汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生專業(yè)名稱 通信工程 指導(dǎo)教師2015 年 5 月 8 日教學(xué)單位 學(xué)生學(xué)號(hào) 編 號(hào) 汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：摘要：汽車工業(yè)和電子工業(yè)并稱為兩大巨頭的工業(yè)部門，與汽車和電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代汽車，越來(lái)越多的多用途電子技術(shù)，越來(lái)越多的汽車電子。運(yùn)輸業(yè)現(xiàn)在向高密度的方向的發(fā)展，電子控制技術(shù)進(jìn)一步在交通安全和車輛導(dǎo)航應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的汽車碰撞預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心，結(jié)合我國(guó)公路情況，司機(jī)的現(xiàn)有習(xí)慣和傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)，符合中國(guó)國(guó)情，其目的是：在緊急情況下，提醒駕駛員，使駕駛員有一定的預(yù)處理時(shí)間

2、，從而避免因?yàn)轳{駛員疏忽、誤判斷、疲勞等原因所造成的交通事故，以確保駕駛員的安全。它的工作基本思路是：運(yùn)用超聲波準(zhǔn)確的測(cè)量出與前方障礙物的距離，趕緊回到車上的微處理系統(tǒng)，通過(guò)微處理系統(tǒng)的操作，比較，然后作出判斷，如果達(dá)到危險(xiǎn)距離，激活的報(bào)警。該系統(tǒng)的研究過(guò)程中，根據(jù)不同的交通狀況，從報(bào)警距離報(bào)警深入研究模擬；然后，依據(jù)所要求的功能，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的方案，并在此基礎(chǔ)上，選擇應(yīng)用電路電源設(shè)計(jì)信息的收集,和其他報(bào)警信號(hào)輸出設(shè)備;與 MCS - 51 匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一個(gè)控制系統(tǒng)程序;最后,為了確保傳感器的可靠性和穩(wěn)定性,使用對(duì)應(yīng)的干擾措施。障礙實(shí)現(xiàn)距離測(cè)試,顯示和報(bào)警,超聲波測(cè)距圍 3 厘米- 400 厘

3、米,精度在 3 毫米左右。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：汽車防撞； 超聲波； 傳感器； MCS-51 I / 43DesignDesign ofof vehiclevehicle collisioncollision warningwarning systemsystemABSTRACTABSTRACT：Automobile industry and electronic industry and referred to as the industrial sector, the giants in the car and the development and progress of the electro

4、nics industry, modern cars, more and more multi-purpose electronic technology, more and more automotive electronics. Now towards the direction of the high density of transportation development, electronic control technology further application in traffic safety and vehicle navigation. This design is

5、 the design of the vehicle collision warning system based on MCU core, combining with the situation of highway in China, the driver of the existing habits and sensor technology, designs the automobile anti-collision warning system, conforms to Chinas national conditions, the aim is to: in case of an

6、 emergency, to remind the driver, the driver has certain pretreatment time, thus avoiding for driver negligence, fault judgment, fatigue and other reasons caused by the traffic accident, to ensure the safety of the driver. Its basic idea is: use of ultrasonic accurately measure the distance with the

7、 obstacles ahead, quickly back to the bus microprocessor system, through the operation of the microprocessor system, comparison, and then make a judgment, if dangerous distance, activate the alarm. In the process of the research of the system, according to the different traffic conditions, from anal

8、og alarm distance alarm in-depth research; Then, on the basis of the required functions, the design scheme of the system, and on this basis, the application circuit of power supply design information collection, and other alarm signal output device; With MCS - 51 assembly language program to develop

9、 a control system; Finally, in order to ensure the reliability and stability of the sensor, using the corresponding measures. Obstacles to implement distance test, display and alarm, ultrasonic ranging from 3 cm to 400 cm, accuracy at about 3 mm. KeywordsKeywords: automobile； anti-collision ；ultraso

10、nic sensor； MCS-51 II / 43 目目 錄錄一一 設(shè)計(jì)正文設(shè)計(jì)正文 11 1 緒論緒論 11.1 課題的提出與意義 .11.2 課題研究現(xiàn)狀 .11.3 課題要求與設(shè)計(jì)方法 .22 2 課題方案的設(shè)計(jì)與論證課題方案的設(shè)計(jì)與論證 32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .32.2 傳感器位置 .42.3 設(shè)計(jì)方案的論證 43 3 硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì) 53.1 主控制模塊 .53.2 電源設(shè)計(jì) .63.3 超聲波測(cè)試模塊 .63.3.1 超聲波的特性.63.3.2 超聲波換能器.73.4 超聲波傳感器原理 83.5 測(cè)距分析 123.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 133.7 復(fù)

11、位電路的設(shè)計(jì) 143.8 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .143.9 顯示模塊 .154 4 系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 1 / 434.1 軟件設(shè)計(jì)思路 .164.2 超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計(jì) 165 5 調(diào)試調(diào)試 205.1 硬件調(diào)試 .205.2 軟件調(diào)試 .215.2.1 匯編.215.2.2 調(diào)試過(guò)程 216 6 結(jié)論結(jié)論 23參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 25 辭辭 26二二 附錄附錄 271 設(shè)計(jì)圖 .272 實(shí)物圖 .273 程序代碼 .284.開(kāi)題報(bào)告 .355.結(jié)題報(bào)告 .366.答辯報(bào)告 .37 一一 設(shè)計(jì)正文設(shè)計(jì)正文1 1 緒論緒論1.11.1 課題課題的提出與意義的提出

12、與意義 在 21 世紀(jì)的今天，我國(guó)平均每 3 個(gè)家庭就有一輛汽車，由于車輛較多，所以每天都上演著各種各樣的交通事故，因此汽車防撞警報(bào)是急待解決的問(wèn)題。歐洲專家做過(guò)一項(xiàng)研究：汽車司機(jī)只要在碰撞發(fā)生前的 0.5 秒得到警示，就可以避免 60%的交通事故發(fā)生。如果有一秒鐘的“預(yù)警”時(shí)間將會(huì)可以避免 90%的交通事故發(fā)生1。若在天氣惡劣的條件下，看見(jiàn)的距離比較近，駕駛員在汽車高速行駛中很難發(fā)現(xiàn)障礙物。在過(guò)去的時(shí)候，人們主要的研究是汽車被動(dòng)安全性。比如：在汽車的前面、后面安裝保險(xiǎn)杠或者在汽車?yán)锩姘惭b安全帶和安全氣囊，防止汽車在發(fā)生交通事故時(shí)對(duì)駕駛員造成傷害。所有的這些安全措施都不能從根本上保障汽車碰撞時(shí)

13、對(duì)司機(jī)所造成的傷害。汽車發(fā)生碰撞主要的原因是因?yàn)槠嚲嚯x障礙物太近，或者汽車的行車速度過(guò)高，司機(jī)沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間，所以，大力開(kāi)發(fā)汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)，以減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)2。從經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面來(lái)說(shuō)，這些被動(dòng)安全措施是在事故發(fā)生時(shí)刻對(duì)車輛和人員進(jìn)行保護(hù)，有很大的局限性，因而車輛的主動(dòng)安全研究尤為重要，引出了本文研究的基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽(tīng)語(yǔ)音信號(hào)的探測(cè)裝置。它安裝在汽車上，能探測(cè)企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物，能向司機(jī)與乘員提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險(xiǎn)的信號(hào)，促使司機(jī)采取應(yīng)急措施來(lái)應(yīng)付特殊險(xiǎn)情，避免損失。1.21.2 課題研究現(xiàn)狀課題研究現(xiàn)狀交通事故沒(méi)有預(yù)測(cè)

14、,優(yōu)化正常的交通秩序,如何合理利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù),來(lái)提高交通的安全已經(jīng)成為了國(guó)和國(guó)外研究的熱點(diǎn)。人們普遍認(rèn)為,智能交通系統(tǒng)的發(fā)展在 80 年晚些時(shí)候的是解決交通安全問(wèn)題的有效方法。智能交通系統(tǒng)是信息技術(shù)、電子控制系統(tǒng)、通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)更合理利用交通管理系統(tǒng),統(tǒng)一道路和環(huán)境3,人,車,建立綜合運(yùn)輸、高效、準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)。視覺(jué)系統(tǒng)的探測(cè)和識(shí)別環(huán)境影響的智能汽車。與其他傳感器信息相比,測(cè)量機(jī)器視覺(jué),為了解決這個(gè)問(wèn)題,與當(dāng)前條件將導(dǎo)致可憐的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算車輛和障礙之間的距離,和檢測(cè)數(shù)據(jù)是由自適應(yīng)濾波處理,檢測(cè)誤差引起的還原環(huán)境。 1 / 431.31.3 課題課題要

15、求與設(shè)計(jì)方法要求與設(shè)計(jì)方法本設(shè)計(jì)介紹的超聲測(cè)距系統(tǒng)是由一個(gè)超聲波傳感器, 布置在汽車的前面位置上。能檢測(cè)到前方的障礙物, 通過(guò)車?yán)锏膱?bào)警單元, 如果汽車與障礙物之間的距離小于安全距離，就會(huì)報(bào)警提示, 對(duì)司機(jī)起到提醒作用。本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C52 兩超聲信號(hào)采集周期。本文超聲波測(cè)距的基本思路采用的是渡越時(shí)間法。在第一次測(cè)量超聲波發(fā)射車輛障礙然后返回車?yán)锏臅r(shí)間，得到超聲波的速度，然后在乘以兩倍之間的汽車和距離的障礙。汽車行駛用的超聲波傳感器,是應(yīng)用超聲波能在空氣中傳播和反射,通過(guò)發(fā)射和接收信號(hào),根據(jù)接收超聲回波的時(shí)間差和傳播速度,計(jì)算超聲波傳播距離在除以二就是汽車和障礙兩者的距離4。大測(cè)

16、量距離 6 米，最小測(cè)量距離 0.2 米，顯示分辨率是 0.1 米，實(shí)時(shí)數(shù)字顯示測(cè)得的距離，在不同距離圍能發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號(hào)。另外，論文的原理圖和程序流程圖自畫。防撞報(bào)警有微波、激光和超聲波等多種傳感器。微波系統(tǒng)測(cè)距圍較遠(yuǎn)，由于采用相控陣天線成像技術(shù)，已達(dá)到了實(shí)用化的程度，只是目前成本居高不下。國(guó)已有公司設(shè)計(jì)出激光汽車防撞系統(tǒng)樣品，但由于激光波束較窄、路障報(bào)告率偏低而暫時(shí)不能推廣。超聲波的發(fā)射和接收是自然界中的普遍現(xiàn)象。頻率低于 20KHZ 的聲波人耳可辨，進(jìn)行著各式各樣、錯(cuò)綜復(fù)雜的自然聲音傳遞，因背景復(fù)雜而不利做測(cè)試媒體使用。頻率高于 20KHZ的超聲波不僅波長(zhǎng)短、方向性好、能夠呈射線定

17、向傳播，而且碰到界面就會(huì)有顯著反射。這些特性有利于選用超聲波做媒體，測(cè)定物體的位置、距離甚至形狀等。超聲波傳感器的特性:1 在自身特性諧振點(diǎn) 40KHZ 附近可獲得較高的靈敏度；2 諧振帶寬、波束角可以通過(guò)制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設(shè)計(jì)；3 不受無(wú)線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設(shè)計(jì)。另外，超聲系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用前景好。因此，本設(shè)計(jì)將采用超聲波傳感器測(cè)距。 2 / 432 2 課題方案的設(shè)計(jì)與論證課題方案的設(shè)計(jì)與論證2.12.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案超聲波測(cè)距系統(tǒng)是由發(fā)射電路、接收電路、顯示電路、核心功能和一些輔助電路組成的電路功能模塊。使用發(fā)信機(jī)將發(fā)射和接收電路分開(kāi)

18、，有兩種好處：一個(gè)是發(fā)射的信號(hào)與接收信號(hào)不會(huì)重疊，;二是將探頭放在合適的位置上，能夠避免其他物體對(duì)超聲波反射面的干擾，這樣就提高系統(tǒng)的應(yīng)用性。圖圖 1 1 超聲波模擬樣圖超聲波模擬樣圖圖圖 2 2 超聲波汽車防撞原理框圖超聲波汽車防撞原理框圖超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng),是運(yùn)用壓電瓷材料。因?yàn)槌暡ㄔ趥鞑ブ袝?huì)有一定的衰減,而衰減越高頻率越高,由于高頻率分辨率高,所以我們應(yīng)該選擇利用短距離測(cè)量，高頻和低頻測(cè)量傳感器,因?yàn)槌暡▊鞲衅鞯哪苡脕?lái)分析超聲換能器附近的諧振頻率傳感使用 Qm;量化寬松。僅僅是一系列分支電路 Q 值5。在空載換能器(Z1 = 0)和負(fù)載(Z1 = R1)當(dāng)超聲波發(fā)射器放大電路

19、超聲波接收器放大電路檢波電路定時(shí)器單片機(jī) 控制顯示器報(bào)警系統(tǒng) 3 / 43Q = Qm0 Qm,00100101RWCRWLQm)(110011001RRWCRRWLQm0000RWCQe)(1000RRWCQe超聲波換能器的工作效率為：011RRR2.22.2 傳感器位置傳感器位置測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)射和接收超聲波反射式分離結(jié)構(gòu),以便發(fā)送和接收頭的頭應(yīng)該在同一行。距離和角度誤差衰減的問(wèn)題引起的發(fā)射和超聲信號(hào)在通信過(guò)程中,發(fā)射探頭和接收探頭不能相隔太遠(yuǎn),為了避免發(fā)射和接收信號(hào)干擾，所以也不能離得太近。從以前的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)試的實(shí)際情況后,發(fā)射探頭和接收應(yīng)該放在離中心軸 4 到 8 厘米。發(fā)射機(jī)超聲波測(cè)距模塊

20、在一波,并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始接收到的回波時(shí),導(dǎo)致負(fù)跳單片機(jī)中斷,單片機(jī)定時(shí)器中斷程序反應(yīng),立即停止計(jì)數(shù)。時(shí)差可以通過(guò)空氣中超聲波傳播時(shí)間的計(jì)算,將計(jì)算距離。2.32.3 設(shè)計(jì)方案的論證設(shè)計(jì)方案的論證超聲波探測(cè)技術(shù)主要用于中程測(cè)距、結(jié)構(gòu)探傷、智能控制等領(lǐng)域，超聲波換能器是其核心部件，換能器按其工作介質(zhì)可分為氣相、液相和固相換能器；按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率又可分為 38KHz、40KHz 等不同等級(jí)。本設(shè)計(jì)選用氣相、窄波束、40KHz 的超聲波換能器。 超聲波測(cè)距經(jīng)常用到兩種方法強(qiáng)度法和反射時(shí)間法6，本設(shè)計(jì)采用的是反射時(shí)間法，就不過(guò)多介紹強(qiáng)度發(fā)。反射時(shí)間法的基本思路是應(yīng)

21、用超聲波從發(fā)射到被障礙物反射回來(lái)的時(shí)間算的，在距離較短的情況下,可以認(rèn)為空氣中的聲速是常數(shù),我們使用公式來(lái)衡量回波時(shí)間 T = V *(T / 2)這種方法不會(huì)受到別的聲波的干擾7，直接耦合信號(hào) ,所以該方法非常合適測(cè)量短距離,本設(shè)計(jì)中使用這種方法。 4 / 433 3 硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)3.13.1 主控制模塊主控制模塊主控制最小系統(tǒng)電路如圖 3 所示。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.5

22、15(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37P23TrigEcho 圖圖 3 3 最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)E1D2DP3

23、C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HR1100R2100R3100R8100R9100R10100R11100R12100ABCDEFGDPP10P11P12P13P14P15P16P17Q18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR61KP34P35P36P37546231SW1sw-二二12P2GNDR151K12D1DVCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT

24、1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4GNDS3G

25、NDS2GNDP20P21P22P23B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP231234P1VCCGNDTrigEchoTrigEcho圖圖 4 4 總設(shè)計(jì)電路圖總設(shè)計(jì)電路圖硬件電路總設(shè)計(jì)見(jiàn)圖 4，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到以下器件： 5 / 43STC89C52、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)按鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵, 一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵。3.23.2 電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)電源部分的設(shè)計(jì)采用 3 節(jié) 5 號(hào)干電池 4.5V 供電。3.33.3 超聲波測(cè)試模塊超聲波測(cè)試模塊超聲波模塊使用 HC SR04 超

26、聲波模塊,模塊的非接觸式距離可以提供 2 厘米- 400 cm傳感功能,精度可達(dá) 3 毫米不等。該模塊是由一個(gè)超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路三部分組成的8?；舅悸肪褪?運(yùn)用 IO 的觸發(fā)的圍,模塊自動(dòng)發(fā)送 40 khz 的方波信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)是否返回,返回信號(hào),輸出一個(gè)高水平的 IO 端口呼應(yīng),高水平的時(shí)間返回的超聲波發(fā)射。測(cè)試距離(=高水平時(shí)間*聲音(340 m / S)/ 2。實(shí)物如圖 5 所示。VCC 5 v 電源、接地線、瀟灑的觸發(fā)控制信號(hào)輸入,回聲回聲信號(hào)輸出線。使用超聲波探測(cè)模塊 HC-SR04 的方法如下：IO 觸發(fā)，高水平，以 TRIG 至少 10us 的開(kāi)始測(cè)量;該模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)

27、出 40KHz 的波，自動(dòng)檢測(cè)被反射回來(lái)的信號(hào);信號(hào)返回，高水平是通過(guò) IO 回聲端口輸出，高電壓的持續(xù)時(shí)間是從超聲波返回到發(fā)射時(shí)間，測(cè)試距離=（高電平*340）/ 2，單位是微米。主要包括兩個(gè)功能測(cè)試功能程序9。 在實(shí)現(xiàn)定時(shí)器 0 定時(shí)測(cè)量，8 頻率，TCNTT0 價(jià)值 0XCE，當(dāng)定時(shí)器 0 溢出中斷發(fā)生2500 次為 125ms，公式為（單位：毫秒）： T =（定時(shí)器 0 溢出*（0XFF - 0XCE）/1000） 定時(shí)器 0 的初始值，計(jì)算頻率差的基礎(chǔ)上。3.3.13.3.1 超聲波的特性超聲波的特性聲音是一種自然現(xiàn)象與人類生活密切相關(guān)。當(dāng)高頻的頻率的聲音超過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)的限圖圖 5 5

28、 超聲波模塊實(shí)物圖超聲波模塊實(shí)物圖 6 / 43制（基于大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，20000 赫茲的整數(shù)10），人們不會(huì)感覺(jué)到周圍聲音的存在，所謂的高頻率的聲音作為“超級(jí)“的聲音。人的聽(tīng)覺(jué)圍如圖 6 所示。圖圖 6 6 人的聽(tīng)覺(jué)圍人的聽(tīng)覺(jué)圍 超聲波的波長(zhǎng)短,超聲波和光線可以是一樣的,能夠反映,折射,可以關(guān)注,遵守所有的幾何光學(xué)定律。從材料表面反射超聲波射線,等于反射角,當(dāng)射線通過(guò)物質(zhì)到另一個(gè)密度不同的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象,也是改變傳播方向,兩種物質(zhì)之間的密度差更大,折射率越大。聲波傳播的媒體,隨著傳播距離的增加,強(qiáng)度將逐漸削弱,這是由于介質(zhì)吸收它的一些權(quán)力。同樣的媒介,聲波頻率較高,具有較強(qiáng)的吸收介質(zhì)11

29、。一定頻率的聲波傳播的氣體吸收,特別是日歷傷害,在液體中傳播的吸收相對(duì)較弱,在固體吸收傳播是最小的。3.3.23.3.2 超聲波換能器超聲波換能器完成超聲波發(fā)射和接受這個(gè)設(shè)備是超聲波傳感器,稱為超聲換能器或者超聲波探頭。因?yàn)槌暡ㄌ筋^即能發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波，所以此設(shè)計(jì)就是運(yùn)用了超聲波換能器。超聲波探頭有許多不同種的結(jié)構(gòu),它們分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭。 塑料外套金屬在壓電晶體是超聲波探頭的核心。核心芯片是由許多材料構(gòu)成的。由于各種晶片種類不同，所以它的大小也不同,比如有些晶片的直徑和厚度是不同的,因此不同探頭的性能也會(huì)不同的,所以我們必須了解探測(cè)器的性能參數(shù)，

30、。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括:(1) 工作的頻率。 工作的頻率指的就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)諧振頻率等于頻率和芯片添加到交流 7 / 43電壓的時(shí)候,最大輸出能量的靈敏度最高。(2)工作的溫度。由于壓電材料的成本通常是很高,特別是在使用診斷超聲探頭的力量小,因此,溫度相對(duì)較低,不能長(zhǎng)時(shí)間工作的失敗。因?yàn)獒t(yī)學(xué)的超聲波探頭溫度很高，所以需要一個(gè)單獨(dú)的冷卻裝置。(3)靈敏度。主要取決于設(shè)計(jì)芯片本的機(jī)電耦合系數(shù)、靈敏度比較高。人能聽(tīng)到的聲音頻率圍:20 hz 20 khz,這超出了可聽(tīng)見(jiàn)的聲音,聲音的頻率圍,即低于 20 赫茲頻率聲音稱為低頻聲波,聲頻率高于 20 khz 稱為超聲波。它是一種常用

31、的探測(cè)材料的壓電晶體、壓電瓷執(zhí)行工作利用壓電效應(yīng)12。高頻電振動(dòng)的逆壓電效應(yīng)為高頻機(jī)械振動(dòng),產(chǎn)生超聲波,可作為發(fā)射探針;積極的壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)波的使用,將轉(zhuǎn)換為電信號(hào),可以用作接收探頭。為了研究和利用超聲波,是設(shè)計(jì)和制造各種各樣的超聲波發(fā)生器。總體來(lái)說(shuō),超聲波發(fā)生器可以分為兩種類型:一種是電氣超聲波,類似是機(jī)械波。另一種是壓電超聲波。它們兩個(gè)的頻率、功率和它們所產(chǎn)生的聲學(xué)特性是不同的,因此,從根本上講目的是不同。圖圖 7 7 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)壓電晶體諧振器是在壓電是超聲波發(fā)生器基礎(chǔ)上工作的。圖7是超聲波發(fā)生器部的結(jié)構(gòu)圖,超聲波發(fā)生器有一個(gè)共振板與兩個(gè)壓電晶體。當(dāng)它的壓電振動(dòng)固

32、有頻率芯片等于脈沖信號(hào)頻率時(shí),壓電共振發(fā)生,促進(jìn)生成板振動(dòng)共振超聲的發(fā)展13。反之,如果電極電壓兩個(gè)都不共振,當(dāng)超聲共振被共振板收到時(shí),壓電晶片的振動(dòng)將被抑制,然后會(huì)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 8 / 433.43.4 超聲波傳感器原理超聲波傳感器原理市場(chǎng)比超聲波傳感器常見(jiàn)是開(kāi)放的,部結(jié)構(gòu)如圖 8 所示,復(fù)合振動(dòng)器靈活固定在底座上。振動(dòng)器是一個(gè)復(fù)合雙壓電晶片零件振動(dòng)器組成的諧振器和一個(gè)金屬板和一個(gè)壓電瓷片。角形諧振器,有效輻射產(chǎn)生的超聲波振動(dòng)的目的,并能有效地使超聲波振動(dòng)器聚集在一個(gè)中心位置。應(yīng)用于壓電瓷電壓時(shí),會(huì)改變電壓和頻率的機(jī)械變形。另一方面,當(dāng)壓電瓷的振動(dòng)時(shí),它將生成一個(gè)。根據(jù)這一原理,當(dāng)

33、振動(dòng)器由兩個(gè)壓電瓷或壓電瓷和金屬板的一種形式,稱為雙壓電晶片零件元素,應(yīng)用一個(gè)信號(hào),它會(huì)發(fā)出超聲波由于彎曲振動(dòng)。相反,當(dāng)檢測(cè)超聲振動(dòng)時(shí),它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。在此基礎(chǔ)上,它可以用作壓電瓷超聲傳感器。圖圖 8 8 超聲波部結(jié)構(gòu)超聲波部結(jié)構(gòu)超聲波的基本特性如下所述：1.波長(zhǎng)波傳播的速度被用于表示頻率乘以波長(zhǎng),大約 344 米/秒（20） 。在這種比較低的傳播速度，短波長(zhǎng)，這意味著我們可以得到高分辨率的距離和方向。這是因?yàn)楦叩姆直媛实奶攸c(diǎn)，它使我們有可能獲得在測(cè)量具有高精確度。2.反射檢測(cè)物體存在，超聲波可以反映在對(duì)象上。由于金屬，木材，水泥，玻璃，橡膠，紙罐超聲波接近 100的反射，這樣我們就可以很

34、容易地找到這些對(duì)象。布，棉，羊毛可吸收超聲波，因此難以通過(guò)超聲波來(lái)檢測(cè)它們。同時(shí)，由于不規(guī)則反射，通?？赡芎茈y探測(cè)物體和斜坡面的不平坦表面，這些因素決定了理想的測(cè)試環(huán)境是超聲波在空地，并且測(cè)試對(duì)象必須被反射波。 9 / 433.溫度效應(yīng)聲音的速度隨環(huán)境溫度而變化。因此，要準(zhǔn)確地測(cè)量和對(duì)象的距離，經(jīng)常檢查環(huán)境溫度是非常必要的，尤其是在冬季室外溫差大，對(duì)超聲波測(cè)距誤差的精度影響很大，可用18B20 溫度補(bǔ)償，以降低溫度變化，考慮到在測(cè)試環(huán)境被設(shè)計(jì)在室，并主要用于超聲波測(cè)距功能，測(cè)量精度不高，因此對(duì)溫度的系統(tǒng)的影響的問(wèn)題這里不做深入研究。4.衰減傳播超聲波在空氣與距離的變化成比例地降低了強(qiáng)度，這是因

35、為所引起的表面上的球面擴(kuò)散損失的衍射現(xiàn)象，而且還因?yàn)槲論p耗的吸收能量。如圖 9 所示，超聲波頻率為高時(shí)，衰減率較高，因?yàn)槌暡ǖ膫鞑ゾ嚯x比較短，所以超聲波的衰減會(huì)從根本上影響超聲波的有效距離。圖圖 9 9 聲壓在不同距離下的衰減特性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14,“P”為有效聲壓 (bar)， “Pre”為參考聲壓 (210-4bar)如圖10所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。 10 / 43圖圖1010 超聲波傳感器的聲壓圖超聲波傳感器的聲壓圖6靈敏度特性是聲接收

36、靈敏度級(jí)單位,使用以下公式表示。的敏感性 E / P = 20 日志(dB)類型,“E”電壓生成(Vrms),“P”作為輸入聲壓(bar)。超聲波傳感器的靈敏度直接影響系統(tǒng)的圍,如超聲波傳感器是常見(jiàn)的在幾個(gè)敏感圖，如圖11 所示,可以發(fā)現(xiàn)最大聲壓級(jí)傳感器 40 khz,也就是說(shuō)相應(yīng)的 40 khz 靈敏度最高。圖圖1111 超聲波傳感器靈敏度示意圖超聲波傳感器靈敏度示意圖7輻射特性超聲波傳感器是安排在桌子上。然后,測(cè)量角度和聲壓的關(guān)系(靈敏度)。為了準(zhǔn)確地表達(dá)了輻射,與前面相比,聲壓級(jí)(靈敏度)6 分貝衰減角稱為衰變一半角,由 9 1/2 表示。規(guī)模較小的外表面的超聲設(shè)備很容易獲得準(zhǔn)確的輻射角

37、15。如圖 12 所示為幾種常見(jiàn)的超聲傳感器的輻射特性示意圖。 11 / 43圖圖 1212 超聲波傳感器輻射特性示意圖超聲波傳感器輻射特性示意圖分析上述結(jié)果不難看出,超聲波傳感器的最大工作壓力水平和最高的靈敏度圍 40 khz。3.53.5 測(cè)距分析測(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

38、聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(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，我們只要測(cè)得超聲波從汽車中發(fā)射出去到被障礙物反射到達(dá)汽車中的時(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

39、 13 所示： 12 / 43tA超聲波發(fā)射 障礙物S S H H 超聲波接收?qǐng)D圖 1313 超聲波的測(cè)距原理超聲波的測(cè)距原理 （3-1） （3-2）式中:L-兩個(gè)探頭之間一半的距離.又了解超聲波的傳播距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在空氣中的傳播速度; t超聲波從汽車發(fā)射出波到汽車又接收到波所需要的時(shí)間.將（32） 、 （33）代入（3-1）中得： ( 3-4)式中超聲波在空氣中的傳播速度 v 在溫度不變的情況下就是一個(gè)常數(shù)(比如在常溫 T=30度時(shí),V=349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離 H 大于 L 時(shí),則(34)變?yōu)? ( 3-5) 所以,只需要測(cè)量出超聲波往返的時(shí)間 t,就可以得出

40、汽車到障礙物的距離 H.3.63.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)分別在 XTAL1 和 XTAL2 反向放大器的輸入和輸出。振蕩器的配置是在反向放大器的基礎(chǔ)上實(shí)施的。瓷諧振器可以使用。如果一個(gè)外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng),XTAL2 不應(yīng)該滿足。因?yàn)闄C(jī)器周期期間,由 6 個(gè)周,每個(gè)周的 2 個(gè)振蕩周期,由此一個(gè)機(jī)器的振蕩周期是 12個(gè)振蕩周期,假如石英晶體外部的振蕩期的頻率是 12 兆赫茲,一個(gè)振蕩周期 1/12us,由此得出機(jī)器的振蕩周期是 1。如圖 14 所示為時(shí)鐘電路。 13 / 43CCX12MHZXTAL1XTAL2圖圖 1414 時(shí)鐘電路圖時(shí)鐘電路圖3.73.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)自

41、動(dòng)上電復(fù)位與外部手動(dòng)復(fù)位是通常的重置方法,時(shí)鐘電路的單片機(jī)在以后的工作中,在高端重置繼續(xù)給 2 個(gè)機(jī)器周期通常可以完成復(fù)位操作。例如,使用晶體振蕩器頻率 12 mhz,然后復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于 2 人。這個(gè)設(shè)計(jì)用于自動(dòng)復(fù)位電路。復(fù)位電路如圖 15 所示：圖圖 1515 復(fù)位電路圖復(fù)位電路圖3.83.8 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)圖圖 1616 聲音報(bào)警電路圖聲音報(bào)警電路圖如下圖所示，用一個(gè) Speaker 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 16 示為聲音報(bào)警電路。3.93.9 顯示模塊顯示模塊顯示接口電路是在顯示模塊基礎(chǔ)上的，如圖 17 所示 1

42、4 / 43E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HQ18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR61KP34P35P36P37圖圖 1717 數(shù)碼管電路數(shù)碼管電路4 4 系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的主要思路是由預(yù)設(shè)、發(fā)射、接收、顯示、聲音報(bào)警等五個(gè)模塊為前提下組成的五個(gè)獨(dú)立模塊。在主程序中有一個(gè)鍵控循環(huán)模式,在我們按下控制的按鈕時(shí)，在一定的時(shí)間,這五個(gè)獨(dú)立模塊中的每個(gè)模塊會(huì)反過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)用預(yù)置子程序、子程序、子例程接收子程序,這五個(gè)獨(dú)立模塊可以根據(jù)結(jié)果分析測(cè)量結(jié)果

43、。當(dāng)測(cè)量距離小于我們?cè)O(shè)定的安全距離時(shí)，會(huì)又蜂鳴器來(lái)發(fā)出聲音來(lái)報(bào)警。4.14.1 軟件設(shè)計(jì)思路軟件設(shè)計(jì)思路我們把系統(tǒng)的主程序作為第一個(gè)系統(tǒng)初始化,我們把定時(shí)器設(shè)置為 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù) 15 / 43器為 T0 模式。一般我們把中斷程序 EA 作為顯示端口 P0 和 P20。然后我們以發(fā)送一個(gè)超聲波作為基礎(chǔ)調(diào)用系統(tǒng)的子程序,我們?yōu)榱吮苊獬暡òl(fā)射器與接收的波直接傳輸而造成干擾,造成延遲約 0.1 毫秒的干擾，在外部中斷的時(shí)候我們接收返回的超聲波信號(hào)。超聲波防撞系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)是以超聲波接收的中斷程序和顯示子程序?yàn)榛A(chǔ)的。我們了解 C語(yǔ)言程序可以實(shí)現(xiàn)許多困難的算法,我們知道匯編語(yǔ)言的運(yùn)行效率比較高可

44、以較精確地計(jì)算時(shí)間,和超聲波測(cè)距的程序的更加復(fù)雜的算法,我們要求匯編語(yǔ)言對(duì)計(jì)算程序的運(yùn)行時(shí)間比較精確。所以，我們的控制程序必須用 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。4.24.2 超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計(jì)超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的基本思路就是記住汽車發(fā)出超聲波的某一時(shí)刻,當(dāng)汽車發(fā)出的超聲波遇到前方的障礙物，在被前方障礙物反射回來(lái)的波,然后汽車接收到前方障礙物反射回來(lái)的波。所以我們就可以計(jì)算出超聲波信號(hào)從發(fā)射到被反射回來(lái)的時(shí)間,然后我們就可以計(jì)算出汽車與前方障礙物的距離。距離的計(jì)算公式:d=s/2=(ct)/2這里的 D 是汽車與障礙物的距離,t 是超聲波從開(kāi)始發(fā)射到與到障礙物然后在被障礙物

45、反射回來(lái)到汽車中的時(shí)間。當(dāng)開(kāi)始在發(fā)射超聲波的時(shí)候我們就就啟動(dòng) T0 定時(shí)器芯片,然后我們就用定時(shí)器的功能來(lái)記錄超聲波從開(kāi)始發(fā)射到被反射回來(lái)的時(shí)間。當(dāng)我們收到被障礙物反射回來(lái)的超聲波,接收電路就是產(chǎn)生一個(gè)負(fù)面的跳,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)的請(qǐng)求 INT0 或 INT1 終端, 單片機(jī)外部中斷請(qǐng)求,外部中斷服務(wù)子程序的實(shí)現(xiàn),根據(jù)時(shí)間的差異,去計(jì)算汽車到障礙物的距離。4.34.3 主程序流程圖主程序流程圖我們把軟件分為兩部分，分別是主程序和中斷服務(wù)程序。如圖 17、18、19 所示。我們?cè)僭谕瓿煽刂瞥绦虺跏蓟那闆r下，我們每個(gè)超聲波的發(fā)射和和接收的序列。我們?cè)谕娉沙暡ń惶鎮(zhèn)鬏敃r(shí)中斷服務(wù)子子程序的三個(gè)方

46、向,主要就是外部的讀取中斷服務(wù)子程序、計(jì)算距離、結(jié)果輸出的時(shí)間等。程序流程圖圖 17 16 / 43YYN N主程序入口系統(tǒng)初始化T1 定時(shí)時(shí)間到？I/O 口 T0,T1 初始化P2.0=0 開(kāi)始發(fā)射，啟動(dòng)T0,T1，開(kāi)外中斷 0，T0,T1 溢出允許T0 定時(shí)時(shí)間到？有中斷信號(hào)？調(diào)用中斷子程序調(diào)用顯示子程序等待調(diào)用 T0 定時(shí)溢出中斷子程序NYN 圖圖 1717 程序流程圖程序流程圖YNNNYY顯示服務(wù)子程序讀取距離小于 1 米?1 X2大于 2 米?顯示危險(xiǎn)距離，并用紅色 LED 燈指示 蜂鳴器報(bào)警保持距離，黃色LED 燈指示返回返回播放距離并顯示顯示安全距離并用綠色 LED 燈指示返回返

47、回 17 / 43圖圖 1818 顯示報(bào)警子程序流程圖顯示報(bào)警子程序流程圖圖圖 1919 中斷服務(wù)子程序流程圖中斷服務(wù)子程序流程圖超聲波測(cè)距有七個(gè)工作步驟，具不步驟如下：（1） 在單片機(jī)控制 NE555 的基礎(chǔ)上來(lái)產(chǎn)生 40 千赫茲脈沖信號(hào)；（2） 超聲波發(fā)射換能器在脈沖信號(hào)通過(guò)的前提下發(fā)出超聲波；（3） 計(jì)時(shí)是在單片機(jī)發(fā)送脈沖時(shí)刻開(kāi)始的；外中斷服務(wù)子程序關(guān)中斷，停止發(fā)射讀 T0 值計(jì)算距離重裝 T0返回 18 / 43（4） 超聲波換能器接收到超聲波遇到障礙物被反射回來(lái)的波；（5） 在 T0 口的基礎(chǔ)上開(kāi)始讀取數(shù)值；（6） 開(kāi)始計(jì)算數(shù)據(jù)；（7） 最后報(bào)警顯示。由于我們使用的晶體振蕩器是 12

48、MHZ，所以其中一個(gè)計(jì)數(shù)器的是 1,當(dāng)主程序檢測(cè)到汽車接收到被障礙物反射回來(lái)的波的時(shí)候16,計(jì)數(shù)器 T0 數(shù)量(即超聲波的時(shí)候來(lái)回)由式(2)可以計(jì)算出測(cè)量對(duì)象和測(cè)量?jī)x器的距離之間的距離,音速設(shè)計(jì)需要在 20 C 為 344 米/秒:D =(c * t)/ 2 = 172 t0/10000cm 其中,T0 的計(jì)算計(jì)數(shù)器 T0 的價(jià)值。 距離測(cè)量結(jié)果將在十進(jìn)制 BCD 碼方法液晶約 0.5 秒,然后我們就重復(fù)測(cè)量超聲波脈沖的過(guò)程。我們?yōu)榱朔奖愠绦蚪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易計(jì)算距離,我們用語(yǔ)言來(lái)寫。超聲波發(fā)生子例程的影響通過(guò)脈沖信號(hào)傳輸控制芯片 555 超聲波發(fā)射器 P1.0 口(約 40 khz 的頻率方波

49、)不一定是責(zé)任比例是 50%,脈沖寬度是 12,時(shí)間計(jì)數(shù)器 T0 開(kāi)放。因?yàn)槌暡ǖ淖映绦虮容^簡(jiǎn)單,但是我們對(duì)它的運(yùn)行精度要求交比較高所以我們用匯編語(yǔ)言來(lái)編程。 (1)在系統(tǒng)外部中斷的時(shí)候用 INT0 檢測(cè)呼應(yīng),致使它的工作在下降到沿觸發(fā)模式(IT0 = 1)。當(dāng)汽車檢測(cè)到超聲波反射回來(lái)的波的信號(hào)，由此系統(tǒng)開(kāi)始觸發(fā)并進(jìn)入中斷，此時(shí)我們應(yīng)該停止發(fā)射超聲波,停止計(jì)時(shí)器 T0,讀 T1 中斷服務(wù)程序價(jià)值,計(jì)算出測(cè)量結(jié)果。 (2)使用 T0 定時(shí)器,同時(shí)定時(shí)器 T1 超聲波發(fā)射。假設(shè)我們?cè)谝欢螘r(shí)間還是沒(méi)有收到被障礙物發(fā)射回來(lái)的波的信號(hào),然后我們就輸入 T1 致使程序中斷服務(wù),我們開(kāi)始進(jìn)行新一輪的測(cè)試了

50、。與 T0,最長(zhǎng)時(shí)間是 65 ms,0.065 * 324/2 = 10.5 米的最大距離可以在理想的情況下。實(shí)際情況不需要測(cè)量距離或系統(tǒng)很難檢測(cè)到目前為止被認(rèn)為是迄今為止。但為了方便計(jì)算,初始值為 0。5 5 調(diào)試調(diào)試本設(shè)計(jì)到四個(gè)的模塊,本設(shè)計(jì)就是由超聲波測(cè)距模塊、單片機(jī)模塊、顯示和報(bào)警四個(gè)模塊組成的,所以會(huì)很難調(diào)試的,設(shè)計(jì)更多的不確定因素,所以當(dāng)調(diào)試模塊用調(diào)試方法,就 19 / 43差不多消除了模塊的干擾了。5.15.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試在我們安裝電路后,我們首先不應(yīng)該急于功率測(cè)試,但是我們必須要做好下面檢查的之前的調(diào)試工作。檢查連接:總是連接錯(cuò)誤(即連接的一端是正確的,另一端是與減少錯(cuò)誤

51、),(稱為行氣動(dòng)安裝),然后(在電路是完全不必要的,比如連接錯(cuò)誤連接)。檢查接線圖可以直接控制電路原理,但如果電路布線,可以組件(如運(yùn)算放大器、三極管)為中心,為了檢查檢察官對(duì)行針,這樣不僅可以找出故障或更少的一條線,但也容易找到其他的線路。我們?yōu)榱吮ＷC它的連接,所以在檢查線的時(shí)候，也要用萬(wàn)用表來(lái)檢查線路電阻連接設(shè)備的配置文件,和最好的測(cè)量,它可以檢測(cè)一些“隱藏”。檢查安裝的組件:檢查檢查的關(guān)鍵組件,集成運(yùn)算放大器、一個(gè)三極管,二極管,電解電容器如鉛和極性或錯(cuò)誤,和外引線短,但也檢查是否可靠焊接組件。應(yīng)該指出,在焊接之前,有必要測(cè)試組件,確保組件可以正常工作,調(diào)試,以避免不必要的麻煩17。我們

52、也要檢查公共的接地端和電源的輸入端，電路接通電源之前,還需要萬(wàn)用表之間是否短路電源輸入和檢查,如果有任何進(jìn)一步檢查的原因。上面的檢查和確認(rèn),完成后在調(diào)試之前,但這應(yīng)注意積極的力量,消極無(wú)法逆轉(zhuǎn)。調(diào)好的超聲波發(fā)射電路,芯片使沒(méi)有控制,電力系統(tǒng)工作,觀察 NE555 芯片使用示波器3 英尺。如果輸出波形不滿足要求,按規(guī)定 R9 機(jī)型和 R10 調(diào)節(jié)輸出波形,我們需求周期的方是波 40 千赫茲我們要保證調(diào)整好發(fā)射電路和接收電路。在超聲波接收探頭沒(méi)有收到信號(hào),觀察兩個(gè)銷示波器,40 khz 的最大干擾電壓波形測(cè)量正弦波,20 mv 的振幅。在超聲波接收探頭信號(hào),首先測(cè)量信號(hào)放大器電路放大器輸出 5 v

53、 正弦波振幅,但兩級(jí)輸出無(wú)論接收探頭接收到信號(hào),持續(xù)高水平的 11 v 的輸出。檢查 NE555 放大的電路參數(shù)太大,自激振蕩的形成,所以原始的放大 100 * 100 - 100 * 1018。因?yàn)槌暡ㄓ行┎糠质潜容^復(fù)雜的,尤其是相關(guān)傳感器,被天氣和溫度相對(duì)較大,部控制電路干擾是困難的,所以我選擇了另一塊擴(kuò)展板的這部分電路,和電感隔離每個(gè)部分的干擾。我考慮到這個(gè)設(shè)計(jì)只是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，所以我們沒(méi)必要要求性能那么高,因此,電池供電的這種方式,當(dāng)距離很容易受到地面漫反射干擾的影響,所以獲得抵抗得不到太小,所以靈敏度會(huì)受到影響,但是經(jīng)過(guò)幾次調(diào)試,我們把測(cè)試精度基本上能控制在 1 厘米左右的圍。

54、20 / 435.25.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試5.2.15.2.1 匯編匯編匯編語(yǔ)言就是一種在機(jī)器指令的基礎(chǔ)上的文本代表記憶的符號(hào)語(yǔ)言,就是一種很接近機(jī)器代碼的語(yǔ)言。的主要優(yōu)勢(shì)資源少,程序和效率高。但不同的 CPU,匯編語(yǔ)言可能不同,所以它不容易移植19。當(dāng)前廣泛使用的 RISC 體系結(jié)構(gòu)的 8 位單片機(jī),ROM、RAM、堆棧的部資源是有限的,如果使用 C 語(yǔ)言,C 語(yǔ)言編譯器,將成為很多機(jī)器代碼,非常容易出空間不夠信號(hào)溢出等一些問(wèn)題。但是很難保證一些制造商給我們提供單片機(jī)的編譯器。匯編語(yǔ)言本質(zhì)就是每一條指令對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)機(jī)器碼,每一步的實(shí)施的行為是非常明確的。因?yàn)槲覀冇煤苌俚馁Y源用于單片機(jī)的開(kāi)發(fā)

55、,所以我們建議要使用匯編語(yǔ)言。C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。C 語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C 語(yǔ)言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開(kāi)發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)主流。用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用

56、 C 語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。KEIL uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持，PLM，匯編和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。因此本系統(tǒng)采用 KEIL uVISION2 進(jìn)行軟件的編寫和調(diào)試。5.2.25.2.2 調(diào)試過(guò)程調(diào)試過(guò)程把芯片放在電路,連接到電源,檢查程序自己的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)所需功能。假如結(jié)果與當(dāng)初的想法是不一樣的,所以先檢查硬件的問(wèn)題以保證測(cè)試時(shí)硬件部分是沒(méi)有

57、問(wèn)題的。在硬件之后確定硬件沒(méi)有問(wèn)題那就說(shuō)明應(yīng)該是軟件哪有問(wèn)題了。所以需要檢查軟件的一些部分，第一步要檢查接收檢查示波器紅外管的輸出端口與 INT0 端口波形是正確的。在檢查紅外接收部分之后在確保紅外接收部分沒(méi)啥問(wèn)題之后20，用來(lái)確定電機(jī)的調(diào)試部分,以 21 / 43確保電機(jī)能否根據(jù)遠(yuǎn)程控制來(lái)達(dá)到旋轉(zhuǎn)的目的。然后就是檢查超聲波部分了,主要就是檢查顯示數(shù)碼管是可以正常運(yùn)行的，所以必須要有一個(gè)控制按鈕。因?yàn)樵谇懊嫖覀円呀?jīng)確定了硬件是沒(méi)有問(wèn)題的,由此可以得出,我們?cè)俳Y(jié)合硬件的前提下在檢查軟件設(shè)備，因?yàn)槲覀兛梢院苤庇^的找到那里有錯(cuò)誤。表表5-5-1 1 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果圖圖 2020 超聲波測(cè)距時(shí)序圖超

58、聲波測(cè)距時(shí)序圖6 6 結(jié)論結(jié)論超聲波測(cè)距的基本思路是使用超聲波發(fā)射波與超聲波接收波,根據(jù)超聲波發(fā)射端到接收端的時(shí)間來(lái)計(jì)算汽車到障礙物的距離。有兩種方法可以在超聲波的基礎(chǔ)上測(cè)量汽車到障礙物的距離,發(fā)射端測(cè)量距離的兩端,另一端,收到直接波,適用于高計(jì);傳輸波所反映真實(shí)距離（m）0.200.501.002.003.004.50測(cè)得距離(m)0.210.520.982.032.894.68 22 / 43的對(duì)象在收到反射波,適合測(cè)距儀。本設(shè)計(jì)使用了反射波法。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)與顯示報(bào)警電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用 STC89C52 或其兼容系列。

59、采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用 P1.0 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波的控制信號(hào)，并通過(guò) NE555 芯片產(chǎn)生。利用外中斷 0 口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。超聲波發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器T 構(gòu)成，單片機(jī) P1.0 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻 R1O、R11 一方面可以提

60、高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。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)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；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換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波接收電路由 CX20106A 集成電路芯片,這是一個(gè)紅外探測(cè)