駕駛員進(jìn)入警戒區(qū)域，同時(shí)進(jìn)行三級(jí)聲光報(bào)警。無(wú)須占用司機(jī)的視覺(jué)資源，使司機(jī)可以把全部注意力用于觀察車(chē)前與車(chē)旁的路況。超聲發(fā)射部分由89C51單片機(jī)產(chǎn)生40kHz的信號(hào)，通過(guò)CD

2、4069驅(qū)動(dòng)發(fā)射探頭；系統(tǒng)接收部分由接收探頭拾取反射回來(lái)的微弱信號(hào)，當(dāng)接收電路接收到反射信號(hào)就中斷89C51計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，從而得到超聲波從發(fā)射到接收信號(hào)的時(shí)間差。關(guān)鍵詞：倒車(chē)?yán)走_(dá)、超聲波、單片機(jī) BasedBased onon monolithicmonolithic integratedintegrated circuitcircuit back-draftback-draft anticollisionanticollision radarradar designdesign researchresearch修改對(duì)應(yīng)的英文文摘修改對(duì)應(yīng)的英文文摘AbstractAbstractAlong

3、with our country economy rapid development, more and more many people had own automobile, simultaneously by parks the accident which initiates with the back-draft more and more to be also many.These accidents frequently bring many troubles to the pilot, therefore, is helpful in the pilot parks with

4、the back-draft back-draft radar arises at the historic moment.The back-draft radar, is the automobile parks the safe auxiliary unit, can or a more direct-viewing demonstration informs around the pilot by the sound the obstacle situation, the puzzle which relieved the pilot to have parked with start

5、vehicles when all around visits causes, and helped the pilot to clean the field of vision dead angle and the line of sight fuzzy flaw.This article introduced one kind of use ultrasonic ranging principle research the high performance-to-price ratio back-draft radar, it may remind the pilot to enter t

6、he zone of security, simultaneously carries on three levels of acousto- 3 / 33畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( (論文論文) )外文摘要外文摘要 optics to report to the police.Does not need to take drivers visual resources, enables the driver to be possible to use in the complete attention observing in front of nearby the vehicle an

7、d the vehicle state of roads.The supersonic launch part produces the 40kHz signal by the 89C51 monolithic integrated circuit,Through CD4069 actuation launch probe head;The system receive part the weak signal which reflects by the receive probe head collection,When the accepting circuit receives the

8、reflection signal to interrupt the 89C51 counter stop counting, thus obtains the ultrasonic wave from to launch to the receive signal time difference.KeywordsKeywords : :Reversing radar,Ultrasonic,SCM 目錄目錄1 1 引言引言 1 11.11.1 倒車(chē)?yán)走_(dá)研究的背景與意義倒車(chē)?yán)走_(dá)研究的背景與意義1 11.21.2 國(guó)外倒車(chē)?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外倒車(chē)?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 21.31.3 雷達(dá)的發(fā)展雷達(dá)的發(fā)

9、展 2 22 2 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理 3 32.12.1 超聲波超聲波 3 32.22.2 超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器 4 42.32.3 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理 4 42.42.4 超聲波測(cè)距誤差分析超聲波測(cè)距誤差分析 6 62.4.1 溫度誤差 62.4.2 時(shí)間誤差 62 25 5 影響超聲波探測(cè)的因素影響超聲波探測(cè)的因素 7 72.62.6 如何提醒車(chē)主如何提醒車(chē)主 9 93 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 93.13.1 倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理圖倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理圖 9 93.23.2 系統(tǒng)硬件電路原理圖系統(tǒng)硬件電路原理圖 11114 4 系統(tǒng)硬件電路介紹系統(tǒng)

10、硬件電路介紹 11114.14.1 AT89C51AT89C51 單片機(jī)單片機(jī) 11114.24.2 電源部分電源部分 14144.34.3 放大電路放大電路 17174.44.4 音頻解碼電路分析音頻解碼電路分析 18184.4.1 LM567 芯片介紹 194.4.2 譯碼電路工作原理分析 204.4.3 LM567 在使用要注意以下幾個(gè)方面 214.54.5 聲光報(bào)警電路聲光報(bào)警電路 21215 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22225.15.1 計(jì)算超聲波傳播時(shí)間計(jì)算超聲波傳播時(shí)間 2222 5.25.2 超聲波發(fā)生子程序超聲波發(fā)生子程序 23235.35.3 超聲波接收中斷程序超聲波

11、接收中斷程序 2424參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2626致致 2727 1 / 331 1 引言引言11 倒車(chē)?yán)走_(dá)研究的背景與意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸車(chē)輛與私家用車(chē)的不斷增加，不可避免的交通問(wèn)題瞬時(shí)成為人們關(guān)注的問(wèn)題。其中由于倒車(chē)事故發(fā)生的頻率高，已引起了社會(huì)和交通部門(mén)的高度重視。倒車(chē)事故發(fā)生的原因是多方面的，造成倒車(chē)時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車(chē)前進(jìn)時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以與女性更為突出。而倒車(chē)事故給車(chē)主帶來(lái)許多麻煩，不僅經(jīng)濟(jì)上，更有人身傷害，例如撞上別人的車(chē)，如果傷與兒童更是不堪設(shè)想，基于此基礎(chǔ)，汽車(chē)高科技產(chǎn)品中，專(zhuān)為汽車(chē)倒車(chē)泊位設(shè)置的“倒車(chē)?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生，倒車(chē)?yán)走_(dá)的加裝可以解決司機(jī)的不

12、少麻煩，大大降低了倒車(chē)事故的頻率。由于存在視覺(jué)盲區(qū)，無(wú)法看清車(chē)后狀況，司機(jī)在倒車(chē)時(shí)很容易發(fā)生事故。為了減少帶來(lái)的損失，需要有一種專(zhuān)門(mén)幫助司機(jī)安全倒車(chē)的裝置。目前市場(chǎng)上用于輔助司機(jī)倒車(chē)的裝置主要有：語(yǔ)音告警裝置、后視系統(tǒng)以與倒車(chē)?yán)走_(dá)等。語(yǔ)音告警裝置用于播放提示語(yǔ)以提醒車(chē)后的行人注意避讓正在倒車(chē)的汽車(chē)。這種裝置價(jià)格便宜且使用方便，缺點(diǎn)是只能對(duì)車(chē)后的行人起告警作用，對(duì)于其他障礙物則不起作用，所以其應(yīng)用圍有限。后視系統(tǒng)是由視頻捕捉裝置和視頻播放裝置組成，通過(guò)視頻司機(jī)可以很直接地看到車(chē)后的障礙物。由于這類(lèi)裝置的價(jià)錢(qián)較高，目前還沒(méi)有普與。倒車(chē)?yán)走_(dá)全稱(chēng)叫“倒車(chē)防撞雷達(dá)” ，也叫“泊車(chē)輔助裝置” ，是汽車(chē)泊車(chē)

13、安全輔助裝置，能以聲音或者后視鏡的顯示通告司機(jī)車(chē)后的狀況，解除了司機(jī)泊車(chē)和啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的麻煩，并幫助司機(jī)解決由視覺(jué)引起的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車(chē)?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會(huì)與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。通過(guò)感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波來(lái)判斷前方是否有障礙物，以與障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過(guò)由于倒車(chē)?yán)走_(dá)體積大小與實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車(chē)的距離，并做出提示。司機(jī)在倒車(chē)時(shí)，啟動(dòng)倒車(chē)?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由車(chē)尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車(chē)體與障

14、礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)，從而使司機(jī)倒車(chē)時(shí)不至于撞上障礙物。 1.2 國(guó)外倒車(chē)?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀通常的倒車(chē)?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過(guò)顯示設(shè)備顯示出來(lái)。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角 45輻射，檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗又難以看見(jiàn)的障礙物并報(bào)警，如花壇，蹲在車(chē)后玩耍的兒童等：顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車(chē)據(jù)后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂鳴器就開(kāi)始鳴叫，提示司機(jī)停車(chē)。根據(jù)感應(yīng)器種類(lèi)不同，倒車(chē)?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。轉(zhuǎn)帖式感應(yīng)器后有一層膠

15、，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車(chē)。根據(jù)顯示設(shè)備種類(lèi)不同，倒車(chē)?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺(tái)上，直接用數(shù)字表示汽車(chē)與后面物體的距離，并可精確到 1 厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)這3種。13 雷達(dá)的發(fā)展1) 第1代倒車(chē)?yán)走_(dá)“倒車(chē)請(qǐng)注意”!想必不少人還記得這種聲音它只能算作最早的有關(guān)于倒車(chē)的一個(gè)產(chǎn)品,不能稱(chēng)為雷

16、達(dá),現(xiàn)在只有小部分商用車(chē)還在使用。只要駕駛員掛上倒檔,它就會(huì)響起，提醒周?chē)娜俗⒁?。從某種意義上說(shuō),它對(duì)駕駛員并沒(méi)有直接的幫助,基本屬于淘汰產(chǎn)品。最初的倒車(chē)?yán)走_(dá)是蜂嗚器,它標(biāo)志著倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開(kāi)始。倒車(chē)時(shí),如果距車(chē)1.51.8M處有障礙物,蜂鳴器就會(huì)開(kāi)始工作,蜂鳴聲越急,表示車(chē)距障礙物越近。該裝置既沒(méi)有語(yǔ)音提示,也沒(méi)有距離顯示,雖然駕駛員知道車(chē)后有障礙物,但不能確定障礙物距離車(chē)究竟有多遠(yuǎn)。2) 第2代倒車(chē)?yán)走_(dá)第2代產(chǎn)品采用數(shù)碼波段顯示,可以顯示車(chē)后障礙物離車(chē)體的距離。如果車(chē)后是物， 3 / 33在1.8M開(kāi)始顯示;如果是人,在0.9M左右的距離開(kāi)始顯示。這一代產(chǎn)品有2種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)

17、品直接顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由3種顏色來(lái)區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物離車(chē)體距離有08M以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.60.8M；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只有不到0.6M的距離，必須停止倒車(chē)。第2代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實(shí)用，但安裝在車(chē)不太美觀。3) 第3代倒車(chē)?yán)走_(dá)第3代產(chǎn)品是液晶熒屏顯示，這一代產(chǎn)品較以前有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車(chē)，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車(chē)圖案以與車(chē)輛周?chē)系K物的距離。其外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤(pán)上，安裝很方便，給人以舒適的感覺(jué)，顯示的距離也更準(zhǔn)確些。不過(guò)液晶顯示器外觀雖精巧，但靈

18、敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。4) 第4代倒車(chē)?yán)走_(dá)第4代產(chǎn)品是魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速微機(jī)控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知2M以的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車(chē)?yán)走_(dá)、免提、溫度顯示和車(chē)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，其外形就是一塊倒車(chē)鏡，所以可以不占用車(chē)空間，直接安裝在車(chē)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車(chē)裝飾選配，不過(guò)價(jià)格稍高。5) 第5代倒車(chē)?yán)走_(dá)第5代產(chǎn)品是整合影音系統(tǒng)，它是專(zhuān)為高檔轎車(chē)生產(chǎn)的，在上一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上新增了很多功能，它整合了高檔轎車(chē)的影

19、音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。當(dāng)然其價(jià)格也相當(dāng)?shù)牟环?。倒?chē)?yán)走_(dá)的發(fā)展實(shí)際上已經(jīng)融入了整車(chē)的設(shè)計(jì)，隨著技術(shù)的成熟，價(jià)格的降低，倒車(chē)?yán)走_(dá)將會(huì)逐漸普與成為標(biāo)準(zhǔn)配置。2 2 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作原理2.1 超聲波我們知道，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱(chēng)為聲音的 頻率，它的單位是赫茲。人類(lèi)耳朵能聽(tīng)到的聲波頻率為 2020，000HZ。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于 20000HZ 或小于 20HZ 時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。因此，我們把頻率高于 20000HZ的聲波稱(chēng)為“超聲波”。超聲波廣泛地應(yīng)用在多種技術(shù)中。超聲波有兩個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是能量大，一個(gè)是沿直線(xiàn)傳播。由于超

20、聲波也是一種聲波，超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)。聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)會(huì)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離沿直線(xiàn)傳播具有良好的束射性和方向性。 超聲波具有以下的特點(diǎn)：1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 2） 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。 3） 超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象22 超聲波發(fā)生器為了

21、研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)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一樣，因而用途也各不一樣。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。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)生器部結(jié)構(gòu)，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

22、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。23 超聲波測(cè)距原理在超聲波探測(cè)電路中, 發(fā)射端輸出一系列脈沖方波, 其寬度為發(fā)射超聲波與接收 5 / 33超聲波的時(shí)間間隔, 被測(cè)物距越遠(yuǎn), 脈沖寬度越大, 輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲波測(cè)距的方法有多種, 如相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法等。相位檢測(cè)法雖然精度高, 但檢測(cè)圍有限可檢測(cè)到汽車(chē)倒車(chē)中, 其障礙物與汽車(chē)的距離；聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。本文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法, 其測(cè)量原理圖如圖1所示。圖1 超聲波測(cè)距原理圖其原理為: 在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ 脈沖串, 脈

23、沖信號(hào)經(jīng)過(guò)超聲波部振子, 振蕩產(chǎn)生機(jī)械波, 并通過(guò)空氣介質(zhì)傳播到被測(cè)面, 由被測(cè)面反射到超聲波接收器接收, 在超聲波接收器兩端, 信號(hào)是毫伏級(jí)的正弦波信號(hào), 超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間, 即為往返時(shí)間。超聲測(cè)距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測(cè)距。超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 ,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波, 超聲波在空氣中傳播至障礙物, 經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖, 測(cè)量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間, 再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離, 即： L=ct/2 (1)式（1）中, L 為超聲傳感器與被測(cè)障礙物之間的距離, c 為超

24、聲波在介質(zhì)(空氣)中的傳輸速率, t 為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。超聲波在空氣中的傳播速度為:00ccT T, 其中 T 為絕對(duì)溫度數(shù)值, 0273.15Tk,0331.4Cm s。在測(cè)量精度不是很高的情況下, 一般可以認(rèn)為 c 為常數(shù) 340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時(shí)間很難精確測(cè)量。這些因素是使用超聲測(cè)距引起誤差的原因。 2.4 超聲波測(cè)距誤差分析根據(jù)超聲波測(cè)距公式L=ct/2，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的溫度誤差、傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。2.4.1 溫度誤差由于超聲波也是一種聲波。其聲速C與溫度有

25、關(guān)。表1列出了幾種不同溫度下的聲速表1聲速與溫度關(guān)系溫度()3020100102030100聲速(米秒)313319325323338344349386這是超聲波的溫度效應(yīng)特性，超聲波的傳播速度“C”可以用公式(2)表示：C331.50.607t（m/s）,式中t=溫度（）。因此要精確測(cè)量與某個(gè)物體之間的距離時(shí)，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?.4.2 時(shí)間誤差當(dāng)要求測(cè)距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)已知超聲波速度C=344m/s (20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測(cè)距誤差st0.6V 時(shí)，則T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了 T8的過(guò)多負(fù)擔(dān)，使 IC8的變化圍縮小。 （4）保護(hù)電路減流式保護(hù)電路減流

26、式保護(hù)電路由 T12、R11、R15、R14和 DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是 T11）能在安全區(qū)以工作，特別要注意使它的功耗不超過(guò)額定值 PCM。首先考慮一種簡(jiǎn)單的情況。假設(shè)圖 11 中的 DZ3、DZ4和 R14不存在，R15兩端短路。這時(shí)，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即 PCPCM并且輸出電流 IO在額定值以，流過(guò) R11的電流使 =IOR110.6V 時(shí)，使 T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用，減小了 T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡(jiǎn)單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以。由于調(diào)整管的耗散功率 PCM=ICVCE，只有既考慮通過(guò)

27、它的電流和它的管壓降 VCE值，又使 PC（VZ3+ VZ4），則 DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致 T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的值為經(jīng)整理后得 17 / 33顯然，（VI VO）越大，即調(diào)整管的 VCE值越大，則 IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許圍。由于 IO的減小，故上述保護(hù)稱(chēng)為減流式保護(hù)。（5）過(guò)熱保護(hù)電路 電路由 DZ2、T3、T14和 T13組成。在常溫時(shí)，R3上的壓降僅為 0.4V 左右，T14、T13是截止的，對(duì)電路工作沒(méi)有影響。當(dāng)某種原因（過(guò)載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時(shí)，R3上的壓降隨 DZ2的工作電壓升高而升高，而 T14的發(fā)射結(jié)電壓 VBE14

28、下降，導(dǎo)致 T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管 T10的基極電流 IB10被 T13分流，輸出電流IO下降，從而達(dá)到過(guò)熱保護(hù)的目的。電路中 R10的作用是給 T10管的 ICEO10和 T11管的 ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。值得指出的是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。43 放大電路 本超聲波測(cè)距電路放大部分采用雙運(yùn)算放大器LM358，由于是單電源供電，需要在輸入端加直流偏置電壓，并設(shè)置合適的靜態(tài)輸出電壓，以便能放大正負(fù)兩個(gè)方向的變化信號(hào)。圖12 LM358管腳圖LM358 部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓圍很寬的單電源使用，

29、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(wú)關(guān)。 它的使用圍包括傳感放大器、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(chǎng)合。LM358 的封裝形式有塑封 8 引線(xiàn)雙列直插式和貼片式。特性：部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約 100dB) 單位增益頻帶寬(約 1MHz) 電源電壓圍寬單電源(332V)雙電源(1.5 一15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入失調(diào)電壓：2mV 共模輸入電壓圍寬 差模輸入電壓圍寬，等于電源電壓圍 輸出電壓擺幅大(0 至 Vcc-1.5V)4.4 音頻解碼電路分析集成鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相

30、環(huán)路中的一種，它設(shè)計(jì)精巧，電路簡(jiǎn)潔，良好的噪聲抑制能力和中心頻率穩(wěn)定性，在各種譯碼電路中得到了廣泛的應(yīng)用。鎖相環(huán)是一個(gè)閉環(huán)的相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它由相位檢波器，低通濾波器和壓控振蕩器三個(gè)基本部件組成: 19 / 33圖13 鎖相環(huán)的原理框圖相位檢波器是一個(gè)誤差檢測(cè)元件，它比較輸入電壓相位與 VCO 輸出電壓相位，并輸出一個(gè)誤差電壓，它的大小決定于兩個(gè)輸入電壓的相位差；然后，這個(gè)誤差電壓通過(guò)低通濾波器濾除高頻分量，輸出控制電壓去控制 VCO 輸出電壓的頻率，從而減小輸入電壓和輸出電壓之間的相位差。當(dāng)環(huán)路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，當(dāng)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)頻率相等時(shí)，它們的瞬時(shí)相位差為一常量；而且，若瞬時(shí)相位差為一常

31、量，則輸入信號(hào)和輸出信號(hào)頻率相等，這時(shí)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。這是鎖相環(huán)路的一個(gè)特點(diǎn)，用這個(gè)方法可以得到十分精確的頻率控制。電路的捕獲帶寬定義為環(huán)路能通過(guò)捕獲過(guò)程而進(jìn)入鎖定狀態(tài)所允許的最大固有頻差。因此，鎖相環(huán)能夠在一定圍，使輸出信號(hào)和輸入信號(hào)保持固定的相位差，從而達(dá)到輸出信號(hào)頻率跟蹤輸入信號(hào)頻率的目的。4.4.1 LM567 芯片介紹鎖相環(huán)音頻譯碼采用雙列 8 腳直插式 圖 14 LM567 部結(jié)構(gòu)與管腳圖(重畫(huà)這個(gè)圖)它的部電路結(jié)構(gòu)由正交相位探測(cè)器、鎖相環(huán)、放大器等組成。LM567 的工作電壓為4.759V，工作頻率從可達(dá) 500KHZ，靜態(tài)工作電流僅 8mA。第 3 腳是信號(hào)輸入端，要求輸入信

32、號(hào)大于 25mV。第 8 腳是邏輯輸出端，從圖中可以看出，它是一個(gè)集電極開(kāi)路的晶體管輸出，允許最大灌電流為 100mA。第 5、6 腳外接的電阻、電容決定了 IC 部的壓控振蕩器中心頻率，F(xiàn)T1.1/RC。第 1、2 腳通常是分別對(duì)地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中第 2 腳所接電容決定了鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，電容數(shù)值越大，環(huán)路帶寬越窄。當(dāng)音頻譯碼器 LM567 工作時(shí)，其鎖相環(huán)部電壓控制振蕩器產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號(hào)，此信號(hào)連同引腳 3 輸入的信號(hào)頻率一起送入正交相位探測(cè)器進(jìn)行比較，若連續(xù)輸入的信號(hào)頻率落在給定的通頻帶時(shí)，鎖相環(huán)即將這個(gè)信號(hào)鎖定，同時(shí) LM567 的部晶體管受控導(dǎo)

33、通，引腳 8 輸出端輸出低電平。LM567 的引腳 5 輸出部振蕩器的矩形信號(hào)，引腳 6 輸出鋸齒波脈沖，二者的頻率都與部振蕩器的中心頻率一樣。4.4.2 譯碼電路工作原理分析其 5、6 腳外接的電阻 RP2 和電容 C7 決定了部壓控振蕩器的中心頻率 FT，F(xiàn)T1.1/( RP2C7)。2 腳所接電容 C8 決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，C8 的確定方法是：C8= 130FT 21 / 33(RP2+10RP2 )。1 腳所接電容 C9 的容量應(yīng)至少是 2 腳電容的 2 倍。當(dāng) LM567 的 3 腳輸入信號(hào)幅度25mV、頻率在捕捉帶寬圍時(shí)，8 腳由高電平變成低電平。我們可利用了LM567 接收到

34、一樣頻率的載波信號(hào)后 8 腳輸出低電平這一特性，來(lái)形成對(duì)控制對(duì)象的控制。電路在工作時(shí)，要先將 LM567 的中心頻率 FT 調(diào)到與超聲波探頭的中心頻率 F0 一樣，即使 FT =F0。超聲波接收探頭未接收到反射回來(lái)的波時(shí)，LM567 的 3 腳輸入信號(hào)頻率不在捕捉帶寬圍，8 腳部三極管截止，此時(shí)為集電極開(kāi)路輸出；當(dāng)恰巧 40KHZ 頻率電信號(hào)被接收并放大的話(huà)，LM567 的 3 腳輸入信號(hào)頻率便進(jìn)入了捕捉圍，這時(shí) 8 腳部三集管導(dǎo)通，輸出變?yōu)榈碗娖?。在進(jìn)行電路調(diào)試時(shí)，先使溫度達(dá)到控制點(diǎn)，測(cè)出多諧振蕩器輸出信號(hào)頻率 F0，調(diào)節(jié) RP2 使 LM567 的 5 腳信號(hào)頻率 FT=F0，這時(shí) 8 腳

35、應(yīng)為低電平，在溫度為其它值時(shí)，8腳應(yīng)為高電平，證明電路可以正常工作。4.4.3 LM567 在使用要注意以下幾個(gè)方面(1) 精確而適當(dāng)?shù)脑O(shè)置 LM567 的工作頻率和帶寬。LM567 部振蕩頻率 FT 可在 0.01HZ500KHZ 圍預(yù)先設(shè)定,其對(duì)應(yīng)帶寬可在（10%14%）FT 圍按要求確定，因此要在被探測(cè)信號(hào)確定后，設(shè)置 FT 使它與被測(cè)信號(hào)中心頻率重合，并設(shè)置適當(dāng)帶寬。在使用時(shí)要防止 5 腳外接電阻的短路或斷路，否則無(wú)論有無(wú)輸入信號(hào)，8 腳都將輸出低電平。2 腳外接電容可以改變捕捉帶寬，電容值越小，帶寬越寬，但不能一味的減小電容來(lái)增加帶寬，以免造成抗干擾能力下降，甚至造成誤觸發(fā)，而影響電

36、路可靠性。(2) 盡可能使通頻帶中心頻率與振蕩中心頻率相重合，以提高電路可靠性和靈敏度。LM567 的工作電壓要穩(wěn)定，以保證有穩(wěn)定的振蕩頻率。(3) 避免輸出端在通電時(shí)誤動(dòng)作。LM567 在接通電源瞬間，8 腳輸出一低電平，因而可在輸出端加上延時(shí)電路，以免在通電瞬時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作。45 聲光報(bào)警電路聲光報(bào)警是指當(dāng)探測(cè)到的距離小于或大于所設(shè)定的安全值時(shí)，發(fā)出聲音提醒人們，聲光電路設(shè)計(jì)如圖所示。M3720 是單聲一閃燈報(bào)警音效集成電路，芯片存儲(chǔ)一種報(bào)警音 效，可直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲或經(jīng)外接功放三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器放音，同時(shí)還能驅(qū)動(dòng)一只LED 閃爍。該芯片各引腳功能為：5 腳 VDD；1 腳 VSS 分別為電

37、源輸入端與負(fù)端，VDD 電壓 33.5V；8 腳 X 和 1 腳 Y 分別為芯片外接振蕩電阻器；6 腳 TG 為觸發(fā)控制端，低電平觸發(fā)有效；3 腳 BZ 和 2 腳 BB 分別為報(bào)警音效輸出端，可直接外接壓電瓷蜂鳴器，如果驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器則由 3 腳 BZ 端引出；4 腳 L 為閃燈輸出端，可直接驅(qū)動(dòng) LED 發(fā)光。圖 9 聲光報(bào)警電路圖（重畫(huà)）5 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀采用AT89C51單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，該單片機(jī)和其開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、表達(dá)方式靈活、可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。 51 計(jì)算超聲波傳播時(shí)

38、間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)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(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)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。其部分源程序如下： 23 / 33 圖 10 定時(shí)中斷子程序 圖 11 外部中斷子程序52 超聲波發(fā)生子程序40KKHZ 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射，測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 TR40 的壓電瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz 的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來(lái)產(chǎn)生。PUZEL： MOV 14H, #12H；超

39、聲波發(fā)射持續(xù) 200msHERE： CPL P1.0 ；輸出 40KHZ 方波NOP ；NOP ；NOP ；DJNZ 14H，HERE；RET 測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī) P1.0 端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在 P1.0 端口輸出一個(gè) 40KHz 的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管 T 放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭 40T，發(fā)出40KHz 的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射 200ms。53 超聲波接收中斷程序接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的 40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器 U1A 和 U1B 兩極放大后加至 U2。U2 是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊 LM567，部的壓控振蕩器的中心頻率 f0=1/1.1R8C3，電容 C3決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié) R8在發(fā)射的載頻上，則 LM567 輸入信號(hào)大于 25mV，輸出端 8 腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。部分源程序如下：RECEIVE1：PUSH