買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 I 1 章 緒論 1 題研究的背景和意義 1 內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)發(fā)展現(xiàn)狀 1 第 2 章 主要元器件介紹 3 片機(jī) 紹 3 功能描述 3 主要特性 4 聲波傳感器 5 么是超聲波 5 聲波傳感器特性 5 電式超聲波傳感器 8 聲波傳感器應(yīng)用 9 第 3 章 倒車?yán)走_(dá)原理 10 聲波測距原理 10 體設(shè)計(jì)方案 11 第 4 章 單元電路說明 14 聲波發(fā)射電路 14 聲波接收電路 14 源電路 14 音播報(bào)及外圍電路 15 警電路 15 片機(jī)復(fù)位電 路設(shè)計(jì) 16 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 統(tǒng)程序總框圖 18 要編程設(shè)計(jì) 18 第 6 章 調(diào)試 22 第 7 章 誤差分析 24 結(jié) 論 26 致 謝 2 7 參考文獻(xiàn) 28 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 倒 車?yán)走_(dá)是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為 直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起 動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視 線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。本設(shè)計(jì)利用 司的 片機(jī)、超聲波傳感器測距實(shí)現(xiàn)超聲波倒車?yán)走_(dá)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) 測距 超聲波 倒車?yán)走_(dá) 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) is or a it or a to of of It is in . to 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 章 課題研究的背景及意義 緒 論 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和道路交通狀況的不斷改善，我國汽車 保有量不斷增加。但隨著汽車數(shù)量的不斷增加，一系列后續(xù)問題也隨 之產(chǎn)生。尤其是交通安全問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 由于車后盲區(qū)所導(dǎo)致的事故 在中國約占 30%，因此增強(qiáng)汽車的后視能力是十分必要的。據(jù)調(diào)差了解， 絕大部分駕駛員都希望有一雙能夠發(fā)現(xiàn)汽車尾部障礙物的“后視眼” 以增強(qiáng)倒車時的安全性，基于以上原因，汽車倒車?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生。 倒車?yán)走_(dá)全稱叫做“倒車防撞雷達(dá)”，也可以叫做“泊車輔助裝 置”，是汽車泊車安全的輔助裝置。能以聲音或顯示告知駕駛員車后 的情況，解決了駕駛員倒車或啟動汽車時前后左右探視引起的麻煩， 并幫助駕駛員解決由視覺誤差引起的缺陷，提高駕駛安全性。倒車?yán)?達(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行 而不會與任 何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波來判斷前 方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、形狀等信息。只不過由 于倒車?yán)走_(dá)的體積大小和實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障 礙物與車的距離，并作出提示。司機(jī)在倒車時，倒車?yán)走_(dá)也啟動，在 控制器的控制下，由車尾保險(xiǎn)杠的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn) 生回波信號。傳感器接收到回波信號后，通過控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置。再由顯 示設(shè)備顯示并由報(bào)警裝置發(fā)出警示。從而使司機(jī)倒車時不至于撞到障 礙物 。 國內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展情況 經(jīng)過多年發(fā)展，倒車輔助系統(tǒng)已經(jīng)過六代技術(shù)改良。無論是結(jié)構(gòu)外觀 還是技術(shù)性能都有了長足的進(jìn)步。 “倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會 響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機(jī)并沒有直接的幫助， 不是真正的倒車?yán)走_(dá)。 第二代“轟鳴器”這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后 處有障礙物，轟鳴器就會開始工作 。轟鳴聲越急，表示車輛 離障礙物越近。 在第二代基礎(chǔ)之上，人們又研究出了數(shù)碼波段顯示的倒車輔助系統(tǒng)。 可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 開始顯示；如 果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù) 碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表 安全距離，表示障礙物離車體距離有 以上；黃色代表警告距離，表 示離障礙物的距離只有 ；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只 有不到 的距離，你必須停止倒車。 第四代產(chǎn) 品又有了一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示 系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛 周圍障礙物的距離。 第五代產(chǎn)品結(jié)合了前四代的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配 以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2 米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級 的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)?達(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并 設(shè)計(jì)了語音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 第六代產(chǎn)品就是無線倒車?yán)走_(dá)，全新無線液晶倒車?yán)走_(dá)，融無線 連接、 倒車?yán)走_(dá)、彩色液晶顯示、 示音、于一體。由于普通倒車?yán)走_(dá)安裝 時，從車后雷達(dá)主機(jī)到車前儀表臺上顯示器要布一條線，這樣要拆裝車內(nèi) 的裝飾板、膠條等，非常不方便?，F(xiàn)在最新推出的第六代無線液晶倒車?yán)?達(dá)，一舉解決此問題，車后主機(jī)和顯示器之間無線連接，方便快捷。更可 在大巴、卡車等車身長的車上使用，使安裝更容易。 5 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章 片機(jī) 要元器件介紹 功能描述 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) 儲 器 （ 低電壓、高性能 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦 除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 閃爍存儲器 組合 在單個芯片中， 一種高效微控制器， 它的一種精簡版本。 片機(jī)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 . 電電壓 地 ： 為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8電 流。當(dāng) 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 夠用于外部 程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 程時， 作為原碼輸入口，當(dāng) 行校驗(yàn)時， 出原碼，此時 部必須被拉高。 ： 是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖 器能接收輸出 4電流。 管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用 作輸入， 被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。在 程和校驗(yàn)時， 作為第八位地址接收。 ： 為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 緩沖器可 接收，輸出 4 個 電流，當(dāng) 被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電 阻拉高，且 作為輸入。并因此作為輸入時， 的管腳被外部拉低，將 輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， 輸出地址的高八位。在給出地 址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 寫時， 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 在 程和校驗(yàn)時 接收高八位地址信號和控制信號。 ： 管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 電流。當(dāng) 寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用 作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， 將輸出電流（ 是由于上拉的緣故。 位輸入 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存 地址的地位字節(jié)。在 程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， 以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng) 用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 沖 。如想禁止 輸出可在 址上置 0。此時， 有在執(zhí)行 令是 起 作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) 止， 置位無效。 /外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間， 每個機(jī)器周期兩次 /效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效 的 /號將不出現(xiàn)。 / 當(dāng) / 持 低電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外部 程 序 存 儲 器 （ 0000不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /內(nèi)部鎖定為 /保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ 向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 自反向振蕩器的輸出。 構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系 統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 8K，四個 I/O 口全部 提供給用戶?？捎?12V 電壓編程，而且擦鞋時間僅需 10 毫 秒。工作電壓 范圍 靜態(tài)工作。工作頻率在 0間。 供 三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠地硬加密手段，能完全保證 程序或系統(tǒng)不被仿制。 是三態(tài)雙向口，統(tǒng)稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥?該口能直接用于對外部存儲器的讀、寫操作。 主要特性 與 容 7 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4K 字節(jié)可編程 儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0三級程序存儲器鎖定 128 8 位內(nèi)部 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 聲波傳感器 么是超聲波 人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率在 20圍內(nèi)，而超聲波是指頻率高于 20機(jī)械波。超聲波是一種在彈性 介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波）。 在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體 、液體及固體中傳 播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程 中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十 在 固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體 中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。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。常用的超聲波 傳感器可以分為二大類 ,一是用電氣方式產(chǎn)生超 聲波 ,如壓電式、磁致伸 縮式超聲波發(fā)生器；二是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波 ,有加爾統(tǒng)笛、液哨和 氣流旋笛等。 聲波傳感器特性 超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接受換能器，既能發(fā)射超聲波又 能接收發(fā)射出去的超聲波回波。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效 應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。超聲波換能器的種類很多，按照 實(shí)現(xiàn)超聲波換能器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動式、 電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式。 8 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 超聲波換能器的材料也有多種選擇，某些電解質(zhì)（晶體 、陶瓷、 高分子聚合物等）在其適應(yīng)的方向施加作用力時，內(nèi)部的電極化狀態(tài)會 發(fā)生變化，在電解質(zhì)的某相對兩表面會出現(xiàn)與外力成反比的符號相反的 束縛電荷，這種由外力作用是電解質(zhì)帶電的現(xiàn)象叫做壓電效應(yīng)。相反的， 若在電解質(zhì)加上一個電場，在此電場作用下，電解質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會 發(fā)生相應(yīng)的變化，產(chǎn)生與外加電場強(qiáng)度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫 做逆壓電效應(yīng)。壓電材料是雅典換能器的研制、應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。大 致可分為五類：壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導(dǎo)體、壓電高分子聚 合物和復(fù)合壓電材料。其中壓電陶瓷是壓電多晶體材料，這 類壓電陶瓷 為實(shí)心，均勻和一體的壓電功能材料，具有優(yōu)良的壓電性能。其優(yōu)點(diǎn)如 下： 1. 所有原材料廉價(jià)且易得 2. 具有非水溶性，遇潮不易損壞 3. 壓電性能優(yōu)越 4. 品種繁多、性能各異，可滿足不同的設(shè)計(jì)要求 5. 機(jī)械強(qiáng)度好，易于加工成各種不同的形狀和尺寸 6. 采用不同的形狀和不同的電極化軸，可以得到所需的各種振動 模式 7. 制作工藝簡單，生產(chǎn)周期較短，價(jià)格適中 超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性： 圖 2壓能級 9 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 2敏度 圖 2圖 2超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級和靈敏度。其中， 40為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在 40，超聲發(fā)射傳感器 所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說在 40所產(chǎn)生的超聲聲壓能級 最高。而在 40側(cè)，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器 一定要使用非常接近中心頻率 40交流電壓來激勵。 另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。 曲線在 40曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在 40接 收靈敏 度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲 接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并目在這個共振頻率上靈敏度很高。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時靈敏度也隨之降低。 并目最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗 高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度?？紤]到實(shí)際工程測 量要求 ,可以選用超聲波的頻率 f = 40波長 = 0. 85 2. 指向特性： 實(shí)際的超聲波傳感 器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表而上每個 點(diǎn)看成一個振蕩源，輻射出一個半球波 (子波 )，這些子波沒有一指向性。 但離開超聲傳感器得空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果 (衍射 )，卻 10 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 有一指向性。如圖 2超聲波的指向特性圖。 圖 2向性 超聲傳感器的指向圖由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0 度時電壓最大，角度逐漸增大時，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般 為 40 到 80 度，課題要求發(fā)射傳感器的指向角為 60 度。 電式超聲波傳感器 壓電式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。 如圖 2聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。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 片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 11 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 2之，如果兩電極間未外加電壓，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 器了，如圖 2聲波傳感器的應(yīng)用 圖 2聲在許多領(lǐng)域內(nèi)比可聽聲的用途更加廣泛，是基于以下凡個原因： 聲波的頻率越高，則方向性越強(qiáng)。 下聲納系統(tǒng)、超聲測距系統(tǒng)中方向性是一個重要的 12 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 考慮因素。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 波長越越短，波長可以小到與超聲傳播媒介 材料尺寸相比更小的程度。在高分辨率探傷、微小厚度測量、高精度測距 中，這一點(diǎn)相當(dāng)重要 。 樣就避免產(chǎn)生噪聲，因而超聲具有綠色特性。 當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為透射型。適 用于在空氣中傳播，工作頻率一般為 23 40類傳感 器適用于測距、遙控、防盜等用途。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、 接近開關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，分離式反射型 可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。 13 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 倒車?yán)走_(dá)原理 聲波測距原理 本設(shè)計(jì)利用超聲波測距儀測得的距離作為倒車依據(jù)。超聲波產(chǎn)生分為 有源和無源兩種方式，本設(shè)計(jì)里用的有源測距。 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 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時，單片機(jī)使用 12M 晶振， 所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。 超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 of 也可 以稱為回波探測法，如圖所示。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在 發(fā)射 時刻的同時開始計(jì)時，超聲波在介質(zhì)中傳播，途中碰到障礙物就立即 返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時。根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同， 可分為液介式、氣介式和固介式三種。根據(jù)所用探頭的工作方式，又可分 為自發(fā)自收單探頭方式和一發(fā)一收雙探頭方式。而倒車?yán)走_(dá)一般是裝在車 尾，超聲波在空氣中傳播，超聲波在空氣中 (20 )的傳播速度為 340m/s(實(shí) 際速度為 344m/s 這里取整數(shù) )，根據(jù)計(jì)時器記錄的時間 (t)，就可以計(jì)算出 發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)。公式如 3 s=340t/2 （ 3 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(jì)比較方便，計(jì)算處 理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到要求。 限制倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個因素：超聲波的幅度、反 射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換 能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。聲波的速度 c 與溫度 T 有關(guān)。如果環(huán)境溫度變化顯著 ,則必須考慮溫度。由于超聲波也 14 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大 學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 是一種聲波，其聲速 c 與溫度有關(guān)，表 3出了幾種不同溫度下的聲速。 在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精 度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定后，只要測得 超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是所謂的時間差測距法。 表 3速 c 與溫度的關(guān)系 超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲 波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接受的時間差計(jì)算出 發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見，超聲波測距 原理與以上方式是一 樣的。測距的公示為： L=C*T 式中 L 為測量的距離長度； C 為超聲波在空氣中的傳播速度； T 為測 量距離傳播的時間差（ T 為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半）。 體設(shè)計(jì)方案 該倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用背景是基于 超聲信號檢測的。因 此初步計(jì)劃是在室內(nèi)小范圍的測距，限定在 左右量程。單片機(jī) (出短暫的 40號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；反 射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn) 生鎖定信號啟動單片機(jī)中斷程 序，得出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進(jìn)行計(jì) 算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至顯示電路進(jìn)行顯示，并進(jìn)行聲光報(bào)警。 其發(fā)射電路通常分為調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈 (有時裝在探頭內(nèi) )，諧振頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射出的超聲 脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要 由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。為了將一定頻率、隔度的交流電 15 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 壓加到發(fā)射傳感器的兩端，使其振動發(fā)出超聲。電路頻率的選擇應(yīng)該滿足 發(fā)射傳感器的固有頻率 40樣才能使其工作在諧振頻率，達(dá)到最優(yōu) 的特性。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因?yàn)閷ν恢Оl(fā)射傳感器而言， 電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接收傳感器上接收的回波 功率就比較大，對于接收電路的設(shè)計(jì)就相對簡單一些。但是，每一支實(shí)際 的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)工作電壓超過了這個極限值之 后，會對傳感器的內(nèi)部電路造成不可恢復(fù)的損害。因此，工作電壓不能超 過這個極限值。同時，發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通 常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強(qiáng)度。電阻大時阻尼小，發(fā)射強(qiáng)度 大，儀器分辨率低，適宜于探測厚度大，對分辨力要求不高的試件。電阻 小時阻尼大，分辨率高，在探測近表而缺陷時或?qū)Ψ直媪τ休^高要求時應(yīng) 予采用。 發(fā)射部分的點(diǎn)脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生 的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進(jìn)行處理就必須放大到一定 的幅度。接收部分就是由兩級放大電路，檢波電路及鎖相環(huán)構(gòu)成的，其中 包括雜波抑制電路。最終達(dá)到對回波進(jìn)行放大檢測，產(chǎn)生一個單片機(jī) (夠識別的中斷信號作為回波到達(dá)的標(biāo)志。 在測距計(jì)數(shù)電路中，采用了相關(guān)計(jì)數(shù)法，其主要原理是：測量時 單片 機(jī)系統(tǒng)先給發(fā)射電路提供 20 個左右的脈沖信號，單片機(jī)計(jì)數(shù)器立即計(jì)數(shù)。 當(dāng)發(fā)射信號一定時間以后，若單片機(jī)收到外中斷 1 的信號則即使成功，若 沒有收到信號就重新發(fā)射信號一次，直到收到脈沖信號，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 雙向超聲波測距儀的系統(tǒng)主要有以下部分組成： 示模塊、 制芯片、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、電源模塊五大部分組成。 另外包括語音報(bào)警電路。 16 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 3圖 3設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)如下： 優(yōu)點(diǎn)：能進(jìn)行雙向測距， 實(shí)時性好，精度高，功耗低。 采用 優(yōu)點(diǎn)是：指令簡單容易控制。 17 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 單元電路說明 聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理如大圖所示，發(fā)射電路主要由反相器 超聲波發(fā)射換能器 T 組成，單片機(jī) 口輸出的 40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 波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出 端采用兩個反向器并 聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻 方面可以提高反向器輸出 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 器內(nèi)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，這時他就是一個超聲波發(fā)射器；反之，如果兩電極間未外 加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片做振動。將機(jī)械能轉(zhuǎn) 換為電信號， 這時它就成為超聲波接受換能器。 聲波接收電路 集成塊是一款紅外線檢波接受的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接 收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率為 38測距的超聲波頻率 40為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路，如大圖。實(shí)驗(yàn)證 明在接收超聲波時（無信號時輸出高電平），具有很好的靈敏度和抗干擾 能力。適當(dāng)更改電容 大小可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能 力。當(dāng)超聲波接探頭 R 感應(yīng)到超聲波回波的時候，輸出就會從高電平變?yōu)?低電平，產(chǎn)生一個下降沿觸發(fā)信號，完成信號的采集 。 源電路 穩(wěn)壓電源的輸出電壓 或電壓可調(diào)節(jié)范圍 最大輸出 電流 它的特性指標(biāo)，這兩個指標(biāo)決定了該電源的適應(yīng)范圍，同時也 決定了穩(wěn)壓器的特性指標(biāo)以及如何選擇變壓器、整流管和濾波電容。而輸 出電壓阻、紋波電壓、溫度系數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)，它決定了穩(wěn)壓器 的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出阻抗、溫度系數(shù)和濾波電容的選擇。 因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓對單片機(jī)來說是十 分重要的，如大圖穩(wěn)壓電源，使系統(tǒng)能正常工作。為了改善波紋特性，在 穩(wěn)壓電源的輸入端加電容 其輸出端加電容 的是為了改 善負(fù)載的瞬間響應(yīng)，防止自激振蕩和減少高頻噪聲。 18 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 三腳穩(wěn)壓塊的選擇：該裝置中穩(wěn)壓塊選用 成穩(wěn)壓塊。 要技術(shù)參數(shù)：輸出電壓 3大輸出電流 列穩(wěn)壓 塊封裝： 1 端為輸入端， 2 端為公共端， 3 端為輸出端。注意事項(xiàng)：引腳 不能接錯，公共端不能懸空；為防止過熱應(yīng)加裝散熱片，其內(nèi)部原理如圖 圖 4腳穩(wěn)壓電源內(nèi)部電路 音播報(bào)及外圍電路 語音播報(bào)包含手動錄音電路、語音放大電路、 圍元件。電 路圖見大圖。 警電路 報(bào)警電路由一個蜂鳴器，一個 三極管構(gòu)成，當(dāng)單片機(jī)的 為低電平時，蜂鳴器報(bào)警。原理如圖 4圖 49 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì) 在 51 系列單片機(jī)中，在振蕩器運(yùn)行時， 腳上保持至少兩個周 期的高電平輸入信號，復(fù)位過程即可完成。未響應(yīng)這一不定期過程， 出內(nèi)部復(fù)位信號。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn) 高電平的第 二個周期開 始的，并且此后每個周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到 為低電平為止。 針對復(fù)位電路對時間的需要，所以對復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般來講， 源的上升時間不超過 1內(nèi)振動啟動時間在 10內(nèi)。這種情況 下把 腳通過 10 F 電容接到 同時經(jīng)過 10K 電阻和地相連，就 可獲得上述自動復(fù)位的結(jié)果。其具體的復(fù)位電路如圖 4圖 4通電源后， 對電容通過的電阻進(jìn)行充電。 的電壓等于 電容兩端電壓之差。在充電過程中，隨著電 容電壓逐步趨于 腳上的電壓最終將接近于 0。此過程之長短取決于電阻和電容值的 大小。 10 F 的電容足可使 上的電壓在振蕩器啟動后尚有兩個周期 以上的時間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個復(fù)位過程得 以完成。 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 超聲波倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲 波接收中斷程序、顯示程序、語音播報(bào)子程序、數(shù)據(jù)處理程序等。由于本 系統(tǒng)工作在兩種模式下，所以程序有兩個分支，倒車模式和 測距模式。在 倒車模式下，先對所測的距離與極限值比較，當(dāng)大于極限值時系統(tǒng)不發(fā)出 警告。小于極限值時，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。 統(tǒng)程序總框圖 要編程設(shè)計(jì) 圖 5程序首先使系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 作模式為 16 位定時 計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位 給顯示端口 0。然后調(diào) 用超聲波發(fā)射子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接 傳送到接收器引起的直接觸發(fā)，需要延時 ，才打開外中斷接收返 回的信號。設(shè)計(jì)時取 20時聲速 為 344M/S 則有： d=（ c*t） /2=1720000中 計(jì)數(shù)器 計(jì)算值， 21 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 用單片機(jī)控制產(chǎn)生 40波，可用延時程序和循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)，先定 義一個延時函數(shù) 后可用 句循環(huán)，并且循環(huán)一次同時改 變方波輸出口的電平高低，從而產(chǎn)生方波。超聲波發(fā)射子程序如下： ） /延時函數(shù) ） a=0； a 200； a+） /產(chǎn)生 100 個 40波 每循環(huán)一次，輸出引腳取反 接收子程序如下： H, ; ; /停止計(jì)數(shù) 56+ 344*; /計(jì)算距離 ; ; 顯示系統(tǒng)部分程序如下： # P0 = 00 =0 if(9999) 999; if(0) 22 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 ； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) =000; =()/100; =()/10; =(g) ; 報(bào)警程序部分編程如下： ; ; ; ; ; ); R=0) ) R=0); ); N=0) ; ; ; ; 00); 23 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ; 0); ); ; ; ; if(N=1) ; ); if(); N=0); 0); 24 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 章 調(diào)試 超聲 波 系統(tǒng) 的調(diào) 試其 中 超聲 波發(fā) 射和 接收 采 用超 聲波 換能 器 心頻率 40裝時應(yīng)保持換能器兩中心 軸線平行并相距，其余元件無特殊要