基于51單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)

第1頁(yè)共25頁(yè)-PAGEI-課題：汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)目錄第一章緒論315311.1課題設(shè)計(jì)的目的和意義 1186111.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 131429第二章總體方案 2115182.1本設(shè)計(jì)的研究方法 2132402.2系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì) 290312.3系統(tǒng)整體方案的論證 2301002.4超聲測(cè)距原理 2223242.4.1超聲波測(cè)距概述 2139332.4.2超聲波傳感器介紹 390622.4.3超聲波測(cè)距的原理 414269第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)141823.1AT89S51單片機(jī) 6222893.2超聲波測(cè)距的系統(tǒng)及其組成 8240743.2.1超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng) 844533.2.2超聲波發(fā)射、接受電路 9286583.3.3顯示電路 11138543.3.4供電電路 1269313.2.5報(bào)警輸出電路 1228408第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)121354.1主程序設(shè)計(jì) 13113804.2超聲波測(cè)距子程序及其流程圖 14251384.3超聲波測(cè)距流程圖 1617017第五章系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析175485.1調(diào)試步驟 17288065.2誤差分析 18768結(jié)論12529參考資料 2014239附錄一超聲波測(cè)距原理圖 2127513附錄二PCB圖 229335附錄三實(shí)物圖 23-PAGE1-第一章緒論1.1課題設(shè)計(jì)的目的和意義隨著汽車的普及，越來(lái)越多的家庭擁有了汽車。交通擁擠狀況也隨之出現(xiàn)，撞車事件也是經(jīng)常發(fā)生，人們?cè)谙硎芷噹?lái)的樂(lè)趣和方便的同時(shí)，更加注重的是汽車的安全性，許多“追尾”事故都與車距有著密切的關(guān)系。為了解決這個(gè)安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種汽車測(cè)距防撞報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單。所以超聲波測(cè)距法是一種非常簡(jiǎn)單常見(jiàn)的方法，應(yīng)用在汽車停車的前后左右防撞的近距離測(cè)量，以及在汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵洌瓷?，干涉，衍射，散射。超聲波測(cè)距是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時(shí)，超聲波測(cè)距傳感器利用超聲波檢測(cè)車輛后方的障礙物位置，并利用LED顯示出來(lái)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定距離時(shí)，系統(tǒng)能發(fā)出報(bào)警聲，進(jìn)而提醒駕駛?cè)藛T，起到安全的左右。通過(guò)本課題的研究，將所學(xué)到的知識(shí)用在實(shí)踐中并有所創(chuàng)新和進(jìn)步。該設(shè)計(jì)可廣泛應(yīng)用在生活、軍事、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，它需要設(shè)計(jì)者有較好的數(shù)電、模電知識(shí)，并且有一定的編程能力，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波發(fā)射與接收信號(hào)進(jìn)行控制，通過(guò)單片機(jī)程序?qū)Τ暡ㄐ盘?hào)進(jìn)行相應(yīng)的分析、計(jì)算、處理最后顯示在LED數(shù)碼管上。1.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀近年來(lái)，由于導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)測(cè)距、機(jī)械加工自動(dòng)化等方面的需要，自動(dòng)測(cè)距變得十分重要。與同類測(cè)距方法相比，超聲波測(cè)距法具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）相對(duì)于聲波，超聲波有定向性較好、能量集中、在傳輸過(guò)程中衰減較小、反射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。（2）和光學(xué)方法相比，超聲波的波速較小，可以直接測(cè)量較近的目標(biāo)，縱向分辨率高；對(duì)色彩、光照度、電磁場(chǎng)不敏感，被測(cè)物體處于黑暗、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。特別是在海洋勘測(cè)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。（3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，便于小型化和集成化。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們利用超聲波的技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在不斷發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)。圖2-2超聲波測(cè)距原理圖2-2中被測(cè)距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過(guò)的距離用表示，由圖可得：(1)(2)將式(2)帶入式(1)得：(3)在整個(gè)傳播過(guò)程中，超聲波所走過(guò)的距離為：(4)式中：為超聲波的傳播速度，為傳播時(shí)間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。將式(4)帶入式(3)可得：(5)當(dāng)被測(cè)距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時(shí)，式(5)變?yōu)椋?6)這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離[2]。由于是利用超聲波測(cè)距，要測(cè)量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù)定的傳播距離，同時(shí)這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測(cè)到回波信號(hào)和防止外界干擾信號(hào)的干擾。經(jīng)分析和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為40左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個(gè)模塊組成。單片機(jī)主控芯片使用51系列AT89S51單片機(jī)，該單片機(jī)工作性能穩(wěn)定，同時(shí)也是在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到的控制芯片。發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡(jiǎn)單，調(diào)試工作小較小。圖3-1：系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路、報(bào)警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機(jī)采用AT89S51，系統(tǒng)晶振采用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P2.7端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，P3.5端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的P2口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P3.4、P3.2、P3.3口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。3.1AT89S51單片機(jī)AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)：·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲(chǔ)器·1000次擦寫(xiě)周期·4.0－5.5V的工作電壓范圍·全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz·三級(jí)程序加密鎖·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個(gè)可編程I／O口線·2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·全雙工串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)·看門(mén)狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針·掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性·靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式）除此以外AT89S51還提供一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2超聲波測(cè)距的系統(tǒng)及其組成本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89S51控制，包括單片機(jī)系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖3-1所示。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S51。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P2.7端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，P3.5端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的P2口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P3.4、P3.2、P3.3口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過(guò)接收電路處理后，向單片機(jī)P3.5輸入一個(gè)低電平脈沖。單片機(jī)控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到P3.5由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅⒓赐Ｖ箖?nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。單片機(jī)將測(cè)得的時(shí)間與聲速相乘再除以2即可得到測(cè)量值，最后經(jīng)3位數(shù)碼管將測(cè)得的結(jié)果顯示出來(lái)。3.2.1超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)主要由：AT89S51單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。由K1，K2組成測(cè)距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設(shè)定超聲波測(cè)距報(bào)警值。如圖3-3。圖3-2：超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)3.2.2超聲波發(fā)射、接受電路超聲波發(fā)射如圖3-3，接收電路如圖3-4。超聲波發(fā)射電路由電阻R1、三極管BG1、超聲波脈沖變壓器B及超聲波發(fā)送頭T40構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產(chǎn)端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測(cè)量距離。接收電路由BG1、BG2組成的兩組三級(jí)管放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由C7、D1、D2及BG3組成。40kHz的方波由AT89S51單片機(jī)的P2.7輸出，經(jīng)BG1推動(dòng)超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級(jí)形成60VPP的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來(lái)的回波由超聲波接收頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的P3腳。圖3-3：超聲波測(cè)距發(fā)送單元該測(cè)距電路的40kHz方波信號(hào)由單片機(jī)AT89S51的P2.7發(fā)出。方波的周期為1/40ms，即25μs，半周期為12.5μs。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生40kHz方波。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為12M晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是1μs，所以只能產(chǎn)生半周期為12μs或13μs的方波信號(hào)，頻率分別為41.67kHz和38.46kHz。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約38.46kHz的方波。圖3-4：超聲波測(cè)距接收單元由于反射回來(lái)的超聲波信號(hào)非常微弱，所以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接收電路如圖3-4所示。接收到的信號(hào)加到BG1、BG2組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為70倍。放大的信號(hào)通過(guò)檢波電路得到解調(diào)后的信號(hào)，即把多個(gè)脈沖波解調(diào)成多個(gè)大脈沖波。這里使用的是IN4148檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好，制作難度小。3.3.3顯示電路本系統(tǒng)采用三位一體LED數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，如圖3-6。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的P2口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的P3.4、P3.2、P3.3口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。圖3-5：顯示單元3.3.4供電電路本測(cè)距系統(tǒng)由于采用的是LED數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時(shí)，系統(tǒng)工作電流約為30-45mA，為保證系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的可靠正常工作，系統(tǒng)的供電方式主要交流AC6-9伏，同時(shí)為調(diào)試系統(tǒng)方便，供電方式考慮了第二種方式，即由USB口供電，調(diào)試時(shí)直接由電腦USB口供電。6伏交流是經(jīng)過(guò)整流二極管D1-D4整流成脈動(dòng)直流后，經(jīng)慮波電容C1慮波后形成直流電，為保證單片機(jī)系統(tǒng)的可電，供電路中由5伏的三端稱壓集成電路進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出5伏的真流電供整個(gè)系統(tǒng)用電，為進(jìn)一步提高電源質(zhì)量，5伏的直流電再次經(jīng)過(guò)C3、C4濾波。圖3-6：供電單元電路圖3.2.5報(bào)警輸出電路為提高測(cè)測(cè)距系統(tǒng)的實(shí)用性，本測(cè)距系統(tǒng)的報(bào)警輸出提供開(kāi)關(guān)量信號(hào)及聲響信號(hào)兩種方式。方式一：報(bào)警信號(hào)由單片機(jī)P3.1端口輸出，繼電器輸出，可驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載，電路由電阻R6、三極管BG9、繼電器JDQ組成，當(dāng)測(cè)量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，繼電器吸合，測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，繼電器斷開(kāi)。方式二：報(bào)警信號(hào)由單片機(jī)P0.2口輸出，提供聲響報(bào)警信號(hào)，電路由電阻R7、三極管BG8、蜂鳴器BY組成，當(dāng)測(cè)量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出“滴、滴、滴…..”報(bào)警聲響信號(hào)，測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，停止發(fā)出報(bào)警聲響。報(bào)警輸出電路如圖3-7。圖3-7：報(bào)警輸出電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。

主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí)。置位總中斷允許位EA。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位ec=1時(shí)，測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是4-5次/秒。測(cè)距間隔中，整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測(cè)量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn)生4個(gè)頻率為38.46kHz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約1.5-2ms時(shí)間（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對(duì)單片機(jī)P3.5腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測(cè)到P3.5腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止T0計(jì)時(shí)。由于采用單片機(jī)采用的是12MHz的晶振，計(jì)時(shí)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)超聲波測(cè)距子程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式（2）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。設(shè)計(jì)時(shí)取15℃時(shí)的聲速為340m/s則有：

d=(c×t)/2=172×T0/10000cm其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。

測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。4.2超聲波測(cè)距子程序及其流程圖voidwdzh() { TR0=0; TH1=0x00; TL1=0x00; csbint=1; sx=0; delay(1700); csbfs(); csbout=1; TR1=1; i=yzsj; while(i--) { } i=0; while(csbint) //判斷接收回路是否收到超聲波的回波 { i++; if(i>=3300) csbint=0; } TR1=0; s=TH1; s=s*256+TL1; TR0=1; csbint=1; jsz=s*csbc; //計(jì)算測(cè)量結(jié)果 jsz=jsz/2; } 產(chǎn)生超聲波的子程序： 為了方便程序移置及準(zhǔn)確產(chǎn)生超聲波信號(hào)，本測(cè)距的超聲波產(chǎn)生程序是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的進(jìn)退聲波產(chǎn)生程序。產(chǎn)生的超聲波個(gè)數(shù)為 UCSBFSSEGMENTCODE RSEGUCSBFS PUBLICCSBFS CSBFS: movR6,#8h;超聲波發(fā)射的完整波形個(gè)數(shù)：共計(jì)四個(gè) here: cplp2.7;輸出40kHz方波 nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnzR6,here RET END流程圖：4.3超聲波測(cè)距流程圖系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析5.1調(diào)試步驟我的步驟是先焊接各個(gè)模塊，焊接完每個(gè)模塊以后，再進(jìn)行模塊的單獨(dú)測(cè)試，以確保在整個(gè)系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫(xiě)好程序的AT89S51機(jī)裝到測(cè)距板上，通電后將測(cè)距板的超聲波頭對(duì)著墻面往復(fù)移動(dòng)，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會(huì)不會(huì)變化，在測(cè)量范圍內(nèi)能否正常顯示。如果一直顯示“---”，則需將下限值增大。本測(cè)距板1s測(cè)量4-5次，超聲波發(fā)送功率較大時(shí)，測(cè)量距離遠(yuǎn)，則相應(yīng)的下限值（盲區(qū)）應(yīng)設(shè)置為高值。試驗(yàn)板中的聲速?zèng)]有進(jìn)行溫度補(bǔ)償，聲速值為340m/s，該值為15℃時(shí)的超聲波值。注：由于條件原因調(diào)試時(shí)無(wú)法提供6V交流電與5V雙USB接口線，所以由4.5V干電池與5V實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓電源代替。5.2誤差分析超聲波測(cè)距由于其再使用中不受光照度、電磁場(chǎng)、色彩等因素的影響，加之其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，在機(jī)器人避障和定位、汽車倒車、水庫(kù)液位測(cè)量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。在原理上將，超聲波測(cè)距有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測(cè)距常用，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測(cè)物，經(jīng)反射后由超聲波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，在已知超聲波聲速的前提下，可計(jì)算被測(cè)物的距離H，即：H=vt/2。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。這些因素使超聲波測(cè)距的精度和范圍受到影響。（1）溫度對(duì)超聲波波速的影響空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響。其中溫度對(duì)超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響，當(dāng)需要精確確定超聲波傳播速度時(shí)，必須考慮溫度的影響。（2）超聲波回波聲強(qiáng)影響超聲波回波聲強(qiáng)與被測(cè)物得距離有由直接的關(guān)系，實(shí)際測(cè)量時(shí)，不一定是第一個(gè)回波的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過(guò)根據(jù)測(cè)量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)以及動(dòng)態(tài)調(diào)整比較電壓來(lái)減小這種誤差。（3）電路本身影響電路硬件和軟件本身存在一定的缺陷，因此會(huì)造成測(cè)量誤差，主要表現(xiàn)為：①啟動(dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)之間的偏差。這是源于單片機(jī)一次只能處理一件事，所以啟動(dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)實(shí)際上不能同時(shí)完成，是先后完成的，存在時(shí)差。但只要指令速度足夠快，其偏差可以忽略。②收到回波到被檢測(cè)出的滯后。這是源于檢測(cè)電路的靈敏度和判斷偏差，從收到實(shí)際回波到電路確認(rèn)并輸出相應(yīng)信號(hào)肯定存在滯后，這和回波信號(hào)強(qiáng)弱、檢測(cè)電路原理以及判斷電路的敏感性相關(guān)，也是超聲波測(cè)距的核心。③收到中斷到中斷響應(yīng)停止計(jì)時(shí)之間的滯后。這是源于單片機(jī)的中斷機(jī)制。收到中斷信號(hào)后，單片機(jī)不可能立刻響應(yīng)，至少要完成當(dāng)前的指令，有時(shí)還要等待其它中斷服務(wù)結(jié)束，所以這個(gè)滯后時(shí)間也不確定，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的變化。但這個(gè)因素可以通過(guò)提高單片機(jī)速度，使用高優(yōu)先級(jí)中斷。④計(jì)時(shí)器本身的誤差。這是源于計(jì)時(shí)器本身。由于目前多數(shù)使用晶體振蕩器，其穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度為20-50PPM級(jí)別，對(duì)于音速而言，其帶來(lái)的誤差在mm級(jí)。為減小此項(xiàng)誤差，應(yīng)該提高計(jì)時(shí)的最小單位，即是選擇頻率高的晶振，從而降低量化誤差。同時(shí)選用質(zhì)量好的晶振。（4）超聲波波速入射角影響超聲波波束入射角也會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，由于系統(tǒng)是用來(lái)測(cè)量點(diǎn)和面的距離，則被測(cè)物表面，超聲波發(fā)射探頭和接收探頭三者之間存在一個(gè)幾何角度，即發(fā)射波入射到接收探頭的角度，如果這個(gè)角度不是0度，系統(tǒng)測(cè)量到的距離是被測(cè)物與接收探頭之間的距離而不是和測(cè)量參考面之間的距離，這就會(huì)造成測(cè)量誤差。（5）超聲波傳感器所加脈沖電壓對(duì)測(cè)量范圍和精度的影響制作超聲波傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲波測(cè)距常用壓電材料制作的傳感器。超聲波傳感器外加脈沖電壓的幅值會(huì)影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)壓電材料不受外力時(shí)，其應(yīng)變S與外加電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系為： S=dE其中d為應(yīng)變電場(chǎng)常數(shù)。超聲波傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進(jìn)而影響超聲波幅值。這些會(huì)直接影響超聲波的回波幅值。所以，為了提高壓電轉(zhuǎn)換效率，提高超聲測(cè)距精度和范圍，應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。結(jié)論本文主要講述了倒車?yán)走_(dá)，即超聲波測(cè)距儀的原理和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(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(cè)量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離，在距離小于50cm時(shí)發(fā)出報(bào)警。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。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)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S51，采用12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)控制超聲波發(fā)射與接收模塊進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射與接收。顯示電路采用LED數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。實(shí)際測(cè)試證明，本超聲波測(cè)距儀的性能不是特別穩(wěn)定。超聲波測(cè)距儀還可以做如下改進(jìn)：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不高，被測(cè)物體表面移動(dòng)速度很小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量；移動(dòng)速度過(guò)大，波動(dòng)較大時(shí)，誤差變大。可以研究更為合理的波導(dǎo)管和輔助測(cè)量手段。提高超聲波發(fā)射探頭的固有頻率。如果超聲波的固有頻率為40kHz，并假設(shè)接收信號(hào)觸發(fā)閥值建立時(shí)間滯后兩個(gè)周期，如果將超聲波的固有頻率提高至200kHz,則測(cè)試誤差將縮小5倍。增加抗干擾措施。由于超聲波測(cè)距儀測(cè)量的距離比較小，故采用TCT40-16T/R超聲波傳感器作為發(fā)射和接收裝置，雖然也存在一定得自身干擾，但是比發(fā)射與接收采用一只壓電陶瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。另外加上環(huán)境溫度、氣流等的影響，使超聲波測(cè)距系統(tǒng)受到干擾尤為嚴(yán)重。系統(tǒng)抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個(gè)方面著手。為了抑制外部干擾，接收裝置可以采用過(guò)零檢測(cè)裝置，保證接收到得超聲波為物體反射回來(lái)的超聲波，