畢設(shè)倒車(chē)系統(tǒng)

編號(hào):____________審定成績(jī):____________重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目:簡(jiǎn)易倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得設(shè)計(jì)學(xué)院名稱:光電工程學(xué)院學(xué)生姓名:費(fèi)超專業(yè):電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí):學(xué)號(hào):2010211194指導(dǎo)教師:馮志宇答辯組負(fù)責(zé)人:填表時(shí)間:年月重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制摘要 隨著汽車(chē)普及率得提高,倒車(chē)?yán)走_(dá)得存在對(duì)于減少與避免交通事故得發(fā)生得意義顯得尤為重要,基于此理念而提出了倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片,結(jié)合超聲波測(cè)距技術(shù)、溫度補(bǔ)償技術(shù)與角度補(bǔ)償算法而設(shè)計(jì)出來(lái)得一個(gè)簡(jiǎn)易得倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)得主要目得就是學(xué)會(huì)一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)得設(shè)計(jì)過(guò)程,亦加深設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)與倒車(chē)?yán)走_(dá)得了解。 本設(shè)計(jì)主要采用得就是簡(jiǎn)單易行且成本低廉得超聲波測(cè)距技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),由MCU通過(guò)控制HY-SRF05收發(fā)一體得超聲波測(cè)距傳感器得到渡越時(shí)間,控制DS18B20溫度傳感器得到環(huán)境溫度(超聲波得波速就是與環(huán)境溫度有關(guān)得),再由合理得算法運(yùn)算(包括角度補(bǔ)償)得到其車(chē)身與障礙物之間距離,做出顯示與對(duì)駕駛員得提醒。整個(gè)系統(tǒng)得設(shè)計(jì),在控制為較低得成本得情況下,可實(shí)現(xiàn)精確得距離測(cè)量、直觀得顯示與適當(dāng)?shù)寐曇籼嵝压δ?對(duì)駕駛員而言),就是一個(gè)值得在小型、廉價(jià)汽車(chē)中推廣得倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 本文闡述了超聲波測(cè)距得發(fā)展及基本原理,概述了其她得汽車(chē)上可使用得測(cè)距方式;本文亦給出了詳盡得硬件電路與程序及其設(shè)計(jì)思路、流程圖,對(duì)于做相關(guān)設(shè)計(jì)得讀者,就是有一定得借鑒意義得?！娟P(guān)鍵詞】倒車(chē)?yán)走_(dá)超聲波測(cè)距STC89C52溫度補(bǔ)償ABSTRACT Withtheimprovementofpenetration,theexistenceofthereversingradartoreduceoravoidthehappeningoftrafficaccidentisimportantparticularly,andbasedonthisconceptandthedesignofthereversingradarsystemwasputforward、TheconceptofthisdesigniswithSTC89C52RCMCUasthemastercontrolchip,binedthetechnologyofultrasonicranging,temperaturepensationtodesignasimplemodelofthereversingradar、Themainpurposeofthisdesignistolearnthedesignprocessofthesimplysystem,itcanalsodeependesigners’understandingofdesignandreversingradar、Thisdesignmainlyusesasimpleandlowcostofultrasonicrangingtechnologytoachieveitsfunction、ItusestheMCUtocontroltheultrasonicrangingsensorHY-SRF05transceivertogettransittime,andcontrolthetemperaturesensorDS18B20togetthesurroundingtemperature(thevelocityofultrasonicwaveisrelatedtotheenvironmentaltemperature),thenbyreasonablealgorithmoperation(includingAnglepensation)togetthedistancebetweenthecarandtheobstacles,thendisplayandremindthedriver、Thedesignofthewholesystem,inthecaseofcontrolforlowcost,canrealizetheprecisedistancemeasurement,givethevisualdisplayandappropriatevoiceremindfunction(forthedriver),isaworthyofpromotioninsmall,cheapcarsreversingradarsystem、 Thispaperexpoundsthedevelopmentandbasicprincipleofultrasonicranging,outlinestheothermethodsofrangingincars;Thispaperalsogivesthedetailedhardwarecircuitandtheprogramanditsdesignidea,flowchart,whichforthereaderwhodorelevantdesignisacertainreferencesignificance、【Keywords】

Parkingsensors

ultrasonicrangingSTC89C52temperaturepensation目錄前言 -1-第一章倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)概述 -2-第一節(jié)倒車(chē)?yán)走_(dá)得發(fā)展歷史及趨勢(shì) -2-第二節(jié)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得基本組成 -3-第二章倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得原理 -4-第一節(jié)汽車(chē)得基本測(cè)距方式 -4-一、超聲波測(cè)距 -4-二、毫米波雷達(dá)測(cè)距 -4-三、攝像系統(tǒng)測(cè)距 -4-四、激光測(cè)距 -5-第二節(jié)超聲波基本理論 -5-一、超聲波得形式 -5-二、超聲波得基本物理性質(zhì) -5-三、超聲波得特性 -6-第三節(jié)超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理 -7-一、超聲波傳感器 -7-二、超聲波傳感器得性能指標(biāo)[7] -7-三、超聲波測(cè)距方案 -7-第三章系統(tǒng)主要硬件電路 -10-第一節(jié)系統(tǒng)硬件電路得總體設(shè)計(jì)方案 -10-第二節(jié)超聲波測(cè)距傳感器 -10-一、超聲波測(cè)距模塊工作原理 -10-二、超聲波測(cè)距模塊電路 -11-三、超聲波測(cè)距模塊主要電氣參數(shù) -12-第三節(jié)單片機(jī)控制系統(tǒng)電路 -13-一、電源電路 -13-二、復(fù)位電路 -13-三、時(shí)鐘電路 -14-四、按鍵電路 -15-五、聲音報(bào)警電路 -15-六、溫度補(bǔ)償電路 -16-七、顯示電路 -16-第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) -18-第一節(jié)系統(tǒng)程序得結(jié)構(gòu) -18-第二節(jié)系統(tǒng)主要部分得程序 -20-一、DS18B20溫度檢測(cè)程序 -20-二、HY-SRF05超聲波測(cè)距程序 -20-三、LCD1602顯示程序 -21-四、蜂鳴器報(bào)警程序 -21-五、數(shù)據(jù)處理程序 -21-結(jié)論 -23-致謝 -24-參考文獻(xiàn) -25-附錄 -26-一、英文原文 -26-二、英文翻譯 -42-三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 -54-四、源程序 -55-前言科學(xué)技術(shù)得得發(fā)展,工業(yè)文明得進(jìn)步,使得汽車(chē)得普及率大大提升。人們?cè)谙硎芷?chē)帶來(lái)得便利得同時(shí),更加需要注重汽車(chē)使用過(guò)程中得安全性,如今得汽車(chē)交通事故頻頻發(fā)生,在提高駕駛員整體素質(zhì)得同時(shí),對(duì)汽車(chē)本身某些功能得提升也理所當(dāng)然,因此倒車(chē)?yán)走_(dá)也應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)德國(guó)戴勒姆——奔馳汽車(chē)制造公司研究報(bào)告表明:在危險(xiǎn)情況下,如果給駕駛員提前0、5秒得反應(yīng)時(shí)間,則能夠分別減少撞車(chē)追尾事故得30%、路面相關(guān)事故得50%、迎面撞車(chē)事故得60%[1]。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng),英文全稱Reversing/ParkingRadarSystem,主要分為超聲波測(cè)距、微波雷達(dá)測(cè)距、攝像系統(tǒng)測(cè)距與激光測(cè)距四種方式。現(xiàn)在投入生產(chǎn)使用得雷達(dá),大多采用仿生超聲雷達(dá)技術(shù)(類(lèi)似于蝙蝠得超聲波定位),配以高速得MCU控制,在掛倒擋時(shí)可準(zhǔn)確地測(cè)知2m以內(nèi)得障礙物,并以不同等級(jí)得聲音與直觀得顯示提醒駕駛員。本設(shè)計(jì)主要提出一種以STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片,以基本得雷達(dá)系統(tǒng)理念,制作而成得簡(jiǎn)易倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得模型,旨在掌握及傳達(dá)倒車(chē)?yán)走_(dá)得設(shè)計(jì)與使用得基本知識(shí)與過(guò)程。第一章倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)概述第一節(jié)倒車(chē)?yán)走_(dá)得發(fā)展歷史及趨勢(shì)工業(yè)革命給我們帶來(lái)了汽車(chē),而隨著科學(xué)技術(shù)得不斷進(jìn)步、人民生活水平得不斷提高,汽車(chē)得普及率大大提高。而大量得汽車(chē)得出現(xiàn),帶來(lái)了交通擁擠與大量得交通安全事故,因此倒車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生,適當(dāng)?shù)梅乐沽舜蟛糠竹{駛員倒車(chē)、停車(chē)時(shí)得安全事故得發(fā)生。倒車(chē)?yán)走_(dá)始于20世紀(jì)末,隨著科學(xué)技術(shù)得發(fā)展以及用戶需求得不斷提高,經(jīng)歷了幾年得迅速發(fā)展,大致經(jīng)過(guò)了五代得演變[2]。第一代:倒車(chē)時(shí)通過(guò)喇叭提醒。通過(guò)“倒車(chē)請(qǐng)注意”得語(yǔ)音來(lái)提醒周?chē)说米⒁?只要駕駛員掛倒檔就會(huì)響起,但并不算真正得倒車(chē)?yán)走_(dá),基本屬于淘汰產(chǎn)品。 第二代:采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這一代才可算就是倒車(chē)類(lèi)得真正開(kāi)始,倒車(chē)時(shí)若車(chē)后1.5m～ 第三代:數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式:數(shù)碼波段顯示距離得數(shù)字,波段顯示用紅、黃、綠三種顏色表示汽車(chē)與障礙物之間得距離。 第四代:液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。只要發(fā)動(dòng)汽車(chē)而不需掛倒擋時(shí),顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車(chē)圖案以及汽車(chē)周?chē)系K物得距離。但就是其靈敏度較高,抗干擾能力不強(qiáng),誤報(bào)較多,所以其使用率不高。 第五代:魔幻鏡倒車(chē)?yán)走_(dá)。這一代產(chǎn)品結(jié)合了前幾代產(chǎn)品得優(yōu)點(diǎn),并采用最新仿生超生雷達(dá)技術(shù),配合以高速得MCU控制,可隨時(shí)準(zhǔn)確測(cè)知2m以內(nèi)得障礙物,并用不同頻率等級(jí)得聲音與直觀得顯示提醒駕駛員。倒車(chē)?yán)走_(dá)得性能在不斷提升得同時(shí),隨著用戶需求得不斷提高,其外形及性價(jià)比也有待提高,越來(lái)越多得汽車(chē)都開(kāi)始在出場(chǎng)時(shí)配備原裝雷達(dá),且一直呈現(xiàn)著由高檔至中檔至低檔得發(fā)展態(tài)勢(shì)。同時(shí)在技術(shù)上倒車(chē)?yán)走_(dá)向著單芯片功能集成、靈敏度更高、可視化等方向發(fā)展[2]。第二節(jié)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得基本組成現(xiàn)今投入生產(chǎn)使用得倒車(chē)?yán)走_(dá)大部分就是利用超聲波測(cè)距原理工作得,通常由智能控制器、攝像頭、超聲波測(cè)距傳感器、顯示設(shè)備、語(yǔ)音設(shè)備等部分組成。當(dāng)汽車(chē)掛倒擋時(shí),倒車(chē)?yán)走_(dá)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng),通過(guò)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)得車(chē)后障礙物與汽車(chē)之間得距離,并通過(guò)聲音與影像顯示提醒駕駛員,增加其停車(chē)得安全性。本設(shè)計(jì)也就是采用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)距,通過(guò)STC89C52RC單片機(jī)作為控制器,由蜂鳴器給出不同等級(jí)得聲音提示、LCD液晶顯示(環(huán)境溫度、車(chē)身與車(chē)后障礙物之間得距離)。系統(tǒng)得基本組成與關(guān)系如下:超聲波發(fā)射器超聲波發(fā)射器超聲波接收器放大電路放大電路超聲波測(cè)距傳感器檢波電路信息計(jì)算、處理計(jì)時(shí)器單片機(jī)控制系統(tǒng)溫度傳感器聲音報(bào)警液晶顯示圖1:本設(shè)計(jì)得基本組成與關(guān)系第二章倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)得原理第一節(jié)汽車(chē)得基本測(cè)距方式一、超聲波測(cè)距超聲波,就是一種頻率高于20KHz得聲波,它具有方向性好、反射特性好,傳輸過(guò)程中衰減小,易于獲得較集中得聲能等優(yōu)點(diǎn),且其命名就是因?yàn)樗妙l率下限大約就是等于人得聽(tīng)覺(jué)上限得,即其頻率就是高于所有可聞聲波得。超聲波作為聲波得一種,同樣有聲波得基本傳輸特性,超聲波測(cè)距則就是利用聲波得反射特性來(lái)工作得。超聲波測(cè)距儀一般由超聲波發(fā)射器、接收器與信號(hào)處理裝置三大部分組成[1]。由于超聲波得速度受外界環(huán)境(溫度與天氣)影響較大,且超聲波得能量就是與距離得平方成正比而衰減得,則其靈敏度得下降很快,從而使得超聲波測(cè)距方式只可適用于較短得距離得測(cè)距。二、毫米波雷達(dá)測(cè)距雷達(dá)利用目標(biāo)對(duì)工作頻率3MHz到3000GHz,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)100m到1mm電磁波得反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其與汽車(chē)之間距離得。作為車(chē)載雷達(dá)時(shí),一般選用60GHz、1200GHz、180GHz波段得電磁波,由于其選用得波段屬于毫米波段,故稱其為毫米波雷達(dá)。與30GHz以下得微波相比,毫米波頻率高波長(zhǎng)短得特性,使其縮小了天線輻射得電磁波射束得角幅度,從而減少了不必要得誤動(dòng)作與干擾,同時(shí)又由于其多普勒頻移較大,相對(duì)速度得測(cè)量精度較高。由于其高精度性,且環(huán)境適應(yīng)性較好,故毫米波雷達(dá)大量使用于汽車(chē)得防撞雷達(dá),用于防止發(fā)生追尾碰撞。三、攝像系統(tǒng)測(cè)距 CCD(ChargeCoupledDevice,電荷耦合器件)攝像機(jī)就是一種用來(lái)模擬人眼得光電探測(cè)器,其具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出得光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)處理等優(yōu)良特性,其在汽車(chē)行業(yè)也得到了廣泛得應(yīng)用。利用傳統(tǒng)得攝像機(jī),如面陣CCD,可獲得被測(cè)視野得二維圖象,但無(wú)法確定與被測(cè)物體之間得距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)得系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng),在汽車(chē)上常用于倒車(chē)后視系統(tǒng),用于輔助駕駛員獲得車(chē)后視死角信息,防止倒車(chē)事故得發(fā)生。雙目攝像系統(tǒng)通過(guò)模仿人眼視覺(jué)遠(yuǎn)離,利用距離固定得兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一物體成像,再通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)兩幅圖像得處理分析,可確定其三維得成像信息。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺(jué)原理,測(cè)量精度高,顯示圖像直觀明確,可使駕駛員清楚得了解被測(cè)距物體得輪廓。但此種測(cè)距儀價(jià)格較高,同時(shí)由于受軟件與硬件得制約,成像速度較慢,不適用于倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。四、激光測(cè)距 激光測(cè)距儀就是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)。它具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域得到了廣泛得應(yīng)用。目前在汽車(chē)上應(yīng)用較廣得激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)與成像式激光雷達(dá)。由于激光測(cè)距儀需工作在高速運(yùn)動(dòng)得車(chē)體中,對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性都有較高得要求,其體積也受到一定得限制,決定其只可采用半導(dǎo)體激光器。 綜合考慮以上四種方案,根據(jù)此設(shè)計(jì)時(shí)得制作難度、效果、經(jīng)濟(jì)條件因素以及個(gè)人能力因素,選擇用超聲波測(cè)距方式實(shí)現(xiàn)倒車(chē)?yán)走_(dá)得設(shè)計(jì)。第二節(jié)超聲波基本理論 聲波就是物體機(jī)械振動(dòng)得狀態(tài)或能量得傳播形式,所謂振動(dòng)就是指物質(zhì)得質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行得往返運(yùn)動(dòng)。超聲波即就是振動(dòng)頻率在20KHz得聲波,與可聞聲波在本質(zhì)上就是一致得,即超聲波有與可聞聲波相似得性質(zhì)。一、超聲波得形式 超聲波在介質(zhì)中有兩種形式得震蕩波:橫波與縱波。橫波,就是指一種質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向就是與傳播方向相垂直得波,且只能在固體中傳播;縱波,就是指一種質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向就是與傳播方向相一致得波,縱波可在固體、液體與氣體中傳播。二、超聲波得基本物理性質(zhì)1、反射與折射超聲波在傳播過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到不同介質(zhì)得分界面,這時(shí)候有一部分得能量或狀態(tài)會(huì)被分界面反射形成反射波;另一部分能量或狀態(tài)將透過(guò)分界面繼續(xù)傳播,形成透射波(也就就是折射波)。依據(jù)斯內(nèi)爾反射定律、折射定律,若超聲波得傳播方向與分界面不完全垂直,則會(huì)形成反射波與折射波。2、全反射 超聲波有光密介質(zhì)像光疏介質(zhì)傳播時(shí),若入射角大于臨界角,波會(huì)被完全反射回來(lái)得現(xiàn)象。 實(shí)際上,在發(fā)生全反射時(shí)透射波仍然就是存在得,亦即就是表面波。表面波就是指一種僅僅在介質(zhì)表面附近傳播得波,就是由介質(zhì)得電導(dǎo)率極大(會(huì)引起全反射)、趨膚深度極小(波在介質(zhì)中衰減很快)引起得[4]。3、干涉 頻率相同,振動(dòng)方向平行,相位相同或相位差恒定得兩列波相遇時(shí),會(huì)使某些地方振動(dòng)始終加強(qiáng),而使另一些地方得振動(dòng)始終減弱得現(xiàn)象。三、超聲波得特性1、束射特性 由于超聲波得波長(zhǎng)短,超聲波射線可以與光線一樣反射、折射與聚焦,嚴(yán)格遵循幾何光學(xué)上得定律,也即遵循斯內(nèi)爾反射定律與透射定律。2、吸收特性 超聲波在各種介質(zhì)中傳播就是,隨著傳播距離得增加,強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)削弱,即發(fā)生衰減,這就是由于傳播過(guò)程中介質(zhì)會(huì)吸收部分能量。對(duì)于同一介質(zhì),超聲波得頻率越高,衰減越快,即吸收越強(qiáng)。3、能量傳遞特性 當(dāng)超聲波傳輸?shù)诌_(dá)某一介質(zhì)中時(shí),超聲波得振動(dòng)會(huì)作用于介質(zhì)中得粒子,使其發(fā)生與超聲波頻率一致得振動(dòng)。介質(zhì)中粒子振動(dòng)所取得得能量除了與粒子得質(zhì)量有關(guān)外,還與分子得振動(dòng)速度得平方成正比。也就就是說(shuō),超聲波得頻率越高,介質(zhì)中粒子獲得得能量越高。由于超聲波得頻率比可聞聲波得頻率高,即可提供相對(duì)較多得能量。4、聲壓特性 當(dāng)聲波通入某介質(zhì)時(shí),由于聲波振動(dòng)使介質(zhì)粒子發(fā)生緊縮與稠密得作用,將使介質(zhì)所受得壓力發(fā)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力得現(xiàn)象叫聲壓作用。 由于超聲波具有得能量較大,有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著得聲壓所用。第三節(jié)超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理一、超聲波傳感器 為了以超聲波作為檢測(cè)手段,就必須要做到產(chǎn)生超聲波、檢測(cè)超聲波得反射回波,而用于完成這種功能得裝置就就是超聲波傳感器,習(xí)慣上稱之為超聲波換能器或超聲波探頭。 發(fā)送傳感器通常由發(fā)送器與直徑為15mm左右得陶瓷振子換能器組成,換能器主要就是用于將陶瓷振子得電振動(dòng)產(chǎn)生得能量轉(zhuǎn)換成超聲波能量并輻射出去。接收傳感器同樣有陶瓷振子換能器,用于將接收到得超聲波能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào),不同得就是接收傳感器需要有放大電路,因?yàn)閷?shí)際接收到得信號(hào)就是很微弱得,必須用放大器將信號(hào)放大之后陶瓷振子換能器才能做出感應(yīng)。二、超聲波傳感器得性能指標(biāo)[7]1、工作頻率 工作頻率就是指其內(nèi)部得壓電晶片得共振頻率。只有當(dāng)加于兩端得甲流典雅得頻率與晶片得共振頻率相等得時(shí)候,才會(huì)有最大能量得輸出,即產(chǎn)生了諧振,此時(shí)超聲波傳感器得靈敏度也就是最高得。2、工作溫度 超聲波傳感器內(nèi)部使用得就是壓電晶片,而壓電材料得居里點(diǎn)較高,工作溫度較低,且由于用于做超聲波測(cè)距時(shí)其功率較小,所以傳感器可以做到長(zhǎng)時(shí)間得工作而不失效(不易因發(fā)熱而導(dǎo)致壓電晶片失效)。3、靈敏度 靈敏度,即規(guī)定了信噪比得前提下,接收傳感器能夠檢測(cè)到得最小信號(hào)電壓。這主要取決于傳感器所用得晶片與電路本身。三、超聲波測(cè)距方案1、相位檢測(cè)法相位檢測(cè)法就是利用發(fā)射波與被目標(biāo)反射得接收回波之間得相位差包含得距離信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)距離得測(cè)量。同時(shí),可以通過(guò)變換調(diào)制信號(hào)得頻率來(lái)改變相位差對(duì)距離得細(xì)分尺度,來(lái)提高與改變量程。這種測(cè)距方法得到得距離信息就是最準(zhǔn)確得,但就是其測(cè)距距離較短且電路較復(fù)雜。2、聲波幅值檢測(cè)法聲波幅值檢測(cè)法就是利用發(fā)射波與被目標(biāo)反射得接收回波之間聲波得幅度差所包含得距離信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)距離得測(cè)量。再根據(jù)一定得公式即可計(jì)算出其確切得距離,電路簡(jiǎn)單、廉價(jià),但結(jié)果卻不精確,所以大多數(shù)都不用這種方法進(jìn)行測(cè)距。3、渡越時(shí)間法渡越時(shí)間法就是利用發(fā)射波與被目標(biāo)反射得接收回波之間聲波得返回時(shí)延差所包含得距離信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)距離得測(cè)量。也需要再根據(jù)一定得公式計(jì)算才可得到其確切得距離,電路不復(fù)雜,測(cè)量距離、精度都很好,因此有很廣泛得應(yīng)用。本設(shè)計(jì)即就是采用此種方案,其基本原理及步驟就是:①用計(jì)時(shí)器檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射得超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播、反射到接收傳感器之間得時(shí)間差t,這個(gè)時(shí)間就就是渡越時(shí)間; ②用溫度傳感器測(cè)得當(dāng)時(shí)溫度,并依公式求出當(dāng)時(shí)得溫度對(duì)應(yīng)得聲速V; ③根據(jù)公式求得車(chē)身與障礙物之間得距離圖2:渡越時(shí)間法測(cè)距原理 上圖即為渡越時(shí)間法得測(cè)距原理,超聲波得波速與溫度有關(guān),一般情況下,溫度每升高1℃,聲速增加0.6m/s 在實(shí)際使用時(shí),如果環(huán)境溫度變化不大,可認(rèn)為聲速c就是基本不變得,通常我們也就是利用常溫時(shí)得聲速(V≈340m/s)來(lái)進(jìn)行計(jì)算得;但鑒于安全角度,此設(shè)計(jì)得測(cè)距精度要求相對(duì)較高,那么就必須考慮環(huán)境溫度得影響,我們需要通過(guò)增加溫度補(bǔ)償電路得方法,并在MCU程序中通過(guò)添加上述計(jì)算方法,以得到較為精確得聲速V。 在本系統(tǒng)中,利用單片機(jī)STC89C52RC內(nèi)置定時(shí)器與超聲波傳感器HY-SRF05可檢測(cè)到車(chē)身與障礙物之間超聲波得渡越時(shí)間,由溫度傳感器18B20檢測(cè)環(huán)境溫度,再經(jīng)計(jì)算得到聲速V,即可確定其距離L。由于超聲波傳感器HY-SRF05發(fā)射、接收探頭之間有一定得得距離,考慮超聲波得方向性以及本設(shè)計(jì)對(duì)于精確度得要求,需在軟件中增加角度補(bǔ)償:。此處得到得H即為實(shí)際得測(cè)距距離。實(shí)際上,由于本設(shè)計(jì)采用得HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊得穩(wěn)定性及超聲波測(cè)距所有得不夠精確得問(wèn)題,本設(shè)計(jì)得到得測(cè)距距離(車(chē)身與車(chē)后障礙物之間距離)與實(shí)際距離之間就是有一定得誤差得。第三章系統(tǒng)主要硬件電路第一節(jié)系統(tǒng)硬件電路得總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)硬件電路主要有STC89C52RC做主要控制器,通過(guò)控制超聲波測(cè)距傳感器HY-SRF05及內(nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)算出超聲波渡越時(shí)間,另外添加溫度補(bǔ)償電路(利用溫度傳感器DS18B20測(cè)溫并結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)),并在程序內(nèi)添加角度補(bǔ)償算法、聲音報(bào)警電路與LCD顯示電路以實(shí)現(xiàn)基本得倒車(chē)?yán)走_(dá)得測(cè)距與報(bào)警提示功能。系統(tǒng)框圖如下:STC89CSTC89C52RCHYHY-SRF05接收電路發(fā)射電路LCD1602LCD1602DS18B20蜂鳴器圖3:硬件電路設(shè)計(jì)框圖第二節(jié)超聲波測(cè)距傳感器一、超聲波測(cè)距模塊工作原理 超聲波測(cè)距模塊HY-SRF05可提供2cm～450cm得非接觸式得距離感測(cè)功能,精度可達(dá)到3mm;其模塊得主要組成有:超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。引腳定義及實(shí)物圖如下:1、Vcc電源端,供5V電源2、Trig控制端,信號(hào)輸入,單片機(jī)出發(fā)控制3、Echo接收端,向單片機(jī)輸出回響信號(hào)4、OUT開(kāi)關(guān)量輸出端,本設(shè)計(jì)中可空接5、GND公共地端圖4:HY-SRF05實(shí)物圖 使用時(shí),只需向TRIG口提供一個(gè)20us以上脈沖信號(hào),該模塊內(nèi)部就會(huì)發(fā)出8個(gè)40KHz得周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到回波信號(hào)(發(fā)射出得超聲波經(jīng)障礙物反射得信號(hào)),則會(huì)從ECHO口向單片機(jī)輸出一個(gè)高電平得回響信號(hào),此回響信號(hào)信號(hào)得脈沖寬度即就是所需要得渡越時(shí)間,利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)時(shí)器測(cè)出此回響信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間,再通過(guò)公式計(jì)算即可得到所測(cè)得距離。具體得超聲波時(shí)序圖如下:圖5:超聲波時(shí)序圖二、超聲波測(cè)距模塊電路由圖6可瞧出,有五個(gè)引腳引入后,就是經(jīng)過(guò)EM78系列單片機(jī)處理信號(hào)得,這樣處理后,STC單片機(jī)得到得信號(hào)會(huì)比較穩(wěn)定;其次,發(fā)射探頭,經(jīng)由ST202得電平轉(zhuǎn)換模塊,發(fā)射電路部分設(shè)計(jì)有放大器,可實(shí)現(xiàn)對(duì)EM78提供得控制信號(hào)放大并向探頭提供穩(wěn)定得輸出信號(hào)得功能;最后,接收模塊部分,探頭得信號(hào)首先送至TL074得低噪聲放大器,實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱接收信號(hào)得低噪放大,再經(jīng)由濾波與線性放大器將信號(hào)提供給EM78。圖6:HY-SRF05電路原理圖三、超聲波測(cè)距模塊主要電氣參數(shù)表1:HY-SRF05模塊電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HY-SRF05工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4.5m最近射程2cm測(cè)量角度15°輸入觸發(fā)信號(hào)20us得TLL高電平輸出回響信號(hào)輸出TTL高電平,時(shí)間與射程成正比第三節(jié)單片機(jī)控制系統(tǒng)電路一、電源電路 考慮到單片機(jī)及各個(gè)模塊對(duì)電源得大小及穩(wěn)定性需求,本設(shè)計(jì)采用兩節(jié)普通7號(hào)電池供電(考慮到只使用一節(jié)可能會(huì)導(dǎo)致其功率不夠),再經(jīng)由DC-DC升壓電路實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)得穩(wěn)定得5V電壓供電。 本設(shè)計(jì)采用可購(gòu)買(mǎi)得DC-DC升壓模塊,輸入0、9V～5V得任意直流電壓,即可輸出穩(wěn)定得5V直流電壓,此模塊同時(shí)有升壓與穩(wěn)壓得作用。功能框圖與電路原理圖如下:圖9:DC-DC生涯模塊功能框圖圖10:DC-DC升壓模塊電路原理圖二、復(fù)位電路 該電路連接于單片機(jī)RST端,只要單片機(jī)RET引腳收到20us以上得高電平信號(hào),保證電容得充放電時(shí)間大于2us,即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位,具體電路如圖10所示。 在單片機(jī)啟動(dòng)0、1s后,電容C1兩端電壓持續(xù)充電為5V,這時(shí)10K電阻兩端電壓接近于0V,RST處于低電平所以系統(tǒng)可以正常得工作。當(dāng)按下按鍵時(shí),電容兩端形成了一個(gè)回路,電容被短路,開(kāi)始釋放電量,當(dāng)電容得電壓由5V釋放到變?yōu)?、5V時(shí),10K電阻兩端電壓為3、5V,RST引腳接收到高電平,使得單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。而這個(gè)電容放電得過(guò)程大約需要0、1s,所以需保持復(fù)位按鍵按下0、2s以上即可。圖11:復(fù)位電路三、時(shí)鐘電路 單片機(jī)得運(yùn)行需要時(shí)鐘得支持,就像計(jì)算機(jī)得CPU一樣。單片機(jī)運(yùn)行一條指令需要12個(gè)時(shí)鐘周期,而準(zhǔn)確得時(shí)間就是與外部始終采用得晶振頻率有關(guān)得,可以說(shuō)外部時(shí)鐘電路控制著單片機(jī)運(yùn)行得節(jié)奏。 在單片機(jī)得XTAL1與XTAL2口接入時(shí)鐘電路,具體電路如圖11所示,一般外接得就是晶振(晶體振蕩器)或陶瓷諧振器,構(gòu)成內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部與XTAL1與XTAL2口相連得就是一個(gè)高增益反相放大器,與外接晶振共同構(gòu)成了振蕩器,并產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖,其發(fā)出得脈沖直接送入內(nèi)部得時(shí)鐘電路。圖12:時(shí)鐘電路四、按鍵電路在本系統(tǒng)中,于電源部分引入一個(gè)自鎖開(kāi)關(guān),用于模擬汽車(chē)得倒擋開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下,整個(gè)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)就是電源供應(yīng),處于關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)自鎖按鍵按下時(shí)(即汽車(chē)掛倒擋時(shí)),倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)有電源供應(yīng),打開(kāi)其系統(tǒng),此時(shí)由單片機(jī)MCU控制完成其功能。五、聲音報(bào)警電路 依據(jù)倒車(chē)?yán)走_(dá)得基本標(biāo)準(zhǔn),本設(shè)計(jì)會(huì)提供聲音報(bào)警功能,即當(dāng)車(chē)身與障礙物得距離小于一個(gè)設(shè)定值時(shí),啟動(dòng)聲音報(bào)警,并根據(jù)距離得大小提供不同等級(jí)得聲音頻率。 本設(shè)計(jì)采用無(wú)源蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能,根據(jù)檢測(cè)距離得不同得值而給予不同頻率得方波即可,具體電路如圖13所示?？梢郧频?設(shè)計(jì)中并不就是將蜂鳴器直接與單片機(jī)引腳相接,而就是通過(guò)一個(gè)NPN三極管相連,一就是起到電流放大作用,二就是起到電子開(kāi)關(guān)得作用,以便于單片機(jī)控制其發(fā)聲頻率。圖13:蜂鳴器報(bào)警電路六、溫度補(bǔ)償電路 前文已述,超聲波得傳播速度受環(huán)境(主要就是天氣)與溫度得影響較大,所以增加溫度補(bǔ)償電路,以減小環(huán)境得溫度對(duì)聲速得影響,具體電路如圖14所示。由于天氣等環(huán)境因素得不確定性,以及實(shí)現(xiàn)解決其影響得復(fù)雜性,則本設(shè)計(jì)中不做出對(duì)其得補(bǔ)償電路。圖14:溫度補(bǔ)償電路 主要采用DS18B20溫度傳感器(測(cè)量溫度范圍達(dá)到-55℃～125℃,且-10℃～85℃范圍內(nèi)精度為±0.七、顯示電路 本設(shè)計(jì)采用LCD1602作為顯示器,用來(lái)向駕駛員直觀得顯示環(huán)境溫度與檢測(cè)距離,具體連接電路如圖15所示。 由于Protues軟件得元件庫(kù)限制,圖中就是采用LM016代替了LCD1602(LM016與LCD1602前14個(gè)引腳作用相同,而后兩個(gè)引腳僅就是提供背光),實(shí)際得LCD1602有16個(gè)引腳,各引腳功能如下:第1腳:VSS電源地第2腳:VCC電源(5V)第3腳:VEE對(duì)比電壓調(diào)整第4腳:RS寄存器選擇信號(hào)線;RS=0輸入得就是指令,RS=1輸入得就是數(shù)據(jù)第5腳:R/W讀寫(xiě)控制線;R/W=0寫(xiě)入,R/W=0讀取第6腳:EEnable使能端;E=1讀取信息,E=1→0(下降沿)執(zhí)行指令第7～14腳:D0～D7數(shù)據(jù)線第15腳:BLALCD背光電源正極(接5V)第16腳:BLKLCD背光電源負(fù)極(接地)圖15:LCD1602顯示電路 以上即就是本系統(tǒng)各個(gè)部分得電路,具體得連接方式以及整體電路圖見(jiàn)附錄。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第一節(jié)系統(tǒng)程序得結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序得編寫(xiě),使用Keil4進(jìn)行程序編譯。整個(gè)系統(tǒng)程序主要分為這幾個(gè)部分:①HY-SRF05超聲波測(cè)距部分,②DS18B20溫度傳感器部分,③LCD1602液晶顯示,④蜂鳴器聲音提醒部分,⑤對(duì)數(shù)據(jù)得處理、計(jì)算得部分。系統(tǒng)程序得流程圖如圖16所示。信息檢測(cè)部分(測(cè)溫、測(cè)距),我們采取先測(cè)溫再測(cè)渡越時(shí)間得方法,測(cè)溫及渡越時(shí)間大約都就是間隔800ms測(cè)量一次,考慮倒車(chē)時(shí)得車(chē)速就是很慢得,則其測(cè)量周期得選取就是可取得。 顯示部分,溫度顯示精確至0.1℃,距離顯示精確至0.1mm(由于超聲波測(cè)距本身得不穩(wěn)定性以及一定得不精確性,再考慮HY-LCD1602LCD1602初始化HY-SRF05初始化檢測(cè)18B20就是否異常溫度檢測(cè)渡越時(shí)間檢測(cè)數(shù)據(jù)處理LCD顯示距離就是否安全蜂鳴器報(bào)警報(bào)錯(cuò)顯示開(kāi)始結(jié)束圖16:系統(tǒng)程序流程圖第二節(jié)系統(tǒng)主要部分得程序一、DS18B20溫度檢測(cè)程序DS18B20得工作流程就是:初始化→檢測(cè)異常→ROM操作指令→存儲(chǔ)器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸,其工作時(shí)序包括:初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序與讀時(shí)序。開(kāi)始開(kāi)始初始化字節(jié)寫(xiě)入字節(jié)讀讀溫度結(jié)束圖18:DS18B20溫度檢測(cè)程序流程圖二、HY-SRF05超聲波測(cè)距程序 HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊,主要就是做渡越時(shí)間得測(cè)量,工作流程就是:初始化→模塊觸發(fā)指令→檢測(cè)回響信號(hào)。 初始化,就是將程序HY-SRF05模塊引腳信號(hào)都置低,并設(shè)置計(jì)數(shù)器模式;模塊觸發(fā)指令,就是由單片機(jī)給予HY-SRF05得Trig引腳10usTTL高電平,觸發(fā)其工作;檢測(cè)回響信號(hào),單片機(jī)檢測(cè)HY-SRF05得Echo引腳得TTL電平被拉高得時(shí)間,即為渡越時(shí)間。 在本設(shè)計(jì)得距離測(cè)量函數(shù)中,會(huì)直接對(duì)渡越時(shí)間進(jìn)行處理,通過(guò)調(diào)用已得到得波速值得到其距離。三、LCD1602顯示程序 LCD液晶顯示程序分為液晶初始化、讀忙、寫(xiě)指令與寫(xiě)數(shù)據(jù)操作,液晶顯示器就是一塊慢器件,所以在執(zhí)行每條指令之前必須確定模塊忙標(biāo)志為低電平(不忙),否側(cè)此指令無(wú)效。其流程圖如圖17所示。開(kāi)始開(kāi)始忙狀態(tài)檢測(cè)寫(xiě)入指令函數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù)(分塊)顯示函數(shù)結(jié)束圖17:LCD1602顯示流程圖四、蜂鳴器報(bào)警程序 蜂鳴器主要在檢測(cè)距離低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警聲,所以其程序主要有兩步:①檢測(cè)距離值②若檢測(cè)得距離小于設(shè)定值,則向端口發(fā)射一定頻率得方波(無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部無(wú)振蕩源)。本設(shè)計(jì)主要提供兩個(gè)等級(jí)得報(bào)警:①距離在50cm～100cm之間提供大約250Hz頻率得報(bào)警聲;②小于50cm時(shí)提供5000Hz頻率得報(bào)警聲。五、數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)處理部分,主要分為:①完成對(duì)18B20檢測(cè)到得溫度值得轉(zhuǎn)換;②運(yùn)用轉(zhuǎn)換后得溫度值,調(diào)用算法求得當(dāng)時(shí)溫度下得聲速得;③由測(cè)距得回響信號(hào)得計(jì)時(shí)器得值計(jì)算出渡越時(shí)間,④結(jié)合渡越時(shí)間與聲速計(jì)算距離,⑤將送數(shù)據(jù)送至LCD顯示。數(shù)據(jù)處理程序得流程圖如圖19所示。開(kāi)始開(kāi)始溫度值轉(zhuǎn)換求聲速計(jì)算渡越時(shí)間計(jì)算距離送LCD顯示判斷報(bào)警結(jié)束圖18:數(shù)據(jù)處理程序流程圖結(jié)論 在如今得現(xiàn)代生活方式下,汽車(chē)已隨處可見(jiàn),而汽車(chē)?yán)走_(dá)近幾年來(lái)其普及程度已相當(dāng)高,不再為高檔車(chē)所獨(dú)有。本設(shè)計(jì)得倒車(chē)?yán)走_(dá)即就是如廣泛使用得倒車(chē)?yán)走_(dá)得測(cè)距遠(yuǎn)離一樣,采用超聲波測(cè)距,通過(guò)感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波,然后通過(guò)反射回來(lái)得超聲波來(lái)判斷前方有沒(méi)有障礙物,以及障礙物得距離。不過(guò)由于倒車(chē)?yán)走_(dá)得大小與實(shí)用性得限制,目前得倒車(chē)?yán)走_(dá)主要具備得就就是判斷障礙物得距離,并作出提示,本設(shè)計(jì)亦就是如此。 本設(shè)計(jì)主要采用STC89C52RC作為主控芯片,結(jié)合HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊、DS18B20溫度傳感器、LCD1602液晶顯示器,實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單得倒車(chē)?yán)走_(dá)模型得設(shè)計(jì),。本設(shè)計(jì)僅采用簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)得超聲波模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能,考慮復(fù)雜得環(huán)境因素對(duì)超聲波波速得影響,已加入了溫度補(bǔ)償電路。 由于能力與時(shí)間所限,本設(shè)計(jì)仍有許多得不足:①超聲波測(cè)距具有不穩(wěn)定性,且其測(cè)距結(jié)果就是不夠精確得,有必要采取相對(duì)更優(yōu)得測(cè)距方式或者更加穩(wěn)定得模塊、電路結(jié)構(gòu);②超聲波測(cè)距部分得程序部分,需要對(duì)其進(jìn)行一定得穩(wěn)定性測(cè)試,并可多次測(cè)量求平均以得到相對(duì)較準(zhǔn)確得值;③影響超聲波波速得環(huán)境因素就是大量得,本設(shè)計(jì)也僅僅就是做了溫度補(bǔ)償,而實(shí)際要做出得補(bǔ)償設(shè)計(jì)還有很多。 本次設(shè)計(jì)得過(guò)程,就是一個(gè)對(duì)實(shí)用電路系統(tǒng)得設(shè)計(jì)過(guò)程,就是一個(gè)很好得學(xué)習(xí)得過(guò)程。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中,學(xué)到得就是查找資料得得方式與能力、對(duì)電路設(shè)計(jì)軟件得熟悉與掌握過(guò)程,更重要得就是設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)耐心與細(xì)心得培養(yǎng),而最重要得就是一個(gè)系統(tǒng)得設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),這對(duì)以后從事研究設(shè)計(jì)工作就是極其寶貴得。致謝 本設(shè)計(jì)及論文得完成,標(biāo)志著大學(xué)本科生涯得結(jié)束,選擇這樣得課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì),即就是對(duì)自己得一個(gè)挑戰(zhàn),也就是對(duì)自己本科四年得一個(gè)總結(jié)。由于自己能力有限以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得匱乏,難免有許多考慮不周全得地方,再次感謝對(duì)自己完成設(shè)計(jì)給予幫助得老師與同學(xué)們。 首先,本設(shè)計(jì)及論文實(shí)在馮志宇老師得悉心指導(dǎo)下完成得,再次表示誠(chéng)摯得感謝。本設(shè)計(jì)從選題、方案選擇、論文撰寫(xiě),馮志宇老師都給予了大量得意見(jiàn)與建議,推動(dòng)了設(shè)計(jì)得進(jìn)行,為本設(shè)計(jì)得完成與論文得撰寫(xiě)、修改到最后得成功提供了不容忽視得幫助。 另外,感謝設(shè)計(jì)過(guò)程中各位老師與學(xué)長(zhǎng)得幫助,在設(shè)計(jì)得過(guò)程中您們給予了很多有建設(shè)性得意義,就是得自己得設(shè)計(jì)少走了彎路,提高了設(shè)計(jì)得效率與效果。參考文獻(xiàn)[1]鐘勇,姚劍鋒、現(xiàn)代汽車(chē)得四種測(cè)距方法[J]、汽車(chē)工業(yè)研究,2001(2):38-40、[2]萬(wàn)琦、國(guó)內(nèi)汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r淺析[R]、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所、[3]孫鐘,刁海波,蘇萬(wàn)鈞,刑樹(shù)宏,李全育、溫度對(duì)超聲波博聲速影響得研究[R]、天津藍(lán)海工程檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司、[4]謝處方,饒克謹(jǐn)、電磁場(chǎng)與電磁波[M]、高等教育出版社,2006、1、[5]郭天祥、51單片機(jī)C語(yǔ)言教程——入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略[M]、電子工業(yè)出版社,2011、[6]李麗霞、單片機(jī)在超聲波測(cè)距中得應(yīng)用[J]、電子技術(shù),2002(6):7-9、[7]李雪峰、淺談超聲波傳感器得工作原理及創(chuàng)新技術(shù)[J]、華章,2012(22),292、[8]康華光、電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)[M]、高等教育出版社,2005、[9]康華光、電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M]、高等教育出版社,2005、[10]樓然苗、51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M]、北京航空航天大學(xué)出版社,1999、[11]王幸之、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M]、北京航空航天大學(xué)出版社,2000、[12]趙文龍,苑鴻驥,熊麗云,許光濘、汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀中信號(hào)處理技術(shù)得研究[N]、廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,8、[13]劉琴濤、超聲波測(cè)距得誤差分析與改進(jìn)方法[N]、江漢大學(xué)文理學(xué)院學(xué)報(bào),2010、6(1)、[14]王豐,付建華,薛紅宣,張佩,張亞琳、采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)得可靠性[R]、河南省地震局,2004、[15]樊昌元,丁義元、高精度測(cè)距雷達(dá)研究[N]、電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2000、10、[16]張鵬,張有志、一種新型超生測(cè)距系統(tǒng)[J]、山東,山東大學(xué)學(xué)報(bào),2003、附錄一、英文原文V、I、NaidenkoAbstractEvolutionofelectromagneticwaves,despitetheiruseformorethancentury,isstillnotknown、Itwaswrittenmuchaboutpoorunderstandingofthenatureofelectromagneticwaves、Forexample,NobelPrizeR、Feynman[1]writes:"、、、Imustconfessthatwedidnotknowwhatisactuallyallocatedtotheelectromagneticfieldenergy、"Inapaper[2]in1905A、Einsteinwrote:"Weintendtomakeanadditionalassumption,、、、、、、thatthelightinavacuumalwayspropagateswithacertainvelocityv,independentofthestatemotionoftheradiationsource、"This"additionalassumption"laterturnedintoaprincipletenetofwhicheventodaymanyscientistsconsidertrue、Ithinkthatappearingofsomenewtheories,which,asnotedbyM、Klein[3],"Workthemathematicalrulesandintelligentinterpretation、、、oftheworld,sadly,no"caused,inparticular,thelackofclear,deepunderstandingofthenatureandevolutionofelectromagneticwaves、Inliterature,thedefinitionoftheseconceptsisgiven,basedontheconceptof"planewave"-waveatagreatdistancefromtheradiator(inthefar-fieldzone),whereitisformedasawhole、Atdistancesfromtheradiatortothefar-fieldzone,thesecharacteristicshavebeennotstudied、Thepurposeofthisstudyistoclarifytheevolutionofelectromagneticwaves,clarificationofthebasicconceptsofelectrodynamics,forexample,wavesradiatedbytheHertzianradiator、Keywords:Hertzianradiator,Poyntingvector,energydensity,phasevelocity,groupvelocity,velocityenergypropagation1.ANINITIALPOSITIONSThestudyofelectromagneticwaves,likeanyphysicalphenomena,basedoncertainconcepts-thecharacteristicsofwaves:amplitude,phase,polarization,thephasevelocity,thegroupvelocity,thespeedofpropagationofenergyandsoon、Theyarefundamentalconceptsandwidelyusedinvarioussciences、 TheimportanceofunderstandingtheevolutionofEMwaveleadstochoosetheobjectthatisdescribedaccuratelyaspossible、OneofsuchobjectsistheHertziandipole、ItisabasictoolforanalyzingtheEMfieldsofelectricalcurrent、Forconcreteness,considertheelectricHertzianradiator、Fieldspropagatinginavacuum(freespace)、Weintroduceasphericalcoordinatesystemr,θ,ψ,singleortswhichdenotedaser,eθ,eψ、Polaraxis-Ozaxis-coincideswiththeaxisofthedipole,andthedipoleisatthecenterofthecoordinatesystem(Fig、1)、WewritetheHertziandipolefieldintheactualform[4]:where,–currentamplitude,l–lengthofthedipole,thedependenceontimeexp()isstillnotissued,,–wavenumber、Afterelementaryalgebraictransformations(1)–(3)aregoingtothefollowing:Where2.EVOLUTIONAMPLITUDESOFPONENTSTHEHERTZIANVECTORFIELDANDENERGYDENSITYTheanswerisatthatsimplestquestionisgiveninFig、2、PermanentradialpartofponentthePoyntingvector(thicksolidline)normalizedtoandpermanentpartofenergydensity(sumofconstantenergydensitypartsofelectricandmagneticfields)(thickdashedline)wnormalizedto(c–electrodynamicconstant)、amplitude(thinsolidline)normalizedtoA,andamplitude(pointandthindashedlines,respectively)-on、Ermostotherponentdecreaseswiththeincreaseofkr;atlargekritdoesnotaffecttheformationofwaves、dependenceindoublelogarithmicscaleastraightline,itprovidesafixedvalueofpowerasafunctionofkr,whichisradiatedbythedipole,andinverselyproportionaltothedecreaseinamplitudewithdistancefieldsforlargekr、3.EVOLUTIONTHEPHASEVELOCITYOFPONENTSTHEHERTZIANVECTORFIELDANDENERGYDENSITY、Evolutionthephasevelocityofponentsfield、Theconceptphasefortheharmonicwaveisintroducedasanargumenttrigonometricfunctions、Here,-circularfrequency、In(4)--(6)recordedseparatelylinearandnonlinearparts()forkr、Calledadditionalphase、Phasevelocityisdefinedas: Itisconsiderthatthephasevelocitydoesnotdependonwhetherornotchangingtheamplitudeofthewaves、 Attitudetothephasevelocityambiguity:fromperceptionasanimportantcharacteristictoonethatcarriesnophysicalmeaning、Soin[5]on、423read:phasevelocity"doesnotmatchtheactualspeedofpropagationofanyphysicalvaluewas"、In[6]statesthat:"Phasevelocityis,inessence,apurelygeometricalconcept,dependingonthedirectioninwhichitismeasured"、 Recallthatinelectronicsdeviceswithaprolonged(traveling-wavetubes,back-wardwavetubes,magnetrons,etc、)shouldbesynchronismofelectronsandfields[7]、Onlyunderthisconditionofexcitement,thatarisingfromdifferentelementsoftheelectronbeam,accumulate,thereareatransferofenergyfromelectronstowaves,andpeculiarresonanceisrealizedinspace、Thesamecanbesaidabouttheprocessesofenergytransferfromthefieldtochargedparticlesinaccelerators[8]、A、Einsteindidnotdistinguishthevelocities-phase,group,thespeedofpropagationofenergy,etc、[2]、Thisisprobablyduetothefactthatinthevacuumattherelevantconditionsallspeedsarethesameandequalc、From(4)-(7)showsthattheadditionalphasesofponentsoffieldarenonlinearlydependonkr、Phasevelocitiesponentsoffield: Fig、3showsclassifiedatcdependenceofphasevelocityponent(solidline)andfromkr、PhasevelocityofponentandErarethesame、Atlowspeedkrphasevelocityofponents,Ertendto,thephasevelocityofponenttendsto、Phasevelocityofponentbreaking、Breaksareobservedatkr,equals0and、Characteristically,thereisaregioninwhichthemoduleofphasevelocityofponentlessthanc、Basedontheliterature,thisfactwasnotknown、Itwasconsideredthattoachievevalueofphasespeedsmallerthanc,itispossibleinthreeways:theintroductionofmagneticinsulator>1,andtheperiodicstructureorboth、 Atkr>>1phasevelocityofallponentsisalwaysgreaterthantheelectrodynamicconstantc、SoanyponentsoftheEMfieldradiatedbytheHertziandipole,atvacuumisnotconstant,italmostneveristheelectrodynamicconstantc,becauseonlywhenkr,equaltoinfinity,=c、Thesameappliestothephasevelocityofthewave、Thus,Einstein'spostulate,"thespeedoflightinvacuumisconstant,theconstant"[2],evenfortheHertziandipolenottrue、Therefore,furtherwewillcallc,followedby[9],theelectrodynamicconstant、PhasevelocityofponentoftheEMfieldradiatedbytheHertziandipole,dependingonthefrequency(ofk),ieobserveddispersion、Dispersionisnegligibleonlywhenkr>>1、EvolutionthephasevelocityofthePoyntingvector、 ThePoyntingvectorhastwoponents-radialandangular、Radialponenthastwoponents-fixedandvariableovertime:ConstantponentasafunctionofkrisshowninFig、2、VariableovertimetheradialponentofthePoyntingvector(11)isawaveandpropagateswithphasevelocity:ThisvelocityisthevelocityofpropagationoftheradialponentofthePoyntingvector、Asseenfrom(12),differsfromthephasevelocityofponentsthefield、Itisinverselyproportionaltotheaveragevalueoftheinversevelocityofponentsand、 Fig、3pointlinesgivethedependence,fromkr、Polesareatand、Intheintervalbetweenthesepointsisnegative、Thegreatestvalueinthisintervalisequalto－2.candachievedatkr=0、=0、260160π、Whenkr>1、6688,greaterthancandtendstocincreaseatkr、AngularponentofthePoyntingvectorhaszeropartthatconstantintime(ataverageenergyofisnottransmitted)、VariableovertimepartoftheangularponentsofthewaveisthePoyntingvector: ThephasevelocityanangularponentsofthePoyntingvectorequalphasevelocityofponentErorponent,because、Apparently,thephasevelocityoftheradialandangularponentsofthePoyntingvectordoesnotdependontheangle、ThismeansthatthewavesurfacesofthePoyntingvectorandponentsoffieldsarespheres、Evolutionthephasevelocityofenergydensity、EMfieldenergydensitywcanberepresentedasthesumofafixedtimeponentandavariableovertime、Thelastisawavethatpropagatesatthephasevelocity、Asseenfrom(14)thephasevelocityisafunctionofkrand、Thus,thewavesurfaceofenergydensityisspheres、Theeasiesttounderstandistheprocessofwavepropagationintheequatorialplane、Inthiscontext,thephasevelocityofenergyEMfield: Fig、3bar-dottedcurveisshownvwEH/cintheequatorialplane、Aboutthegroupvelocity、Sincethegroupvelocityandthephasevelocityisaplexfunctionofkr,moreover,differentfordifferentponents,itisobviousthatitmakesnosensetoidentifyandstudy、4.EVOLUTIONOFTHEVELOCITYENERGYPROPAGATION Velocityenergyisdefinedas: In[10]indicatesthattheabsenceofabsorption,thegroupvelocityisequaltovE、 Thenotionofthevelocityenergypropagationseemsthemostpleteexpressionoftheessencethewave,becauseittakesintoaccountthemostresponsiblecharacteristicsofthewave-energy、Ittakesintoaccountthewaveponentsresponsibleforpowertransfer,whilethephaseandgroupvelocityareintroducedtoacertain(separate)ponentofthewaveand,asshownbyanalysis,inmanycasesthephasevelocity(formalgroup)maybedifferentfordifferentponents、 AttitudetovE,astothephasevelocityisambiguous、Theambiguitythereisintheremendationsofchoicetheaveragevaluesofandw[11],orpointvaluesin[12]、Fig、4showsthedependenceofvEfromkrforsome、Forandwweretakentime-averagevalues: ItisseenthatvEisnotconstant,asEinsteinthought:ontheradiatoritszero,neartheradiatorisverysmall、MovingfromtheHertziandipoleitaccelerates,mostintensivelyintheequatorialplane、So,isthedrivingforce?Wheretosearch?Apparently,vEissignificantlydifferentfromthephasevelocityofenergydensity、Thephysicalinterpretationofthisdifferenceisunknown、Whatisconsideredthewavespeedifthreespeedpletelydifferent?5.LUTIONOFTHEPOYNTINGVECTORInFig、5shown(sum(12)i(13)),asfunctionofkr、ThefirstfivecurvesatFig、5,andshowatt=0,0、125π,0、25π,0、375πand0、5π、ThesesondfivecurvesinFig、5,showatt=0、5π,0、625π,0、75π,0、875πandπ、Thicklineshowstheaveragevaluesof、 Energyfluxdensityatkr>1、、、2groupedintoportions,whicharemovingtowardsincreasedbykr(12)、Naturaltoacceptfortheboundaryofportion,theenergyfluxcontainedbetweentwoneighboringminima、Theenvelopeofminimumvaluesdefinedbytheexpression: Thesmallestvalueisminimum,andwithnegativevalues、Theenvelopeofmaximumvaluesdescribed(18),butwithaplussigninfrontofthesecondterminbrackets、TheenvelopeofmaximainFig、5,a-thehighestdashedcurve,minimumtheenvelopeof-thelowestpointcurveinFig、5,b、Alreadyatkr=8÷10negativevaluebeesinsignificant、Buttheminimumvaluereacheszeroonlyifkr→、Areaswithnegativevalues,withincreasingkrbeingnarrower、Theyarerepeatedapproximatelyover,withtheincreasekrthisapproximationbeesmoreaccurate、Obviously,onlyatkr=theseareasarelosingtheirrole,asenergyfluxesinadjacentportionsatkr=areequalandrefluxenergyfromoneportiontoanotherbeesnotpossible、 Processalignmentofenergyportionscanbegiveninterpretation,consideringthemotionofacar、Withincreasingdistancemassofthecaroverdecreasedbyreducingthemassoffuelinthetank、Thisreductionisduetoemissionofwastegasinthedirectionoppositetothemovement、Nowyoucanunderstandthephysicalmeaningofthephasevelocity、ThephasevelocityoftheradialandangularponentsofthePoyntingvector(Fig、3)arecharacterizingthespeed,inparticular,itsminimum,oranyphaseofthePoyntingvector,i、e、theenergyfluxdensityportion、AsseeninFig、5theenergyfluxportion(thePoyntingvector)forkr>1…2isclearlydefined、Atmostoftheaxiskrthephasevelocityisgreaterthanc、Andonlyatinfinitytheenergyfluxdensityportionismovingataspeedequaltoc、WhatmaybeareasontoconsiderthatthephasevelocityofthePoyntingvectorisavalue,whichhasnophysicalsense?Theanswertothisquestion,inviewofthesedata,shouldbenegative、Inthiscase,thephaseveloc