基于超聲波汽車防撞警報系統(tǒng)方案

1、 摘  要隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣。本文對超聲波汽車防撞報警系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，利用模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)接口、超聲波換能器、以與超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識，采用以stc89c51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距的硬件電路和軟件設(shè)計方法在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個功能模塊。為了保證超聲波汽車防撞報警系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，采取了相應(yīng)的抗干擾措施。就超聲波的傳播特性，超聲波換能器的工作特性、超聲波發(fā)射、接收、超聲微弱信號放大、波形整形、速度變換電路與系統(tǒng)功能軟件等做了詳細(xì)說明.實(shí)現(xiàn)障礙物的測距、顯

2、示和報警，超聲波測距圍0.6-2.0米，精度在10厘米左右。這套超聲波汽車防撞報警系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時性良好，而且簡單易于制作，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級，可以用于倒車、泊車等，例如：測量液位、井深、管道長度等場合?？梢詮V泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)檢查、日常生活、無人駕駛汽車、自動作業(yè)現(xiàn)場的自動引導(dǎo)小車、機(jī)器人、液位計等。關(guān)鍵詞: STC89C51，超聲波，傳感器，LCD，測量距離AbstractAlong with the science and technology fast development, the ultrasonic wave more and more will be

3、 broad in the science and technology application .This article has carried on the theoretical analysis to the ultrasonic sensor range finder possibility, the use simulation electron, the digital electron, the microcomputer connection, the ultrasonic wave transducer, as well as the ultrasonic wave in

4、 medium knowledge and so on dissemination characteristic, uses take STC89C51monolithic integrated circuit as the core low cost, the high accuracy, the microminiaturized numeral demonstrated the ultrasonic wave distance gauge the hardware electric circuit and the software design method has designed t

5、he system overall concept in this foundation, finally has realized each function module through the hardware and the software.Key words: STC89C51, ultrasonic wave, sensor, LCD, Measuring distance 目  錄1  引  言 11.1 課題背景 11.2 課題設(shè)計的意義： 11.3 超聲波測距在汽車上應(yīng)用的介紹： 12 

6、; 課題的方案設(shè)計與論證 32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 32.2 設(shè)計方案的論證 53  系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 63.1 單片機(jī)的選擇 63.2 發(fā)射電路的設(shè)計 113.3 接收電路的設(shè)計 154  系統(tǒng)軟件的設(shè)計 224.1 超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計  234.2 主程序流程圖 244.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 265  調(diào)試 285.1 硬件調(diào)試 285.2 軟件調(diào)試 29總   結(jié)

7、0;31致    33附錄1： 35附錄2： 37附錄3： 39 1        引  言                              

8、;                                                  

9、;           1.1 課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車流密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢。同時，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。但公路發(fā)展、交通管理卻相對落后，導(dǎo)致了交通事故與日劇增，城市里尤其突出。智能交通系統(tǒng)ITS是目前世界上交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率，保障交通安全，緩解交通賭塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各國政府的廣泛關(guān)注。中國政府也高度重視智能交通系統(tǒng)的研究開發(fā)與

10、推廣應(yīng)用。汽車防撞系統(tǒng)作為ITS發(fā)展的一個基礎(chǔ)，它的成功與否對整個系統(tǒng)有著很大的作用。從傳統(tǒng)上說，汽車的安全可以分為兩個主要研究方向:一是主動式安全技術(shù)，即防止事故的發(fā)生，該種方式是目前汽車安全研究的最終目的;二是被動式安全技術(shù)，即事故發(fā)生后的乘員保護(hù)。目前汽車安全領(lǐng)域被動安全研究較多，主要從安全氣囊、ABS(防抱死系統(tǒng))和懸架等方面著手，以保證駕乘人員的安全。從經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面來說，這些被動安全措施是在事故發(fā)生時刻對車輛和人員進(jìn)行保護(hù)，有很大的局限性，因而車輛的主動安全研究尤為重要，而且隨著車輛保有量的增加，車庫與停車位的需求量越來越大，室外停車場，底下停車場，車輛密集，停車人多，所以撞

11、車，擦碰逐漸增多。引出了本文研究的基于超聲波汽車防撞報警系統(tǒng)基于超聲波的汽車防撞報警系統(tǒng)的逐漸嶄露頭角，它可以是駕駛員們倒車，泊車更簡單，在汽車接近障礙物的時候能發(fā)出報警，大大的方便了駕駛員停車，泊車。這個系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽信號的探測裝置。它安裝在汽車上，能探測企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物;能使司機(jī)與乘員提前發(fā)現(xiàn)障礙物并發(fā)出危險的信號，促使司機(jī)采取應(yīng)急措施來應(yīng)付撞車掛碰等，避免損失。1.2 課題設(shè)計的意義隨著現(xiàn)代社會工業(yè)化程的發(fā)展，汽車這一交通工具正為越來越多的人所用，但是隨之而來的問題也顯而易見，那就是隨著車輛的增多，汽車的一些掛碰，一般都是由于駕駛員反應(yīng)不與所引起的，很

12、多時候都是因?yàn)轳{駛員對離障礙物的距離判斷不準(zhǔn)造成的。若駕駛員能夠提早知道障礙物的存在或者知道障礙物的遠(yuǎn)近，那么駕駛員將能與時采取措施，避免事故的發(fā)生。因此，大力研究開發(fā)如汽車防撞裝置等主動式汽車輔助安全裝置，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于提高交通安全將起到重要的作用。本設(shè)計采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能超聲波測距，雖其在功能上是不能與高精度的智能超聲波測距儀相比的，但優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)規(guī)模較小，器件更換容易，成本低，有一定靈活性。但不適宜用于測量過于精確或者過大的距離，容易產(chǎn)生誤差。用于倒車泊車。因此，大力研究開發(fā)如汽車防撞裝置等主動式汽車輔助安全裝置，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于提高交通安全將起到重要

13、的作用。顯然，此類產(chǎn)品的研究開發(fā)具有極大的實(shí)現(xiàn)意義和廣闊的應(yīng)用前景。1.3超聲波汽車防撞系統(tǒng)應(yīng)用的介紹：超聲波倒車測距儀( 俗稱電子眼)是汽車倒車防撞安全輔助裝置 ,能以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動態(tài)顯示周圍障礙物的情況。其較早的產(chǎn)品是用蜂鳴器報警 ,蜂鳴聲越急 ,表示車輛離障礙物越近。后繼的產(chǎn)品可以顯示車后障礙物離車體的距離。其大多數(shù)產(chǎn)品探測圍在0.41.5 m,有的產(chǎn)品能達(dá)到 0.352.5 m,并有距離顯示、聲響報警、區(qū)域警示和方位指示 ,有些產(chǎn)品還具備開機(jī)自檢功能。目前市場上還出現(xiàn)了具有語音報警功能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品存在的主要問題是測量盲區(qū)大 ,報警滯后 ,未考慮汽車制動時的慣性因素 ,

14、使駕駛者制動滯后 ,抗干擾能力不強(qiáng) ,誤報也較多。汽車防撞雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)防撞報警功能, 主要有超聲波這把無形尺子, 它測量最近障礙物的距離, 并告訴給車主。其實(shí)超聲測距原理簡單: 它發(fā)射超聲波并接收反射回波, 通過單片機(jī)計數(shù)器獲得兩者時間差t, 利用公式S=Ct /2計算距離, 其中S為汽車與障礙物之間的距離, C為聲波在介質(zhì)中的傳播速度。  本文介紹的超聲測距系統(tǒng)共有2只超聲波換能器( 俗稱探頭) , 分別布置在汽車的后左、后右2個位置上。能檢測前進(jìn)和倒車方向障礙物距離, 通過后視鏡置的顯示單元顯示距離和方位, 發(fā)出一定的聲響, 起到提示和警戒的作用。系統(tǒng)采用一片STC89C51

15、單片機(jī)對兩路超聲波信號進(jìn)行循環(huán)采集。超聲波是指頻率高于20KHz的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。  超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of flight）。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲

16、源與障礙物之間的距離。測量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計時，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到要求。   超聲波發(fā)生器可以分為兩類：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。本設(shè)計屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)單元

17、。利用超聲波測距的工作，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時間間隔，從而達(dá)到測量距離的作用。其主要有三種測距方法： （1）相位檢測法，相位檢測法雖然精度高，但檢測圍有限； （2）聲波幅值檢測法，聲波幅值檢測法易受反射波的影響； （3）渡越時間檢測法，渡越時間檢測法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計上都非常容易實(shí)現(xiàn)。其原理為：檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時間，這個時間就是渡越時間。 本設(shè)計的超聲波測距就是使用了渡越時間檢測法。在移動車輛中應(yīng)用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號，根據(jù)超聲波發(fā)出與

18、回波接收的時間差和傳播速度，計算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的距離。2  課題的方案設(shè)計與論證 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體框圖 構(gòu)成超聲測距系統(tǒng)的電路功能模塊包括發(fā)射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機(jī)控制器與一些輔助電路。采取收發(fā)分離方式有兩個好處：一是收發(fā)信號不會混疊，接收探頭所接收到的純?yōu)榉瓷湫盘?；二是將接收探頭放置在合適位置，可以避免超聲波在物體表面反射時造成的各種損失和干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。  SHAPE  * MERGEFORMAT 圖2-1 超聲波汽車防撞原理框圖根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，選擇的超聲波測距傳感器 TR401

19、6Q（T 表示發(fā)射傳感器，R表示接收傳感器），最大探測距離為 6m，發(fā)射擴(kuò)散角為 60度。超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。當(dāng)它的兩電極加脈沖信號(觸發(fā)脈沖) , 若其頻率等于晶片的固有頻率時,壓電晶片就會發(fā)生共振,并帶動共振板振動,從而產(chǎn)生超聲波。相反, 電極間未加電壓,則當(dāng)共振板接收到回波信號時,將壓迫兩壓電晶片振動,從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號,此時的傳感器就成了超聲波接收器。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率

20、的傳感器。超聲波傳感器用來分析共振頻率附近的超聲波換能器的特性:換能器的器械能用Qm ;電能用Qe 表示。Q 恰好是電路的串聯(lián)支路的Q 值。設(shè)換能器在空載( Z1 = 0) 和有載( Z1 = R1) 時的Q 值分別為Qm0 、Qm ,則有超聲波換能器的工作效率為相臨兩片的壓電瓷片極化方向相反，芯片的數(shù)目成偶數(shù)，以使前后金屬蓋板與同一極性的電極相連，否則在前后蓋板與芯片之間要墊以絕緣墊圈，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不必要的增大，兩芯片之間，芯片與金屬蓋板間通常以薄黃銅片（厚度小于0.1mm），作為焊接電極引線用；芯片，電極銅片用強(qiáng)力膠膠合，在壓電組件的中央部分用結(jié)合軸與圓錐狀諧振子連成一體，圓錐狀諧振子的邊緣

21、部分裝有圓環(huán)彈性橡膠減振器，使之與外殼固定，起聲阻匹配作用。在電聲變換部分的前面的超聲波束整形板，是對應(yīng)圓錐狀諧振子的振動模式設(shè)置的幾個開口，使超聲波波束指向尖銳，吸聲片吸收多余反射聲波。目前市面上出售的超聲波傳感器種類有通用型，拓寬型，寬帶域型，防水型和高頻型等這幾類。雖然通用型超聲波傳感器有頻率帶寬較窄的缺點(diǎn)，但是卻可以換來高靈敏度，抗噪聲干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。超聲波基本應(yīng)用電路主要分為三類：    1）直射型，主要用于遙控與報警電路    2）分離反射型，主要用于測距，料位測量等電路3）反射型，主要用于材料的探傷，測厚電路。鑒于成本的考

22、慮，選用了普通的T/R-40系列的超聲波發(fā)射/接收傳感器。TR-40系列超聲波傳感器典型的工作頻率為（39-41）KHZ。 傳感器位置超聲波發(fā)生器T是一個超聲頻電子振蕩器, 當(dāng)把振蕩器產(chǎn)生的超聲頻電壓加到超聲換能器的壓電瓷上時, 壓電瓷組件就在電場作用下產(chǎn)生縱向振動。壓電組件在超聲振蕩時, 仿佛是一個小活塞, 其振幅很小, 約為(1 10. 2) Lm,但這種振動加速度很大, 約(10 103 ) g n , 于是把電磁振蕩能量轉(zhuǎn)化為振動能量, 這種巨大的超聲波能量, 沿著特定方向傳播出來。其關(guān)鍵技術(shù)是使超聲波波束變細(xì), 除待測物外不受其它構(gòu)造物的影響。超聲傳感器是產(chǎn)生超聲波必需的能量轉(zhuǎn)換裝置

23、, 它把超聲電磁振蕩的能量轉(zhuǎn)換為聲波。.通過上述超聲換能結(jié)構(gòu), 配以適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)電路, 可以使超聲能量的定向傳輸, 并按預(yù)期接收反射波,實(shí)現(xiàn)超聲遙控、測距、防盜等檢測功能 。由于是測距系統(tǒng)是采用超聲波發(fā)射和接收分離反射型結(jié)構(gòu)，所以發(fā)射頭和接收頭應(yīng)該在同一平行直線上。出于距離和發(fā)射夾角所引起的誤差以與超聲波信號在傳播過程中衰減問題的考慮，發(fā)射和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn)，而又為了避免發(fā)射頭對接收頭接收信號產(chǎn)生的干擾，二者也不能間隔太近。經(jīng)過參考前人的經(jīng)驗(yàn)以與調(diào)試時的實(shí)際情況，應(yīng)保持超聲波發(fā)射頭和接收頭中心軸線平行并相距4-8cm即可。2.2 設(shè)計方案的論證超聲波探測技術(shù)主要用于中程測距、結(jié)構(gòu)探傷、智能

24、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。本設(shè)計選用氣相、窄波束、38KHz的超聲波換能器。當(dāng)利用超聲波探測器測距時常用兩種方法強(qiáng)度法和反射時間法，強(qiáng)度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離，被測物越遠(yuǎn)其反射信號越弱，根據(jù)反射信號的強(qiáng)弱就可以知道被測物的遠(yuǎn)近，但在使用這種方法時由于換能器之間的直接耦合信號很難消除，在放大器增益較高時這一直接耦合信號就可使放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效，由于直接耦合信號的影響強(qiáng)度法測距只適合較短距離的且精度要求不

25、高的場合。反射時間法其原理是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離，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間T利用公式S=V×（T/2）(其中S為被測距離、V為空氣中聲速、T為回波時間（ ）計算出路程，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“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測距，如果對聲速進(jìn)行溫度修訂，其精度還可進(jìn)一步提高，本設(shè)計中選用此方法。要產(chǎn)生38KHZ的方波可以直接通過單片機(jī)輸出PWM信號或通過外部震蕩電路來產(chǎn)生，這里我采用的是51單片機(jī)，沒有多余的資源完成這么多工作，故摒棄了由單片

26、機(jī)直接產(chǎn)生PWM信號的方式，而采用了外部電路產(chǎn)生。單片機(jī)的功能特點(diǎn)與測距原理   38KHZ的發(fā)射頻率由NE555提供給軟件進(jìn)行處理控制發(fā)射與停止，回波經(jīng)過STC89C51對接收到的信息進(jìn)行處理后，被測的距離在LCD上顯示，顯示部分采用動態(tài)掃描顯示。滿足顯示精度；若該距離小于預(yù)置的汽車低速安全剎車圍(如：1m或0.5m)，報警電路發(fā)出適當(dāng)?shù)木嫣崾疽簦蒔3.7口的蜂鳴器輸出控制報警電路的工作。 3  系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 單片機(jī)的選擇在系統(tǒng)的設(shè)計中，選擇合適的系統(tǒng)核心器件就成為能否成功完成設(shè)計任務(wù)的關(guān)鍵，而作為控制系統(tǒng)核心的單片機(jī)的選擇更是重中之重。目前各半

27、導(dǎo)體公司、電氣商都向市場上推出了形形色色的單片機(jī)，并提供了良好的開發(fā)環(huán)境。選擇好合適的單片機(jī)可以最簡化單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，而且功能優(yōu)異，可靠性好，成本低廉，具有較強(qiáng)的競爭力。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。一般來說，選擇單片機(jī)需要考慮以下幾個方面：（1）單片機(jī)的基本性能參數(shù)。例如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量，I/O引腳數(shù)量等。（2）單片機(jī)的增強(qiáng)功能。例如看門狗、多指針、雙串口等。（3）單片機(jī)的存儲介質(zhì)。對于程序存儲器來說，F(xiàn)lash存儲器和OTP（一次性可編程）存儲器相比較，最好是Flash存儲器。（4）芯片的封裝形式。如DIP（雙列直插）封裝，PLCC（PLCC有對應(yīng)

28、插座）封裝與表面貼附等。（5）芯片工作溫度圍符合工業(yè)級、軍工級還是商業(yè)級。如果設(shè)計戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級。（6）芯片的功耗。比如設(shè)計并口加密狗時，信號線取電只能提供幾mA的電流，選用STC單片機(jī)就是因?yàn)樗軡M足低功耗的要求。（7）供貨渠道是否暢通、價格是否低廉。（8）技術(shù)支持的速度如何，資料是否豐富。包括芯片手冊，應(yīng)用指南，設(shè)計方案，例程序等。（9）芯片性能好、單片機(jī)的抗干擾性能好。STC89系列單片機(jī)是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機(jī)完全兼容，DIP40封裝系列與8051為pin-to-pin兼容。STC89系列單片機(jī)高速(最高時鐘頻率

29、90MHz)，低功耗，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程(ISP，IAP),不占用戶資源。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇STC89C51單片機(jī)， 單片機(jī)(STC89C51)外觀如圖3-1   圖3-1 STC89C51  外觀單片機(jī)(STC89C51)的引腳功能圖3-2圖3-2 STC89C51引腳圖單片機(jī)的引腳功能說明：1. 電源引腳Vcc40腳正電源腳，工作電壓為5V。GND20腳接地端2. 時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2為了產(chǎn)生時鐘信號，在8951部設(shè)置了一個反相放大器，XTAL1是片振蕩器反相放大器的輸入端，XTAL2是片振蕩器反相放大器的輸出端，也是部時鐘發(fā)生器的輸入

30、端。當(dāng)使用自激振蕩方式時，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩，就產(chǎn)生時鐘信號。產(chǎn)生時鐘信號電路如圖 3-3：  圖 3-3 時鐘信號電路本系統(tǒng)使用的石英晶振頻率為12MHZ。3.復(fù)位RST9腳在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的0000H處開始運(yùn)行程序。常用的復(fù)位電路如下圖所示。圖3-4  復(fù)位電路圖 

31、0;    圖3-5  復(fù)位電路圖  復(fù)位電路是手動復(fù)位電路如圖3-5：4.輸入輸出(I/O)引腳Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口，是一個8位漏極開路型雙向I/O口。部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LST

32、TL負(fù)載。通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對于輸出功能，在單片機(jī)工作時，我們可以通過用指令控制單片機(jī)的引腳輸出高電平或者低電平。如： 指令CLR ，清零的意思。CLR P1.0 ；讓單片機(jī)從第一腳輸出低電平。指令 SETB，置1的意思。SETB P1.0 ；讓單片機(jī)從第一個腳輸出高電平。 Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口，是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部Flash程序存儲器編程時，接收

33、高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的容在此期間不會改變。    Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口，是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。    P13端口在做輸入使用時，因部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。除此之外P3端口還用于一些專門功能，如

34、下表。5.其它的控制或復(fù)用引腳  (1) ALE/PROG 30 訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖PROG           表31  P3口專門功能P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（ INT0）

35、P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD  (2) PSEN 29 該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當(dāng)STC89C51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機(jī)器周期輸出2個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出。  (3) EA/Vpp 31 外部訪問允許端。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲器時，應(yīng)輸入低電平。要使STC89S51只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）,這時該引腳必須保持低電平。對Flash存儲器編程時，用于施加Vpp編程

36、電壓。    單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如下圖3-6所示：                    圖  3-6  單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 3.2 發(fā)射電路的設(shè)計     超聲波發(fā)射電路如圖3所示，89C51通過外部引腳P1.0 輸出脈沖寬度為250s , 40kHz的10個脈沖串通過超聲波驅(qū)動電路以推挽方式加到超聲波傳感

37、器而發(fā)射出超聲波。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比,為了使測距圍足夠遠(yuǎn),可對振蕩信號進(jìn)行功率放大后再加在超聲波傳感器上。圖3中T為超聲波傳感器，是超聲波測距系統(tǒng)中的重要器件。利用逆壓電效應(yīng)將加在其上的電信號轉(zhuǎn)換為超聲機(jī)械波向外輻射; 利用壓電效應(yīng)可以將作用在它上面的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號, 從而起到能量轉(zhuǎn)換的作用。市售的超聲波傳感器有專用型和兼用型,專用型就是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接收器用作接收超聲波。兼用型就是收發(fā)一體, 只一個傳感器頭, 具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用, 稱為可逆元件。圖3 超聲波發(fā)射電路3.3 接收電路的設(shè)計 超聲波接收與信號處理電路是此系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的一

38、個難點(diǎn)。超聲波接收器接收反射的超聲波轉(zhuǎn)換為40KHz毫伏級的電壓信號,需要經(jīng)過放大、處理、用于觸發(fā)單片機(jī)中斷INT0。一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘栁⑷?，同時根據(jù)反射條件不同信號大小變化較大,需要放大倍數(shù)大約為100到5000倍,另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大,這就需要高輸入阻抗的多級放大電路,這就會引入兩個問題:高輸入阻抗容易接收干擾信號,同時多級放大電路容易自激振蕩。參考各種資料最后選用了SONY公司的專用集成前置放大器CX20106達(dá)到了比較好的效果。CX20106采用8腳單列直插式塑料封裝，部結(jié)構(gòu)框圖如圖4。超聲波接收器能將接受到的發(fā)射電路所發(fā)射的紅外光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)十伏至數(shù)百伏的電信號，送到CX20

39、106的腳，CX20106的總放大增益約為80dB，以確保其腳輸出的控制脈沖序列信號幅度在3.55V ?？傇鲆娲笮∮赡_外接的R1、C1決定，R1越小或C1越大，增益越高。C1取值過大時將造成頻率響應(yīng)變差，通常取為1uf。C2為檢波電容，一般取3.3uf。CX20106 采用峰值檢波方式，當(dāng)C2容量較大時將變成平均值檢波，瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度會變低，C2較小時雖然仍為峰值檢波，且瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度很高，但檢波輸出脈沖寬度會發(fā)生較大變動，容易造成解調(diào)出錯而產(chǎn)生誤操作。R2為帶通濾波器中心頻率f0的外部電阻，改變R2阻值，可改變載波信號的接受頻率，當(dāng)f0偏離載波頻率時，放大增益會顯著下降，C3為積分電容，一般

40、取330pf，取值過大，雖然可使抗干擾能力增強(qiáng)，但也會使輸出編碼脈沖的低電平持續(xù)時間增長，造成遙控距離變短。腳為輸出端，CX20106 處理后的脈沖信號由腳輸出給單片機(jī)處理從而獲得顯示輸出。CX20106A該IC部主要包括前置放大器，限幅放大，帶通濾波，峰值檢波，積分濾波與波形整形電路等?；驹砣缦拢航邮論Q能器把超聲波回波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的數(shù)字編碼脈沖調(diào)幅波，并由1腳進(jìn)入集成放大器的正相輸入端。2腳是放大器的反相輸入端，外接RC負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，可以決定和調(diào)節(jié)放大器的頻率特性和電壓增益，當(dāng)電阻值小或者電容值大時，電壓增益高，通頻帶窄；反之，電壓增益低，通頻帶寬。在放大器輸入端設(shè)置有ABLC電路（即自

41、動偏壓電路或者自動電平控制電路，它可使放大與限幅電路輸出電平穩(wěn)定的編碼信號），可自動調(diào)整放大器的偏置電壓，使放大器的輸出電平穩(wěn)定。然后，信號進(jìn)入限幅放大器，可以濾除雜亂的寄生調(diào)幅和其他干擾，輸出包絡(luò)脈沖頂部平直的編碼脈沖調(diào)幅波。信號再進(jìn)入帶通濾波器，濾除頻率圍30-50KHZ以外的干擾信號。5腳外接電阻。調(diào)節(jié)其阻值可調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率值。然后信號進(jìn)入峰值檢波器，對編碼脈沖的調(diào)幅波進(jìn)行振幅檢波，解調(diào)出數(shù)字編碼脈沖信號，3腳外接電容是峰值檢波器的濾波電容。檢波出的信號再送到整形電路中進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換與整形，最后由7腳輸出數(shù)字編碼脈沖信號，送至CPU去識別，處理。6腳外接積分電容，可以濾除已調(diào)波的

42、載波頻率分量。而由檢波器輸出的數(shù)據(jù)編碼信號，CPU不能識別，故在檢波器后設(shè)置由積分電路和磁滯回線型比較器組成的整形電路，整形電路是一種波形變換電路，它可將檢波器輸出的寬度編碼脈沖整形變換為CPU所能識別的數(shù)字信號。而實(shí)用的波形整形電路是積分電路和施密特比較器組成的電路。根據(jù)以上原理，超聲波測距系統(tǒng)的接收電路如下圖3-11所示。超聲波接收換能器將接收到的回波信號轉(zhuǎn)換后經(jīng)過0.056U的電容初步濾波后，進(jìn)入CX20106A的1腳，經(jīng)過CX20106A的前置放大器，限幅放大，帶通濾波器（中心頻率為40KHZ），檢波器與比較器，最后經(jīng)過部的整形電路，從7腳輸出至89C51單片機(jī)的外部中斷0（P3.2）

43、口。當(dāng)芯片接收到38KHZ的信號時，7腳的輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，單片機(jī)外部中斷0口檢測到輸入信號的下降沿或者低電平時，立即產(chǎn)生中斷，同時停止定時/計數(shù)器T0。從而得到超聲波的回波時間t.圖5超聲波接收電路3.4 顯示報警模塊的設(shè)計     液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，液晶顯示模塊的應(yīng)用前景將更加廣闊。本系統(tǒng)選用LCD液晶ARK SR420361k顯示器做為顯示模塊。參考ARK SR420361k與單片機(jī)引腳功能畫出它們連接的原理圖3-12 如下：max

44、232MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-2

45、32數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。    第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。    電路為：        圖3-15 MAX232部電路圖4  系統(tǒng)軟件的設(shè)計本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時子程序、顯示子程序等模塊組成，圖8為程序流程圖。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當(dāng)按下測

46、量鍵時，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量結(jié)果用顯示子程序在數(shù)碼顯示器上顯示出來。          軟件程序框圖  定時器中斷子程序                              

47、;          外部中斷服務(wù)子程序5  調(diào)試5.1 硬件調(diào)試由于本設(shè)計涉與的模塊比較多，包括了超聲波測距模塊，單片機(jī)模塊，顯示報警，所以調(diào)試起來比較費(fèi)力，設(shè)計的不定因素也比較多，所以，調(diào)試的時候采用了分塊調(diào)試的方法，排除了各個模塊的干擾。在電路安裝完畢后，不要急于通電測試，而首先必須做好調(diào)試前的檢查工作。 檢查連線情況：經(jīng)常碰到的有錯接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時漏接的線）與多接（指在電路上完全是多余的連線），等連線錯誤。檢查連線可以直接對照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中

48、布線較多，則可以以元器件（如運(yùn)放、三極管）為中心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯接或少接的線，而且也較易發(fā)現(xiàn)多余的線。 為確保連線的可靠，在查線的同時，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查，而且最好在器件外引線處測量，這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。 檢查元器件安裝情況：元器件的檢查，重點(diǎn)要查集成運(yùn)放、三極管、二極管、電解電容等外引線與極性有否接錯，以與外引線間有否短路，同時還須檢查元器件焊接處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對元器件進(jìn)行檢測，確保元器件能正常工作，以免給調(diào)試帶來不必要的麻煩。 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入端與地

49、之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。 在完成了以上各項(xiàng)檢查并確認(rèn)無誤后，才可通電調(diào)試，但此時應(yīng)注意電源的正、負(fù)極性不能接反。在檢查超聲波發(fā)射電路時，在未加單片機(jī)使能控制的情況下，通電待系統(tǒng)工作后，用示波器觀察NE555芯片的3腳。若輸出波形不符合要求，可通過調(diào)節(jié)R5和R6來調(diào)節(jié)輸出波形，直到得到要求的占空比為50%的38KHZ方波。調(diào)好發(fā)射電路后，啟用接收電路。在超聲波接收探頭未接收到信號的情況下，用示波器觀察其兩引腳，測得最大干擾電壓波形為38KHZ的正弦波，幅值20mv。在超聲波接收探頭接收信號的情況下，起初測得信號放大電路的一級放大輸出為幅值5V的正弦波，但是二級輸出不論接收探頭有

50、否接收到信號，恒輸出一11V高電平。檢查電路參數(shù)后認(rèn)為是NE555放大倍數(shù)過大，形成自激振蕩，所以把原來100*100的放大倍數(shù)降為100*10。再測二級輸出，在探測距離較近時輸出波形近似方波，調(diào)試成功。超聲波這個部分相對來說比較復(fù)雜，特別是涉與到了傳感器，受天氣和溫度的干擾比較大，電路部的干擾控制也是一個難點(diǎn)，所以我選擇了另外用了一塊擴(kuò)展板來制作這部分電路，而且用電感來隔離各部分的干擾?？紤]到本設(shè)計只是一次學(xué)習(xí)過程，對性能要求不是很高，所以采用了USB供電這樣的方法，再有就是測距的時候容易受到地面的漫反射干擾，所以增益電阻不能取得太小，這樣測距的靈敏度會受到一定影響，不過經(jīng)過多次調(diào)試，測距精

51、度方面誤差基本上能控制在10厘米以，測距距離大概10米。5.2 軟件調(diào)試匯編和keil c匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是最接近機(jī)器碼的一種語言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。對于目前普遍使用的RISC架構(gòu)的8bit MCU來說，其部ROM、RAM、STACK等資源都有限，如果使用C語言編寫，一條C語言指令編譯后，會變成很多條機(jī)器碼，很容易出現(xiàn)ROM空間不夠、堆棧溢出等問題。而且一些單片機(jī)廠家也不一定能提供C編譯器。而匯編語言，一條指令就對應(yīng)一個機(jī)器碼，每一步執(zhí)行什么動作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況

52、都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。所以在資源較少單片機(jī)開發(fā)中，建議采用匯編語言比較好。 C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(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)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力的保障。因此，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，

53、從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。所以作為一個技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機(jī)開發(fā)人員最好能夠掌握基本的C語言編程。使用C 語言肯定要使用到C 編譯器，以便把寫好的C 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。KEIL uVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(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，同時還支持，PLM，匯編和C 語言的程序設(shè)計，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KEI

54、L uVISION2進(jìn)行軟件的編寫和調(diào)試調(diào)試過程把燒錄好的芯片放置在電路中，接上電源，檢驗(yàn)程序是否如自己所設(shè)計的那樣可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。如果電路板上的結(jié)果和設(shè)想的不同，由于在硬件檢查部分已經(jīng)確定了硬件沒問題。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問題。需要檢查程序。首先檢查紅外接收部分，用示波器檢查紅外接收管的輸出口或是INT0口的波形是否正確。紅外接收部分沒有問題后再調(diào)試電機(jī)部分，看電機(jī)是否能按照遙控要求那樣轉(zhuǎn)動。然后是超聲波部分，主要看數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)是否正常，還有就是控制按鈕是否按要求控制。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時候可以結(jié)合硬件來在線調(diào)試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很容易

55、。表51  測試結(jié)果真實(shí)距離實(shí)測距離總   結(jié) 由于時間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計沒有做出溫度補(bǔ)償。但是對設(shè)計有一個很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距模塊能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。并通過蜂鳴器，指示燈進(jìn)行相應(yīng)的報警。超聲波防撞報警系統(tǒng)的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方

56、式。超聲波防撞報警系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)系統(tǒng)與顯示報警電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的38kHz的方波的控制信號，并通過NE555芯片產(chǎn)生。利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。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38kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換

57、能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R5、R6一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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)

58、上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率38 kHz一樣，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C1的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序與顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程

59、序運(yùn)行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運(yùn)行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，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)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器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，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端

60、口，同時單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級為先右后左。超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個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。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，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，讀取時間差，計

61、算距離。在元件與調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據(jù)測量圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C1的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。致   首先，我要感我的導(dǎo)師老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時也感本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計期間所給予我得幫助。在我畢業(yè)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和

62、關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此機(jī)會，向您們表示由衷的感激。同時還要感院實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。接著，我要感和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計的短短4個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的你們。同時，我還要感我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個團(tuán)結(jié)友愛，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。最后我要深深地感我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵

63、和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感！                          參考文獻(xiàn)1 馬忠梅,等. 單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計. 航天航空大學(xué),2001年2 瑞星，等.單片機(jī)原理與應(yīng)用教程.機(jī)械工業(yè),2006年3 珂，等. 高準(zhǔn)確度超聲波測距儀的研制.傳感器技術(shù)，2003年第22卷第2期4 藏日章 基于AT89C

64、51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng).電氣時代，2005年第7期5 牛余朋 基于單片機(jī)的高精度超聲波測距電路.電子世界，2005年5期6 道連，等.用AT89C2051設(shè)計超聲波測距儀. 維普資訊，編號：001217 胡萍 超聲波測距儀的研制. 計算機(jī)與現(xiàn)代化，2003年第10期，編號:100622475 (2003) 10200542038 吳銀鳳，等.紅外線接收電路CX20106的應(yīng)用. 電氣時代，2003年第9期9 馬殷元 基于新型單片機(jī)P89C51RD2的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計. 科技，第20卷 2004年9月第9期 10鳳然 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng). 傳感器世界，2001年5月11茂山 超聲波測距原

65、理與實(shí)踐技術(shù). 使用測試技術(shù)，1994年3月第1期附錄1：  原理圖                  汽車防撞報警系統(tǒng)總體原理圖                   超聲波接收電路原理圖                        超聲波發(fā)射接收電路原理圖           汽車防撞報警系統(tǒng)聲音報警電路原理圖