超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共35頁(yè))

1、南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)(論文)學(xué) 院： 電子(dinz)與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生： 睢 豐 指導(dǎo)(zhdo)教師 ： 尉 喬 南 完成日期 2013 年 5 月南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)（論文）超聲波倒車(chē)(do ch)雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design of Ultrasonic Reversing Radar System總 計(jì)： 29 頁(yè)表 格： 1 個(gè)插 圖： 18 幅南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文(lnwn)）超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)Design of Ultrasonic Re

2、versing Radar System學(xué) 院： 電子(dinz)與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 睢豐 學(xué) 號(hào)： 1109614050 指 導(dǎo) 教 師（職稱(chēng)）： 尉喬南（講師） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽(yáng)理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) III超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)(lid)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)(zhuny) 睢豐摘 要基于超聲波測(cè)距的汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)是在充分理解(lji)了超聲波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上提出的。工作時(shí)，超聲波傳感器發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收裝置接收并送至單片機(jī)

3、處理，可實(shí)現(xiàn)倒車(chē)時(shí)障礙物距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警提示駕駛員。本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為主控制器的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射和接收部分、單片機(jī)處理部分、LCD顯示部分和語(yǔ)音報(bào)警部分等硬件系統(tǒng)以及軟件程序設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞倒車(chē)?yán)走_(dá)；單片機(jī)控制；超聲波測(cè)距；語(yǔ)音報(bào)警Design of Ultrasonic Reversing Radar SystemElectrical Engineering and Automation Specialty SUI FengAbstract:Based on the ultrasonic distance measurement principle,t

4、his text put forward a design scheme of car reversing radar system based on ultrasonic distance measurement. Ultrasonic sensor sends a pulse signal when it is working,and the ultrasonic receiving decive send the reflected signal by the obstacle to the MCU,this system could achieve Real-time monitori

5、ng of the Obstacle distance when reversing and prompt the driver by voice alarm.The overall design of ultrasonic reversing radar system based on the AT89C51 single chip as main controller was detailed introduced,include Ultrasonic transmitting and receiving part,MCU processing part,display by LCD, V

6、oice Alarm part and its programming in the software.Keywords:Reversing radar; single chip microprocessor; ultrasonic distance measurement; voice alarm目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356506114 1 引言(ynyn) 1 引言(ynyn)倒車(chē)，是每位駕駛員都必須掌握的技能，如同前行一樣需要小心謹(jǐn)慎，每年都有倒車(chē)引起事故的報(bào)道，輕則對(duì)自己的車(chē)和他人的財(cái)物造成損傷，重則可能危及人的性命，尤其是對(duì)兒童危害較

7、大，他們(t men)體型較小，僅從后視鏡來(lái)獲取視野指導(dǎo)倒車(chē)仍有可能會(huì)對(duì)讓們?cè)斐蓚Α，F(xiàn)如今后視鏡已越來(lái)越不能滿足人們安全倒車(chē)的需求了。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15的汽車(chē)事故是由汽車(chē)倒車(chē)后視不良造成的。因此，人們對(duì)汽車(chē)倒車(chē)操縱的便捷性提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車(chē)倒車(chē)給駕駛員們帶來(lái)的不便，消除安全隱患。由此，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)是汽車(chē)倒車(chē)停車(chē)時(shí)的安全輔助裝置，能夠以聲音或者直觀的顯示來(lái)告知駕駛員駕駛車(chē)輛周?chē)系K物的情況，幫助駕駛員解決泊車(chē)倒車(chē)時(shí)前后左右探視所引起的困擾。超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般由超聲波傳感器、控制器和報(bào)警裝置等部分組成?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上的倒車(chē)?yán)走_(dá)大多采

8、用超聲波測(cè)距原理，駕駛員在倒車(chē)時(shí)，啟動(dòng)倒車(chē)?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由超聲波探頭發(fā)送超聲波，在遇到障礙物后產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，通過(guò)(tnggu)聲音、數(shù)據(jù)、圖像等形式為駕駛員提供信息和警示來(lái)告知駕駛員周?chē)闆r，從而使駕駛員倒車(chē)時(shí)做到心中有數(shù)，提高了駕駛的安全性。1.1 倒車(chē)?yán)走_(dá)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)及應(yīng)用都發(fā)生了質(zhì)的變化。日本、美國(guó)和歐洲等國(guó)的大汽車(chē)公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪?，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開(kāi)發(fā)的高級(jí)汽車(chē)上。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒-克萊斯勒公司

9、日前成功開(kāi)發(fā)出供商用車(chē)(尤指卡車(chē))使用的電子剎車(chē)系統(tǒng)，它與其他剎車(chē)系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車(chē)車(chē)頭設(shè)有雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車(chē)前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器進(jìn)行處理，形成一虛擬景象，再借助演算法的輔助來(lái)判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車(chē)。未來(lái)兩三年內(nèi)這種新型剎車(chē)系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價(jià)格昂貴，其過(guò)高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。在底特律國(guó)際車(chē)展上，通用公司的Precept概念車(chē)裝了Donnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)用一個(gè)內(nèi)后視鏡和兩個(gè)外后視鏡采集汽車(chē)周?chē)木跋螅齻€(gè)景象合成一個(gè)全景圖像在中控臺(tái)的視屏上顯示出來(lái)，還用文字說(shuō)明來(lái)傳達(dá)信息。攝像機(jī)也可在倒車(chē)時(shí)使用，當(dāng)車(chē)后近

10、處有消火栓等障礙物時(shí)，就及時(shí)讓駕駛員知曉。我國(guó)倒車(chē)?yán)走_(dá)從2000年開(kāi)始起步，從最初只是奔馳、寶馬等高檔車(chē)的專(zhuān)利，發(fā)展到現(xiàn)在成為許多轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)歷經(jīng)了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上還是性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)。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)這三種。迄今為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測(cè)距傳感器的研究。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。在日新月異的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的背景下，倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)也會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展而不斷創(chuàng)新，向著智能化、可視化、集成化的方向發(fā)展，逐漸將各個(gè)功能集中在一起，實(shí)現(xiàn)了一套硬件設(shè)備可以完成多項(xiàng)功能。倒車(chē)

11、雷達(dá)的集成化就是將倒車(chē)?yán)走_(dá)的可視化、LCD顯示、超聲波測(cè)距、語(yǔ)音報(bào)警等功能集成在一起，組成了真正意義上的硬件系統(tǒng)。在今后的發(fā)展中，我們依然可以將倒車(chē)?yán)走_(dá)、車(chē)載導(dǎo)航，車(chē)載音頻等系統(tǒng)集成在一起，組成一個(gè)更為廣泛的集成化系統(tǒng)。1.2 設(shè)計(jì)主要(zhyo)內(nèi)容為避免汽車(chē)在倒車(chē)過(guò)程(guchng)中發(fā)生事故，本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。介紹了超聲波測(cè)距的基本原理，闡述了倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件(yn jin)電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。倒車(chē)距離通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警電路對(duì)不同距離段做出不同的語(yǔ)音提示。該系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路以及語(yǔ)音報(bào)警電路等幾部分組成。

12、AT89C51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分電路的工作。單片機(jī)在超聲波信號(hào)發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波信號(hào)在空氣中傳播，在遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后輸入到單片機(jī)的外部中斷口發(fā)生中斷，單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。通過(guò)單片機(jī)可得到超聲波信號(hào)往返所需要的時(shí)間，再結(jié)合當(dāng)?shù)芈曀偌纯汕蟮密?chē)體與障礙物之間的距離。超聲波傳感器選用CSB40T(R)超聲波傳感器，諧振頻率為40KHz；超聲波發(fā)射電路包括超聲波發(fā)射器、驅(qū)動(dòng)電路等組成；超聲波接收電路包括集成電路CX20106A及外圍電路組成；語(yǔ)音報(bào)警電路采用語(yǔ)音芯片ISD4004，可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中的分段語(yǔ)音報(bào)警功能。2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及理論基

13、礎(chǔ)2.1 總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景是基于AT89C51的超聲信號(hào)檢測(cè)的。因此初步計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小范圍的測(cè)試。超聲波發(fā)射儀發(fā)出短暫的40KHz信號(hào)，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行技術(shù)判斷處理后，把相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果送到LED顯示電路顯示，并進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。系統(tǒng)硬件部分主要由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射和接收電路、超聲波接收電路、LCD顯示電路以及語(yǔ)音報(bào)警電路等幾部分組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用軟件由C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，可對(duì)各子程序分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，然后將調(diào)試好的子程序塊鏈接起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。系統(tǒng)軟件模塊劃分為主程序模塊、超聲

14、波測(cè)距模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊等幾大功能模塊。圖1 系統(tǒng)(xtng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.2 超聲波測(cè)距理論(lln)分析2.2.1 超聲波測(cè)距原理(yunl)一般來(lái)說(shuō)，頻率在20Hz-20KHz之間能為人耳所聽(tīng)到的機(jī)械波稱(chēng)為聲波；頻率低于20Hz的機(jī)械波稱(chēng)為次聲波；高于20KHz的機(jī)械波稱(chēng)為超聲波；而高于100MHz的機(jī)械波則稱(chēng)之為特超聲波。超聲波由于其為直線傳播，反射能力強(qiáng)且在液體、固體中傳播衰減很小，穿透力強(qiáng)等特性，使其在實(shí)際生活中得到廣泛應(yīng)用。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(cè)量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來(lái)。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。超

15、聲波測(cè)距就是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出超聲波傳輸?shù)耐禃r(shí)間,然后求出聲波傳播距離。其關(guān)系式如公式（1）： （1）式中：S為待測(cè)距離；c為超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度；t為往返時(shí)間。2.2.2 超聲波測(cè)距精度分析(1) 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析采用壓電超聲波傳感器，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(duì)于一般要求的精度是可靠的。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過(guò)程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律，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。 所以，超聲波回波的幅值在傳播

16、過(guò)程中衰減很大，收到的回波信號(hào)可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接收時(shí)間，必須對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會(huì)對(duì)超聲波測(cè)量精度產(chǎn)生影響。(2)當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響也比較大。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如式（2）1： （2）由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，在實(shí)際情況(qngkung)下溫度每上升或者下降 1，聲速將增加或者(huzh)減少 0.607m/s。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟＜俣?jidng)超聲波速度C=344m/s(20

17、室溫)，忽略聲速的傳播誤差。則測(cè)距誤差 0.000 002 907s，即2.907ms。即在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于1mm的誤差。使用12 MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的AT89C51 單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1s 的精度，因此系統(tǒng)采用AT89C51 的定時(shí)器能保證在20室溫下時(shí)間誤差在1mm的測(cè)量范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，提高精度的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確得到當(dāng)?shù)氐臏囟葦?shù)據(jù)?？刹捎脺囟葌鞲衅鳒y(cè)得當(dāng)?shù)販囟龋⒃谲浖袑?shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，本文不再贅述。2.3 超聲波傳感器2.3.1 超聲波傳感器的原理及結(jié)構(gòu)要利用超聲波進(jìn)行測(cè)距，首先要研究超聲波傳

18、感器的工作原理。超聲波傳感器是利用超聲波作為信息傳遞媒介的傳感器，它是一種將其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其它形式的能的器件?？傮w上講，超聲波傳感器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是使用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類(lèi)是使用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。壓電式傳感器屬于電聲型超聲波傳感器，一般采用雙壓電陶瓷芯片制成，需用的壓電材料較少，價(jià)格低廉且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。它是利用壓電材料的正、逆壓電效應(yīng)來(lái)工作的，在壓電陶瓷芯片上加有一定頻率的電壓脈沖，芯片就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)。這種振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，便會(huì)產(chǎn)生超聲波。反之，如在壓電陶瓷芯片上有超聲波作用，將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變

19、形使壓電陶瓷芯片產(chǎn)生頻率與超聲波相同的電信號(hào)2。圖2 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖圖2為超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。2.3.2 超聲波傳感器的應(yīng)用(yngyng)超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病(jbng)，已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、

20、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去，許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息(qio w shn x)”地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。在未來(lái)的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。2.2.3 超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)超聲波傳感器按收發(fā)方式一般可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是發(fā)送和接收是兩種不同的分體式超聲波傳感器，此類(lèi)傳感器測(cè)距有效范圍比較大，但

21、不具備防塵防水功能；另一類(lèi)是具有雙向的發(fā)射/接收功能的收發(fā)一體式超聲波傳感器，如TR40-16，不僅用于發(fā)射超聲波，也用于接收超聲波，此類(lèi)超聲波測(cè)距范圍比較小，防塵、防水性能好。根據(jù)本設(shè)計(jì)所處的環(huán)境要求，本系統(tǒng)選用的超聲波傳感器為分體式超聲波傳感器CSB40T(R)，該型號(hào)探頭各項(xiàng)參數(shù)為：頻率為 40KHz，阻抗500，靈敏度為 103dB(min)，帶寬在 -3dB 時(shí)為 1.5K，角度最大值為 (-6dB)，靜電容 200010%PF，最大驅(qū)動(dòng)電壓 150Vp-p(10%工作周期)，回波靈敏度為 -70dB(min)，聲壓電平 0dB=1uvolt/bar3。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容

22、是具體分析系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)以性能較好的AT89C51單片機(jī)為核心，控制超聲波傳感器的收發(fā)，并測(cè)算距離，同時(shí)根據(jù)倒車(chē)距離段的不同進(jìn)行分段語(yǔ)音報(bào)警。硬件部分實(shí)現(xiàn)分四部分來(lái)闡述：第一是以AT89C51單片機(jī)為核心的主控系統(tǒng)電路；第二是超聲波發(fā)射和接收電路；第三是顯示電路；第四是語(yǔ)音報(bào)警電路。3.1 單片機(jī)主控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1.1 單片機(jī)選擇AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CP

23、U和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖3所示4。圖3 AT89C51外形(wi xn)及引腳排列圖5l系列(xli)單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲(chǔ)器；256 BRAM；32條I/O線；2個(gè)16b定時(shí)(dn sh)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路?？臻e方式：此時(shí)CPU停止工作，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式：保存RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決

24、辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。3.1.2 電源電路在一般家用中小型汽車(chē)內(nèi)部的電瓶為12V，單片機(jī)所需電壓為5V，語(yǔ)音芯片所需電壓為3.3V。所以本系統(tǒng)的電源電路主要由一個(gè)AC-DC的+12V電源適配器、兩個(gè)三端穩(wěn)壓塊（LM7805、LM1117-3.3）、一些濾波電容等組成，輸出+5V電壓5。電源電路如圖4所示。圖4 系統(tǒng)(xtng)電源電路圖3.1.3 復(fù)位(f wi)電路在單片機(jī)引用系統(tǒng)工作時(shí)，除了進(jìn)入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)(ch cu)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。所以，系統(tǒng)的復(fù)

25、位電路必須準(zhǔn)確、可靠的工作。在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘震蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RET保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖5所示。圖5 系統(tǒng)復(fù)位電路3.1.4 時(shí)鐘(shzhng)電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制(kngzh)下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。該時(shí)鐘電路(dinl)由兩個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器組成。X1是接外部晶體管的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸

26、入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳X2，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。時(shí)鐘電路如圖6所示。圖6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路3.2 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個(gè)部分，超聲波探頭選用壓電式，發(fā)射超聲波需要在超聲波振蕩器的外接電路兩端產(chǎn)生振蕩，超聲波發(fā)射探頭才能夠發(fā)射超聲波。首先利用軟件編程的方法在單片機(jī)的一個(gè)接口產(chǎn)生頻率為40KHz的方波信號(hào)，然后在經(jīng)過(guò)超聲波的發(fā)射電路產(chǎn)生超聲波6。 超聲波發(fā)射電路如圖7所示，脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用AT89C51的P1.0口發(fā)射40 KHz的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)74LS0

27、4放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。74LS04是一個(gè)高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有對(duì)稱(chēng)的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間，功耗小。超聲波發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，本系統(tǒng)將單片機(jī)P1.0端口輸出的40KHz方波信號(hào)分成兩路，一路經(jīng)一級(jí)74LS04反向放大后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)74LS04反向放大后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，從而構(gòu)成推拉式反向放大。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增

28、加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(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。超聲波換能器內(nèi)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，如果兩電極問(wèn)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7。圖7 超聲波發(fā)射(fsh)電路3.3 超聲波檢測(cè)(jin c)接收電路3.3.1集成電路(jchng-dinl)CX201

29、06A集成電路CX20106A是一款紅外接收的專(zhuān)用芯片，廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)證明，其具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾的能力。CX20106A芯片(國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品型號(hào)為D20106A)是日本索尼公司生產(chǎn)的用于檢測(cè)紅外線的專(zhuān)用芯片，常作為家用電器的紅外遙控接收器。常用的載波頻率38KHz與測(cè)距的40KHz較為相近，可以利用它來(lái)做接收電路。CX20106A芯片采用8腳單列直插式塑料超小型封裝，+5v供電，內(nèi)部含可前置放大、自動(dòng)偏置、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。其主要功能是從38KHz 紅外載波信號(hào)中，將編碼信號(hào)解調(diào)出來(lái)，并加以放大和整形

30、，然后再送到微處理器(CPU)進(jìn)行處理8。CX20106A是CX20106的改進(jìn)型，二者之間的主要差別在于電參數(shù)略有不同，CX20106A多用于超聲波測(cè)試。CX20106A芯片簡(jiǎn)單易用，電路簡(jiǎn)單，減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩。7引腳連接單片機(jī)的外部中斷，沒(méi)有接收到回波時(shí)，輸出為高電平，當(dāng)收到回波后立即變?yōu)榈碗娖健X20106A的引腳連接說(shuō)明如表1所示。表1 CX20106A的引腳說(shuō)明引腳符號(hào)說(shuō)明引腳1-IN超聲波信號(hào)輸入端，接超聲波接收探頭，用來(lái)檢驗(yàn)超聲波回波信號(hào)。引腳2-C1引腳與地之間串聯(lián)一個(gè)由電阻和電容組成的RC 網(wǎng)絡(luò)，改變電容或電阻中的一個(gè)，即可改變前置放大器的增益和頻率特性。本文RC參數(shù)為

31、R1=4.7，C1=1F。引腳3C2連接檢波電容，檢波方式為平均值檢波。本文超聲波測(cè)距對(duì)靈敏度要求相對(duì)較高，因此，電容參數(shù)取3.3F。引腳4GND接地端引腳5F0與電源間接入一個(gè)電阻，以確定帶通濾波器中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。本文超聲波的頻率為40kHz，取R=210k引腳6C3與地之間接一個(gè)積分電容，一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF。引腳7OUT信號(hào)輸出端，接一個(gè)22k上拉電阻到電源端引腳8Vcc電源端，接+5V電壓3.3.2 超聲波接收(jishu)電路超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形(b xn)變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵(g

32、unjin)是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號(hào)的CSB40R壓電式超聲波傳感器。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路進(jìn)行放大9。超聲波接收電路如圖8所示，采用CX20106A集成電路作為接收電路的核心，接收的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。其中的前置放大器具有自動(dòng)增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠(yuǎn)反射信號(hào)輸出微弱電壓時(shí)，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號(hào)強(qiáng)時(shí)放大器不會(huì)過(guò)載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳的外接電阻調(diào)節(jié)，不需

33、要外接電感，可避免外磁場(chǎng)對(duì)電路的干擾，可靠性較高。CX20106A接收超聲波有很高的靈敏度和抗干擾能力，可以滿足接收電路的要求。同時(shí)，使用集成電路也可以減少電路之間的相互干擾，減小電噪聲。當(dāng)接收到40KHz信號(hào)后，芯片7腳會(huì)出現(xiàn)較短的低電平，接入單片機(jī)便可以使單片機(jī)產(chǎn)生中斷。圖8 超聲波檢測(cè)(jin c)接收電路3.4 顯示(xinsh)電路本系統(tǒng)中的顯示(xinsh)部分采用1602LCD液晶顯示。LCD1602的操作簡(jiǎn)單、編程方便，且電路簡(jiǎn)單，顯示更加直觀、清晰。它顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。內(nèi)含復(fù)位電路，并且提供各種控制命令，如：清屏、

34、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM。具體接口如圖9所示，其7-14管腳分別與單片機(jī)的P0.0-0.7腳相連，RS、RW、EN分別為寄存器選擇、讀寫(xiě)信號(hào)選擇和使能端。圖9 顯示接口電路3.5 語(yǔ)音報(bào)警(bo jng)電路本系統(tǒng)采用ISD4004語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，音質(zhì)好，可實(shí)現(xiàn)分段錄放，能達(dá)到本系統(tǒng)的要求。語(yǔ)音電路的主要作用是在汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程(guchng)中，為駕駛員提供人性化的語(yǔ)音提示，可以使駕駛員在不分神的情況下，得知汽車(chē)與障礙物之間的距離，使倒車(chē)順利完成。3.5.1 語(yǔ)音(yyn)芯片選擇ISD4004 系列工作電壓3.3V，音質(zhì)好，適用于

35、移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用 CMOS 技術(shù)，片內(nèi)集成了時(shí)鐘振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、傳聲器前置放大器、自動(dòng)靜噪電路、高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陣列、模擬收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)控制電路、差動(dòng)音頻放大器電源控制等單元功能模塊。ISD4004與普通的錄音/重放芯片相比，有如下特點(diǎn)10：（1）單片8至16分鐘語(yǔ)音錄放；（2）高質(zhì)量、自然的語(yǔ)音還原技術(shù)；記錄的聲音沒(méi)有段長(zhǎng)度的限制；（3）快速閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)斷電不丟失，可保存100年，允許反復(fù)錄音10萬(wàn)次；（4）接口簡(jiǎn)單，SPI接口提供全部數(shù)據(jù)和控制操作；（5）3.3V 單電源供電，工作電流為2530mA，維持電流為1A。3.5.2 IS

36、D4004語(yǔ)音芯片的引腳定義ISD4004采用28腳的SOIC雙列直插式封裝，其引腳定義如圖10所示。圖10 ISD4004語(yǔ)音芯片的引腳排列ISD4004各引腳功能如下：(1) 電源(VCCA，VCCD)：VCCA和VCCD接3.3V電源。 (2) 地線(VSSA，VSSD)：VSSA和VSSD接地。 (3) 同相模擬(mn)輸入端(ANA IN+)：錄音信號(hào)的同相輸入(shr)端，輸入放大器可用單端或差分電路驅(qū)動(dòng)的方式。 (4) 反相模擬(mn)輸入端(ANA IN-)：當(dāng)采用差分驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，該引腳是錄音信號(hào)的反相輸入端。 (5) 音頻輸出(AUD OUT)：提供音頻輸出，可驅(qū)動(dòng)5k的負(fù)載

37、。 (6) 片選(/SS)：該引腳為低電平時(shí)，即選通該片ISD4004，并向其發(fā)送指令，在兩條指令之間該引腳為高電平狀態(tài)。 (7) 串行輸入(MOSI)：該引腳為ISD4004語(yǔ)音芯片的串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前的半個(gè)周期將數(shù)據(jù)傳送到該引腳，供ISD4004語(yǔ)音芯片輸入。 (8) 串行輸出(MISO)：該引腳為ISD4004語(yǔ)音芯片的串行輸出端。當(dāng) ISD4004語(yǔ)音芯片未被選中時(shí)，該引腳呈高阻狀態(tài)。 (9) 串行時(shí)鐘(SCLK)：該引腳為ISD4004語(yǔ)音芯片的串行時(shí)鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生串行時(shí)鐘，用于同步控制MOSI和MISO的數(shù)據(jù)輸入/輸出。在SCLK的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被

38、鎖存到ISD4004語(yǔ)音芯片中，在SCLK的下降沿，數(shù)據(jù)則移出ISD4004語(yǔ)音芯片。 (10) 中斷(/INT)：本端為漏極開(kāi)路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到EOM 或OVF 時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開(kāi)始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。OVF 標(biāo)志指示ISD的錄、放操作已到達(dá)存儲(chǔ)器的未尾。EOM 標(biāo)志只在放音中檢測(cè)到內(nèi)部的EOM 標(biāo)志時(shí)，此狀態(tài)位才置1。 (11) 行地址時(shí)鐘(RAC)：漏極開(kāi)路輸出，每個(gè)RAC周期表示 ISD4004內(nèi)部存儲(chǔ)器陣列的操作進(jìn)行了一行(ISD4004語(yǔ)音芯片中的存儲(chǔ)器一共有2400行)。該信號(hào)保持高電平的時(shí)間為175m

39、s，低電平時(shí)間為25ms。在快進(jìn)模式，RAC可保持高電平109.38s，低電平15.63s。該端可用于ISD4004語(yǔ)音芯片的存儲(chǔ)管理技術(shù)。(12) 外部時(shí)鐘(XCLK)：在不外接時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 (13) 自動(dòng)靜噪(AM CAP)：當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí)，ISD4004語(yǔ)音芯片的自動(dòng)靜噪功能可令錄音信號(hào)衰減，這樣有助于減小靜音時(shí)的噪聲。通常，該引腳對(duì)地接一只1uF的電容器，構(gòu)成ISD4004語(yǔ)音芯片內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分11。3.5.3 ISD4004與單片機(jī)的接口電路ISD4004和AT89C51單片機(jī)的連接較少。單片機(jī)的P2.1口接ISD4004的

40、片選引腳/SS，控制 ISD4004 是否選通；P2.0接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入錄放音的地址；P2.3接ISD4004的溢出中斷INT；P2.2接ISD4004的串行時(shí)鐘引腳 SLCK。單片機(jī)的P2.4接錄音按鈕S，按下時(shí)對(duì)ISD4004進(jìn)行錄音操作；P2.5接放音按鈕，按下時(shí)對(duì)ISD4004進(jìn)行放音操作；P2.6接STOP按鈕，用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位。圖11 ISD4004與單片機(jī)的接口(ji ku)電路本系統(tǒng)ISD4004與單片機(jī)的接口(ji ku)電路如上圖11所示。ISD4004語(yǔ)音芯片所需要的連接還有音頻信號(hào)輸出引腳 AUD OUT，該引腳通過(guò)一個(gè)濾波電容，經(jīng)

41、低壓音頻功率放大器LM386后與喇叭相連；MIC接ISD4004的錄音信號(hào)輸入端（ANA IN、ANA IN）；AM CAP為自動(dòng)(zdng)靜音端，使用時(shí)通過(guò)一個(gè)1F電容接地12。此外，要注意的是 ISD4004 的工作電壓為 3.3V，而LM386的工作電壓為 5V。本系統(tǒng)ISD4004與單片機(jī)的接口電路如圖10所示。汽車(chē)在倒車(chē)過(guò)程中，語(yǔ)音報(bào)警電路根據(jù)倒車(chē)的距離段不同進(jìn)行不同的語(yǔ)音提示。當(dāng)?shù)管?chē)距離大于2米時(shí)，語(yǔ)音提示為“請(qǐng)放心倒車(chē)”；當(dāng)?shù)管?chē)距離為 2 米時(shí)，語(yǔ)音提示為“2 米，2 米”；當(dāng)?shù)管?chē)距離為 1 米時(shí)，語(yǔ)音提示為“1 米，1 米”；當(dāng)?shù)管?chē)距離小于等于 0.5 米時(shí)，語(yǔ)音提示為“危險(xiǎn)

42、，緊急停車(chē)”。另外，語(yǔ)音報(bào)警電路專(zhuān)門(mén)設(shè)置了電源開(kāi)關(guān) S2，如果駕駛員喜歡安靜，不希望被語(yǔ)音提示打擾，則可以關(guān)閉語(yǔ)音報(bào)警功能。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)軟件的支持，本章主要介紹在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)將主程序分為若干個(gè)功能模塊，然后對(duì)各個(gè)功能模塊分別進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最后將所有模塊組合起來(lái)成為整個(gè)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件部分。本章將對(duì)本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。4.1 軟件設(shè)計(jì)的要求(yoqi)本系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)要求是利用超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)一個(gè)車(chē)用的倒車(chē)?yán)走_(dá)。要求通過(guò)設(shè)計(jì)能夠(nnggu)測(cè)出車(chē)與障礙物的距離，并能在距離小于2m的時(shí)候開(kāi)始根據(jù)設(shè)定值

43、進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件對(duì)總體設(shè)計(jì)主要包括：（1）主程序，包括系統(tǒng)的初始化以及各子程序的調(diào)度管理等部分。（2）超聲波測(cè)距程序模塊，包括超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收子程序以及距離計(jì)算子程序等部分。（3）語(yǔ)音報(bào)警程序模塊，包括ISD4004錄音子程序、放音子程序以及停止子程序等部分組成。4.2 主程序設(shè)計(jì)主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，然后調(diào)用超聲波發(fā)射子程序送出超聲波脈沖，打開(kāi)外部中斷0接收返回的超聲波信號(hào)13。如果有回波接收到則利用聲速進(jìn)行距離計(jì)算，并送到顯示程序顯示，同時(shí)選擇語(yǔ)音播報(bào)地址，最后播報(bào)語(yǔ)音和顯示

44、所測(cè)距離。主流程框圖如圖12所示。 圖12 主程序流程圖 圖13 計(jì)算距離子程序4.3 超聲波測(cè)距模塊(m kui)設(shè)計(jì)4.3.1 距離(jl)計(jì)算子程序由本文(bnwn)第二章所介紹的超聲波測(cè)距的算法公式可知，距離計(jì)算子程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于得到當(dāng)?shù)芈曀?，以及從超聲波發(fā)射到接收的時(shí)間差的獲取。在實(shí)驗(yàn)室條件下（20）超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為344m/s，可得發(fā)射點(diǎn)距離障礙物之間的距離為式（3）： (3)在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)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端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，

45、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14。在實(shí)驗(yàn)室情況下可認(rèn)為聲速是基本不變的，如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。在程序設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意到晶振頻率為12MHz，機(jī)器周期就為1us,所測(cè)得時(shí)間無(wú)需換算，所以根據(jù)公式4-1算出來(lái)的距離即如式（4）（cm）所示： (4)計(jì)算得公式（5）： (5)距離計(jì)算子程序流程圖如圖13所示。4.3.2 超聲波發(fā)送和接收程序超聲波發(fā)射子程序的作用是通過(guò)P1.0端口發(fā)送超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12s左右，同時(shí)把定時(shí)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。主程序利用為中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲

46、波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序，并立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出是還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括T1中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。其中部分源程序如下：void time1() interrupt 3 P1_0=P1_0; void int0( ) interrupt 0t=(TH0*256+TL0);/計(jì)算高電平持續(xù)的時(shí)間TR1=0;TH0=0;TL0=0;4.4 ISD4004語(yǔ)音報(bào)警(bo jng)程序設(shè)計(jì)ISD4004語(yǔ)音報(bào)警程序主要是對(duì)測(cè)得的距離信號(hào)進(jìn)行查詢(xún)，準(zhǔn)確判斷(pndun)

47、距離信息是否有效，并可靠查找信息所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音存儲(chǔ)地址(dzh)，取出信息進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)。4.4.1 錄音放音時(shí)序及操作流程ISD4004 在延時(shí) TPUD(8KHz 采樣時(shí)，約為 25ms)后才能開(kāi)始操作。因此，用戶(hù)發(fā)完上電指令后，必須等待 TPUD，才能發(fā)出一條操作指令。單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送錄音指令后，ISD4004 的 ANA IN 引腳就將語(yǔ)音數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 ISD4004 指定的內(nèi)部存儲(chǔ)器里。錄音操作流程如圖14所示。 單片機(jī)向 ISD4004 發(fā)送放音指令后，ISD4004 就從指定的內(nèi)部存儲(chǔ)器里讀出數(shù)據(jù)并通過(guò) ANA OUT 引腳輸出語(yǔ)音數(shù)據(jù)。放音操作流程如圖15所示15。 圖

48、14 錄音操作流程圖 圖15 放音操作流程4.4.2 語(yǔ)音報(bào)警(bo jng)主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用分段語(yǔ)音報(bào)警來(lái)提示駕駛員。語(yǔ)音提示內(nèi)容共分4段，分別存儲(chǔ)在 ISD4004 的不同(b tn)地址范圍內(nèi)。這4段語(yǔ)音分別為：（1）請(qǐng)放心倒車(chē)；（2）2 米，2 米；（3）1 米，1 米；（4）危險(xiǎn)，緊急停車(chē)。語(yǔ)音報(bào)警模塊的主程序流程圖如圖16所示。圖16 語(yǔ)音報(bào)警(bo jng)模塊主程序流程圖5 系統(tǒng)的仿真調(diào)試5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試內(nèi)容對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試包括對(duì)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。首先，要在Proteus軟件中對(duì)電路進(jìn)行仿真調(diào)試，這需要同所編寫(xiě)程序下載聯(lián)機(jī)仿真。利用Keil uVision4對(duì)實(shí)驗(yàn)程

49、序進(jìn)行編譯，軟件調(diào)試開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖17所示。編譯調(diào)試成功后可將程序下載到Proteus中硬件電路中的單片機(jī)調(diào)試運(yùn)行。可以根據(jù)實(shí)際情況修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。圖17 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境(hunjng)界面如圖18為Proteus部分仿真運(yùn)行圖，由仿真電路(dinl)可以測(cè)得距離并顯示。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。圖18 Proteus仿真(fn zhn)運(yùn)行圖5.2 實(shí)驗(yàn)的誤差(wch)分析本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)(shyn)測(cè)距的過(guò)程中，不可避免地會(huì)存在測(cè)量誤差。產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因如

50、下16：（1）超聲波傳播速度(sd)的影響。準(zhǔn)確的得到超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件，超聲波在空氣中傳播的速度會(huì)受到溫度、濕度、大氣壓力等因素的影響。對(duì)于測(cè)距而言，引起超聲波傳播速度變化的主要原因是溫度的變化。但在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)定的環(huán)境條件是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，室溫20下的聲波平均速度344m/s，而這個(gè)聲速定會(huì)與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際超聲波傳播速度有偏差，這樣就會(huì)造成測(cè)量誤差。（2）超聲波回波時(shí)間測(cè)定的影響。為了防止其他信號(hào)的干擾，提高測(cè)量的可靠性，超聲波傳感器常常一次發(fā)射的是多個(gè)超聲波脈沖串。實(shí)際測(cè)量時(shí)，接收電路接收到的往往不是第一個(gè)回波的過(guò)零觸發(fā)。這樣，最終測(cè)得的時(shí)間則與實(shí)際距離所對(duì)應(yīng)的時(shí)間不同，從而

51、造成了超聲波回波時(shí)間引起測(cè)量誤差。（3）測(cè)量盲區(qū)的影響。超聲波傳感器安裝在汽車(chē)尾部的保險(xiǎn)杠上，當(dāng)障礙物不在超聲波發(fā)射的幾何角度上，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量盲區(qū)。在測(cè)量盲區(qū)內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)正常測(cè)距，測(cè)量誤差很大。此外，在程序指令運(yùn)行過(guò)程中需要占用一定的時(shí)間以及環(huán)境中的干擾因素等都會(huì)引起測(cè)量誤差。結(jié)束語(yǔ)本文所設(shè)計(jì)的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)是一種保證汽車(chē)安全的輔助泊車(chē)系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中通過(guò)AT89C51單片機(jī)的引腳發(fā)出40KHz的脈沖，經(jīng)超聲波探頭反射出超聲波，使用高速單片機(jī)計(jì)算測(cè)量車(chē)與障礙物之間的往返時(shí)間然后再通過(guò)公式計(jì)算出車(chē)與障礙物的距離，當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定值時(shí)由揚(yáng)聲器發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提示，根據(jù)具體距離數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)音提示，在

52、報(bào)警過(guò)程中可使用按鍵關(guān)閉報(bào)警。該超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠(nnggu)滿足一般近距離測(cè)距要求，具有(jyu)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且成本低、有良好(lingho)的性?xún)r(jià)比，測(cè)量精度比較高等優(yōu)點(diǎn)，而其最大的優(yōu)勢(shì)在于硬件電路中加入了ISD4004語(yǔ)音芯片，可以對(duì)測(cè)量距離進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示，使駕駛員更直觀的了解倒車(chē)狀態(tài)。但是由于時(shí)間精力和個(gè)人能力有限，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有很多不足。所以如若使用在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步探討： （1） 如何將溫度對(duì)聲速的影響降到最低。（2） 如何對(duì)非平面物體和傾斜物體進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)距。（3） 如何減小測(cè)距盲區(qū)。（4） 如何進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。參考文獻(xiàn)1 馮若

53、.超聲手冊(cè)M.南京:南京大學(xué)出版社,1999.1:20-342 林書(shū)玉.超聲換能器的原理(yunl)及設(shè)計(jì)M.北京:北京科學(xué)出版社,2004.7:49-70 3 莫品光,劉艷紅.基于超聲波的倒車(chē)(do ch)防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.技術(shù)與應(yīng)用,2012.3:14-164 陳濤.單片機(jī)應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)(chn x sh j)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.1:8-305 韓博起.車(chē)載倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究D.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006：1-206 陳連坤.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C語(yǔ)言版）M.北京:清華大學(xué)出版社,北京交通大學(xué)出版社,2009.12:124-1287 張涵.AT89S51單片

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57、令，兩條指令之間為高電平sbit isd4004_int=P23;/ISD4004溢出，當(dāng)為0時(shí)為溢出sbit record_key=P24;/定義控制錄音的按鍵sbit play_key=P25;/定義控制放音的按鍵sbit addr_key=P26; void delay_50us(unsigned int t);/延時(shí)50*T微妙函數(shù)(hnsh)的聲明void delay_3us();/3US的延時(shí)程序(chngx)void send_isd4004(unsigned char value);/向ISD4004發(fā)送數(shù)據(jù)void isd4004_stopmode();/向ISD4004發(fā)送

58、(f sn)0X30，讓ISD4004停止工作void isd4004_powerdown();/向ISD4004發(fā)送0X10,使ISD4004發(fā)送數(shù)void isd4004_powerup();/向ISD4004發(fā)送0X20,使ISD4004上電 void isd4004_play();/放音void play_deal();/放音處理unsigned char flag1=0,flag2=0,flag3=0,flag4=0,addr_flag=0,addr; void play_deal() isd4004_int=1; if(isd4004_int=1) play_key=1; if(play_key=0) switch (flag2) case 0: isd4004_play(); flag2=1; flag1=0; break; case 1: isd4004_stopmode(); isd4004_powerdown(