基于單片機(jī)汽車倒車 雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)題 目：基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 10211 學(xué) 號(hào)： 10 姓 名： 指導(dǎo)老師： 成 都 工 業(yè) 學(xué) 院二一三年 五 月基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 成都工業(yè)學(xué)院2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。本設(shè)計(jì)是利用最常見的超聲波測(cè)距法來設(shè)計(jì)的一種基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的主要是基于AT89C51單片機(jī)利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將超聲

2、波測(cè)距系統(tǒng)和AT89C51單片機(jī)結(jié)合于一體，設(shè)計(jì)出一種基于AT89C51單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)論文概述了超聲波檢測(cè)的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。在超聲波測(cè)距系統(tǒng)功能和AT89C51單片運(yùn)用的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)計(jì)單元的原理進(jìn)行了介紹，并且對(duì)組成各單元硬件電路的主要器件做了詳細(xì)說明和選擇。本設(shè)計(jì)論文還介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，并通過編程來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能和要求。關(guān)鍵詞：汽車倒車?yán)走_(dá)、AT89C51、超聲波、測(cè)量距離、LED數(shù)碼管Abstract As social and economic dev

3、elopment of the transport industry booming, the number of cars in the first mate to climb. Traffic congestion has become increasingly serious crash occurred frequently, resulting in the inevitable personal injury and economic loss, for this situation, design a fast response, high reliability and mor

4、e economical car reversing collision warning system is inevitable line. The most common design is the use of ultrasonic distance measurement method to design a microcontroller based car reversing radar system. The design is mainly based on AT89C51 microcontroller features and advantages of the use o

5、f ultrasound, ultrasonic ranging system and AT89C51 microcontroller combined in one design a car based on AT89C51 microcontroller reversing radar system. The system uses software and hardware combination of methods. The paper outlines the design of the development of ultrasonic testing and the basic

6、 principles expounded the principle and characteristics of ultrasonic sensors. In the ultrasonic ranging system functions and AT89C51 monolithic application, based on the overall composition of the system proposed, each of the design elements of the system were introduced the principle and hardware

7、circuit for each unit composed of the main components of a detailed description and choices. The paper also describes the design of system software architecture, and is programmed to implement system functions and requirements. Keywords: car reversing radar, AT89C51, ultrasound, measuring distance,

8、LED digital tube目錄第一章 緒論11.1概述11.2設(shè)計(jì)目的及意義11.3測(cè)距方式的分析與比較2第二章 超聲波的發(fā)展及測(cè)距原理42.1超聲波的發(fā)展與運(yùn)用42.2超聲波測(cè)距原理42.3 超聲波測(cè)距在汽車上的運(yùn)用62.4 超聲波傳感器的介紹72.4.1 超聲波傳感器介紹72.4.2 超聲波傳感器的特性8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求103.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案103.3 單片機(jī)系統(tǒng)介紹113.3.1 AT89C51單片機(jī)介紹113.3.2單片機(jī)的復(fù)位電路153.3.3單片機(jī)的時(shí)鐘電路163.3.4 單片機(jī)的電源電路173.4 超聲波發(fā)射電路233.5 超聲波接收電路

9、253.5.1 CX20106A集成電路介紹253.5.2超聲波接收電路263.6 距離顯示電路273.7 報(bào)警電路283.7.1 音頻集成功放LM386簡(jiǎn)介283.7.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)30第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)304.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的框圖304.2系統(tǒng)程序流程圖314.3超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程324.4超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)344.5顯示程序354.6報(bào)警程序36結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39附錄40附錄一：系統(tǒng)電路圖40附錄二：主要元器件清單41附錄三：源程序42iii第一章 緒論1.1概述汽車倒車?yán)走_(dá)全稱叫“汽車倒車防撞雷達(dá)”，也叫“汽車泊車輔助裝置”，是汽車泊車或者倒車時(shí)的

10、安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。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(dòng)車輛時(shí)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。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于AT89C51單片機(jī)倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將超聲波測(cè)距系統(tǒng)和AT89C51單片機(jī)結(jié)合于一體，設(shè)計(jì)出一種基于AT89C51單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點(diǎn)1.2設(shè)計(jì)目的及意義隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人

11、們關(guān)注的問題。對(duì)于公路交通事故的分析表明，80%以上的車禍?zhǔn)掠捎隈{駛員反應(yīng)不及所引起的，超過65%的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。奔馳汽車公司對(duì)各類交通事故的研究表明：若駕駛員能夠提早1S意識(shí)到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的正確措施，則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會(huì)和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測(cè)距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷及兒童更是不堪設(shè)想。有鑒于此汽車高科技

12、產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生。汽車倒車?yán)走_(dá)的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)大大降低倒車事故的發(fā)生。汽車倒車?yán)走_(dá)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，解除駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(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(huì)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，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物

13、與車的距離并做出提示。通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示出來。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角45°輻射檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗又難以看見的障礙物并報(bào)警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等。顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車據(jù)后面物體還有多少距離。到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂鳴器就開始鳴叫，提示司機(jī)停車。我國(guó)倒車?yán)走_(dá)從2000年開始起步，從最初只是奔馳、寶馬等高檔車的專利，發(fā)展到現(xiàn)在成為許多轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)歷了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上還是性能價(jià)格上，這六

14、代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，其中使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示、防炫目、和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這四種。因?yàn)?，大力研究開發(fā)倒車?yán)走_(dá)等主動(dòng)式汽車輔助安全裝置，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于交通安全起到重要作用。顯然，此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。1.3測(cè)距方式的分析與比較測(cè)距方式對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度及穩(wěn)定性都有較大影響。因此選擇一種合適的測(cè)距方式對(duì)系統(tǒng)性能提高有很大幫助。主要距離測(cè)量方式有激光測(cè)距、紅外線測(cè)距、CCD攝象機(jī)和超聲波測(cè)距這幾種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對(duì)它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析和比較。(1) 激光測(cè)距激光測(cè)距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，主要根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。具有測(cè)量時(shí)間短、量程

15、大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于激光測(cè)距受天氣、接收器表面摩損和污染等影響較大，使反射的激光束在一定功率上探測(cè)距離比可能探測(cè)的最大距離減少1/2到1/3損失很大，最終影響探測(cè)精度。(2) 紅外線測(cè)距紅外線傳播時(shí)的具有不易擴(kuò)散的特點(diǎn)，顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力，在穿越其它物質(zhì)時(shí)折射率很小，所以長(zhǎng)距離的測(cè)距儀都會(huì)考慮紅外線。它主要應(yīng)用于夜間行車或在軍事上使用。但是它比較容易受到光源和熱源影響。(3) CCD 攝像機(jī)CCD ( Charge Coupled Device)攝像機(jī)即電荷耦合器攝像機(jī)，它是一種用來模擬人眼的光電探測(cè)器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范

16、圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)良特性。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。(4) 超聲波測(cè)距超聲波一般是指頻率在40KHz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，超聲波測(cè)距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理裝置三部分組成。超聲波的諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設(shè)計(jì)；不受無線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設(shè)計(jì)。超聲波測(cè)距系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠，同時(shí)超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，應(yīng)用前景好。通過對(duì)以上幾種測(cè)距方式的分析比較，由于超聲波指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、成本低、性能穩(wěn)定可靠、在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所以超聲波測(cè)距方式在短距

17、和低速測(cè)量方面比上述其它幾種技術(shù)更具優(yōu)越性。因此本設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距方式。第二章 超聲波的發(fā)展及測(cè)距原理2.1超聲波的發(fā)展與運(yùn)用一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于1876年FGalton的氣哨實(shí)驗(yàn)，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對(duì)超聲波的研究造成了一定程度的影響，在之后的三十年中，超聲波仍然是一個(gè)鮮為人知的東西。人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。40年代末期超聲波治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)上

18、最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。如今，由于超聲波在物理化學(xué)方面的獨(dú)特特性，已廣泛應(yīng)用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。2.2超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t,然后求出距離，式中的C為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)，表2-1列出了幾種不同溫度下的聲速。氣溫()05101

19、520聲速（m/s）331334337340343表2-1 幾種不同溫度下的聲速在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。然而其超聲波測(cè)距的時(shí)間主要有以下三種方法： 相位檢測(cè)法，相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限； 聲波幅值檢測(cè)法，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響； 渡越時(shí)間檢測(cè)法，渡越時(shí)間檢測(cè)法的工作方式簡(jiǎn)單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都非常容易實(shí)現(xiàn)，超聲波測(cè)距一般所的采用方法。本設(shè)計(jì)采用渡越時(shí)間檢測(cè)法，其主要原理是當(dāng)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，

20、超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時(shí)。其具體的算法如下：假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間，發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離，如圖2-1所示圖2-1超聲波測(cè)距原理圖2-1中兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用表示，由圖可得： (2-1) (2-2)將式（2-2）帶入式（2-1）得： (2-3)在整個(gè)傳播過程中，超聲波所走過的距離為： (2-4)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（2-4）帶入式（2-3）可得： (2-5)當(dāng)被測(cè)距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時(shí)，式（2-5）變?yōu)椋?(2-6)本設(shè)計(jì)由單

21、片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，采用12MHZ的晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。2.3 超聲波測(cè)距在汽車上的運(yùn)用以超聲波測(cè)距方式的汽車倒車倒車?yán)走_(dá)是現(xiàn)在市場(chǎng)上倒車?yán)走_(dá)的主流產(chǎn)品，甚至還配合以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動(dòng)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(bào)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。汽車防撞雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)防撞報(bào)警功能。汽車倒車?yán)走_(dá)的探頭主要安裝于前后保險(xiǎn)杠上，根據(jù)汽車的不同價(jià)格和品牌，探頭有二、三、四、六、八、十、十二只不等。其中探頭能夠以最大水平120度垂直70度范圍輻射，上下左右搜尋目標(biāo)。一般的汽車擋位桿掛入倒擋時(shí)，倒車?yán)走_(dá)

22、自動(dòng)開始工作，超聲波這把無形尺子能夠測(cè)量到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗難以看見的障礙物（如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等），并顯示距離與報(bào)警。圖2-2 汽車倒車?yán)走_(dá)示意圖（后4個(gè)探頭）本設(shè)計(jì)介紹的超聲測(cè)距系統(tǒng)共有2只超聲波換能器( 俗稱探頭) , 假設(shè)分別布置在汽車的后左、后右2個(gè)位置上。能檢測(cè)倒車方向障礙物距離顯示范圍為0.0710.00m, 當(dāng)距離小于2米時(shí)發(fā)出一定的聲響, 起到提示和警戒的作用。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，已達(dá)到上述效果。2.4 超聲波傳感器的介紹2.4.1 超聲波傳感器介紹超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)

23、變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，目前常用的超聲傳感器有電聲型與流體動(dòng)力型兩大類。電聲型主要有：壓電傳感器、 磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。流體動(dòng)力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。壓電傳感器是超聲檢測(cè)中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖2-3）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，壓電晶片是傳感器的核心等組成。，當(dāng)在壓電晶片上加有大小和方向不斷變化的交流電壓（或者脈沖）時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形

24、的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。同理當(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)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波；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(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。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。圖2-3壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與

25、它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。，用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。2.4.2 超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以TR系列的超聲波傳感器的特性為例加以說明（1）頻率特性 a) b)圖2-4超聲波傳感器的頻率特性圖(a) 超聲波傳感器的聲壓能級(jí) (b) 超聲波傳感器的靈敏度圖2-4是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級(jí)和靈敏度。如圖（a）所示40KHz處為超聲波發(fā)射傳感器的中心頻率，在40KHz處，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40KHz處所產(chǎn)

26、生的超聲聲壓能級(jí)最高,而在40KHz兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減。其頻率特性（b）所示, 可見40KHz處其靈敏度最高。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率40KHz的電壓（或者脈沖）來激勵(lì)。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40KHz（波長(zhǎng) = 0.85cm）處最尖銳，輸出電信號(hào)的振幅最大，即在40KHz處接收靈敏度最高。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，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。如果R較小，頻率特性變得光滑而且有較寬的帶寬，同時(shí)靈敏度也隨之降

27、低，并且最大靈敏度向稍低的頻率移動(dòng)。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗的前置放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度。(2)指向特性實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成一個(gè)振蕩器，輻射出一個(gè)半球而波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。超聲傳感器的指向圖由一個(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成，其物理意義是0度時(shí)電壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般為40度到80度，本設(shè)計(jì)要求傳感器的指向角為75度。圖2-5是電路中選用的發(fā)射傳感器的指向特性及結(jié)構(gòu)。圖2-5超聲波傳感器指向特性超聲波發(fā)射電路包括超

28、聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個(gè)部分，探頭（超聲波換能器）選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生40KHz的超聲波信號(hào)，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流100mA以上的驅(qū)動(dòng)電路。第二種方法是利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活性低。本設(shè)計(jì)采用第二種方法產(chǎn)生40KHZ的超聲波發(fā)射信號(hào)。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求此系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：1）基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)2）具有

29、為單片機(jī)提供工作的電源及指示3）顯示障礙物離汽車的距離（10米內(nèi)）4）距離小于指定值時(shí)（小于2米），系統(tǒng)發(fā)出聲音預(yù)警信號(hào)3.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景是基于型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)發(fā)出40KHz的超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器的探頭發(fā)射，當(dāng)遇到障礙物時(shí)則反射信號(hào)，超聲波接收器探頭將接收到的反射回來信號(hào)經(jīng)放大器放大和濾波，送入單片機(jī)并啟動(dòng)機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間差，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。若測(cè)得距離小于事先設(shè)定的數(shù)值，則發(fā)出聲音預(yù)警。其系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示：圖3-1系統(tǒng)原理圖3.3 單片機(jī)系統(tǒng)介紹3.3.1 AT89C51單片機(jī)介紹（1）A

30、T89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。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CPU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，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51

31、單片機(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。AT89C51主要由微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器（ROM）、并行I/O口、串口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器（SFR）組成。其結(jié)構(gòu)圖如3-2所示：圖3-2 AT89C51結(jié)構(gòu)圖（2）主要特性1) 與MCS-51 兼容 2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器3）壽命：1000寫/擦循環(huán) 4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年5）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定7）128×8位內(nèi)部RAM 8）32個(gè)編程I/O線9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10）5個(gè)中斷源11）可編程串行通道 12）低功耗的閑置

32、和掉電模式13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（3）引腳及功能 圖3-3 AT89C51引腳排列AT89C51單片機(jī)為40腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。其引腳排列順序及引腳符號(hào)如圖3-3所示。各引腳功能如下：1）電源及接地GND:電源接地端。Vcc:供電電壓即正常運(yùn)行和編程校驗(yàn)時(shí)為+5V電源(士10%)。2）時(shí)鐘及復(fù)位信號(hào)XTAL1:是片內(nèi)振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器為時(shí)鐘源時(shí)，此腳必須接地。XTAL2:是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。使用外部振蕩器時(shí)，可由此腳引入外部時(shí)鐘信號(hào)。RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。若此輸入端保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘

33、振蕩周期）以上的高電平，即可以將89C51完成復(fù)位操作。此外，RST引腳的第二功能是VPD，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)將+5v電源接入RST端，為RAM提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在RAM中的信息不丟失，以使復(fù)電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。3）地址鎖存允許/編程信號(hào)端ALE/PROG:當(dāng)89C51上電正常工作后，ALE管腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此信號(hào)作為鎖存地址總線的低8位地址的控制信號(hào)。因此ALE信號(hào)可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。ALE端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LS型TTL。4）程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端：在訪

34、問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此管腳接EPROM的OE端，PSEN端有效，即允許讀出EPROM/ROM中的指令碼。當(dāng)CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，要產(chǎn)生兩次PSEN負(fù)脈沖信號(hào)，當(dāng)CPU訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN不跳變。此端驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL。5）外部程序存儲(chǔ)器地址通話輸入端/固化編程電壓輸入端/VPP:當(dāng)EA端接高電平時(shí)，CPU只訪問片內(nèi)EPROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在PC的值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA端接低電平時(shí)，則CPU只訪問外部EPROM并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。此管腳的第二

35、功能Vpp是對(duì)89c51片內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓的輸入端。6）輸入/輸出端口I/O端口引腳：I/O端口P0P3（地址為80H，90H，A0H，B0H），且P0P3為四個(gè)8位特殊功能寄存器，分別為四個(gè)并行I/O端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)端口鎖存器還有位地址，所以每一條I/O線獨(dú)立地用做輸入或輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存；作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)

36、FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)

37、存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“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，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3-1所示：引腳符號(hào)特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P

38、3.3/INT1（外部中斷1P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表3-1 P3口的特殊功能P3口同時(shí)也可以為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。3.3.2單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，其主要目的就是在上電的瞬間提供一個(gè)與正常工作狀態(tài)下相反的電平。一般利用電容電壓不能突變的原理，將電容與電阻串聯(lián)，上電時(shí)刻，電容沒有充電，兩端電壓為零，此時(shí)，提供復(fù)位脈沖，電源不斷的給電容充電，直至電容兩端電壓為電源電壓，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。圖3-4 復(fù)位電路當(dāng)在時(shí)鐘電路工作以后，只要在R

39、ESET端加上大于10ms的高電平，單片機(jī)便能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。若RESET端保持高電平，單片機(jī)循環(huán)復(fù)位。單片機(jī)一般要求在上電時(shí)，或者按復(fù)位鍵時(shí)復(fù)位。所以復(fù)位電路分為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。圖3-4為上電和按鍵復(fù)位電路。復(fù)位電路的極性電容C3直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用1030uF，本次選用22uF。上電瞬間，RST端的電壓與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，RST端的電位逐漸下降。此時(shí)。當(dāng)按下按鍵時(shí)，RST端出現(xiàn),使單片機(jī)復(fù)位。3.3.3單片機(jī)的時(shí)鐘電路（1）時(shí)鐘電路當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，這兩個(gè)端用來外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖3-5所示。時(shí)鐘電路中，晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速

40、度，頻率越大處理速度越快。晶體可在1.212MHz選擇。起振電容一般用1533pF，本設(shè)計(jì)使用30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖3-5所示：圖3-5 時(shí)鐘電路（2）晶振的選擇晶振一般分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振就是石英晶體諧振器的別稱， 晶體（crystal)，有2個(gè)引腳，體積小，需借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)；有源晶振叫做振蕩器（oscillator)，有4只引腳，體積較大，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。本設(shè)計(jì)采用無源晶體振蕩器HC-49/SSMD，其產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)如下：頻率范圍：4.0 90

41、 MHz并聯(lián)電容（C0）：7 pF Max.儲(chǔ)存溫度范圍：- 40 + 85 oC老化（25）：± 3 ppm / year Max.驅(qū)動(dòng)級(jí)：1 500 W (100 W typical)頻率公差（25）± 30 ppm, or specify工作溫度范圍：- 20 +70 oC, or specify在工作溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度：± 30 ppm, or specify負(fù)載電容：Series, 16 pF, 20 pF, 30 pF, 32 pF, or specify3.3.4 單片機(jī)的電源電路（1）直流穩(wěn)壓電源的工作原理查閱資料可知IntelMCS-51系列

42、單片機(jī)的工作電壓范圍是：+3.3V+5.5V,一般用+5V的電源，所以本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)+5V的電壓源為系統(tǒng)單片機(jī)工作。+5V的穩(wěn)壓電路很多種方法可以得到，比如LM336-5.0的5V電源芯片，還有現(xiàn)在市面上的做好的+5V輸出穩(wěn)壓電源，直接變壓器輸出就是可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，在這里我采用最原始的電橋變壓加上LM7805整流5V穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖3-6所示：圖3-6 直流穩(wěn)壓電源的工作流程直流穩(wěn)壓電源的工作原理：1） 電源變壓器降壓變壓器將電網(wǎng)220V交流電，變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓決定。2） 整流電路利用單向?qū)щ娫?，?0HZ的正弦交流

43、電變換成脈沖的直流電壓。常用的整流電路有全波整流、橋式整流等。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，與全波整流一樣，在一個(gè)周期內(nèi)的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，而且始終是同一方向。其整流電路圖如圖3-7中（a）(b)所示：圖3-7 整流電路及電壓、電流波形設(shè)變壓器二次電壓U2= U2sint，當(dāng)U2的正半周時(shí)，a端電位高于b端電位，V1、V3承受正向電壓而導(dǎo)通，V2、V4因反偏而截止，電流路徑為aV1RLV3b，自上而下流過RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。當(dāng)U2的負(fù)半周時(shí)，a端電位低于b端電位，V2、V4承受正向電壓而導(dǎo)通，V1、V3因反偏而截止，電流路徑為,bV2RLV4a, 自上而下流過RL，在RL上

44、得到上正下負(fù)的電壓。這樣在U2的整個(gè)周期內(nèi)，都有單向脈沖的電壓輸出。其輸出波形圖如圖3-7中（C）所示。3）濾波電路：雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分，但脈動(dòng)較大，為了獲得平滑的直流電壓，在整流電路的后面需加一個(gè)濾波電路，濾波電路可以將整流電路輸出的電壓的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。其電路圖圖3-8（a）所示為單相橋式整流電容濾波電路，它由電容C和負(fù)載RL并聯(lián)組成設(shè)電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時(shí)接通電路，U2為正半周，當(dāng)U2由零上升時(shí)，V1、V3導(dǎo) 通，C被充電，同時(shí)電流經(jīng)V1、V3向負(fù)載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內(nèi)阻，電容充電時(shí)間常數(shù)近似為零，

45、因此Uo=UcU2，在U2達(dá)到最大值時(shí)，Uc也達(dá)到最大值，然后U2下降，此時(shí)，Uc> U2，V1、V3截止，電容C向負(fù)載電阻RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)=RLC一般較大，電容電壓Uc按 指數(shù)規(guī)律緩慢下降，當(dāng)下降到| U2|>Uc時(shí)，V2、V4導(dǎo)通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復(fù)上述充放電 過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓，如圖3-8（b）所示。3） 穩(wěn)壓電路為了使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。整流輸出的電壓仍舊有較大幅度的波動(dòng)對(duì)于電路中的芯片直接供電可能對(duì)芯片有所損害，使芯片不能正常的工作。避免這種不利的可能的發(fā)生,在濾波電路的后面再接

46、一個(gè)穩(wěn)壓電路（如圖3-9），使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電壓網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化，再用一個(gè)LED作為電源指示燈。圖3-9穩(wěn)壓電路4） 單片機(jī)的電源電路圖3-10單片機(jī)的電源電路及仿真單片機(jī)的電源電路如圖3-10所示，由于大容量電解電容由一定的繞制電感分布電感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，因此對(duì)于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個(gè)問題， 在電容C旁并聯(lián)一只瓷介質(zhì)小容量電容C5、C7用來抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾。另外，穩(wěn)壓器在開環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時(shí)，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激，C5、C7則兼有抑制高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器C4、C6，也是為了改善瞬

47、態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗。（2）電源電路中主要元件的選擇1）三端穩(wěn)壓集成電路的選擇電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78 ×× 系列和負(fù)電壓輸出的lm79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路

48、的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N個(gè)1.5A，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。在lm78 * 、lm79 * 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO-220 和TO-202 兩種封裝。這

49、兩種封裝的圖形以及引腳序號(hào)、引腳功能如圖3-11所示。圖中的引腳號(hào)標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。這樣標(biāo)注便于記憶。引腳為最高電位，腳為最低電位，腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓，腳均為輸出端。對(duì)于lm78*正壓系列，輸入是最高電位，自然是腳，地端為最低電位，即腳。對(duì)與lm79*負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是腳，而地端為最高電位，即腳。 2011年11月28日更正：7805引腳正確的順序：1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。本設(shè)計(jì)采用LM7805的三端穩(wěn)壓集成電路，其主要參數(shù)如表3-2所示：表3-2 LM7805的三端穩(wěn)壓集成電路參數(shù)參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位輸

50、出電壓VoTj=254.85.05.2V5.0mA<1o<1.0A,Po<15WVi=7.5v to 20v4.755.005.25V線性調(diào)整率VoTj=25,Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV負(fù)載調(diào)整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV靜態(tài)電流IQTj=255.08mA靜態(tài)電流變化率IQlo=5mA to 1.0A0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA輸出電壓溫漂Vo/Tlo=5mA0.8m

51、V/輸出噪音電壓VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V紋波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB輸入輸出電壓差Volo=1.0A,Tj=252V輸出阻抗Rof=1KHz15m短路電流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值電流1PKTj=252.2A2）變壓器的選擇電源變壓器的作用是將來自電網(wǎng)的220V交流電壓U1變換為整流電路所需要的交流電壓U2。在本直流穩(wěn)壓電源中，我們將220V的交流電壓變換為5V。輸出為5V直流穩(wěn)壓電路電源變壓器的選擇：由于LM7805輸入電壓與輸出電壓的最小值， U輸入電壓與輸出電壓差的最大值，故LM7805的輸入電壓范圍為

52、：即 ，綜合考慮取 （L1:L2=100:1）變壓器副邊電流： ，取因此，變壓器副邊輸出功率： 由于變壓器的效率，所以變壓器原邊輸入功率，為留有余地，選用功率為的220V/22V型號(hào)的變壓器(深圳市永昌智興電子有限公司生產(chǎn))。其具體如下表3-3參數(shù)如下：外形結(jié)構(gòu)立式效率()0.6電壓比220V:22V電源相數(shù)單相鐵心形狀E型加工定制是冷卻形式液/油浸式頻率特性低頻應(yīng)用范圍電力防潮方式開放式鐵心形式殼式額定功率50（KVA）冷卻方式油浸風(fēng)冷式型號(hào)220V/22V變壓器繞組形式雙繞組品牌220V/22V變壓器表3-3 變壓器參數(shù)3）橋式整流器的選擇整流二極管的選擇因 Id= 1/2IL Vrm=1

53、.414U2故 Idmax= 1/2×1.1A=0.55A Vrm=1.414U2max ×（1+5%）33V則二極管可選擇：最大正向電流0.55A 最大反向電壓33V綜上所述本設(shè)計(jì)選擇型號(hào)為2W005G的橋式整流器，其具體參數(shù)如表3-4產(chǎn)品分類RF/IF 和 RFID >> 橋式整流器描述橋式整流器 50V 2A BRIDGE制造商Fairchild Semiconductor產(chǎn)品Single Phase Bridge峰值反向電壓50 V最大 RMS 反向電壓35 V正向連續(xù)電流最大浪涌電流60 A正向電壓下降1.1 V最大反向漏泄電流5 uA功率耗散最大工作

54、溫度+ 150 C長(zhǎng)度9.1 mm寬度9.1 mm高度5.5 mm安裝風(fēng)格SMD/SMT封裝 / 箱體WOB-4封裝Bulk表3-4 2W005G橋式整流器參數(shù)3.4 超聲波發(fā)射電路接收信號(hào)的大小和好壞直接取決于發(fā)射傳感器的發(fā)射信號(hào),由于使用收發(fā)共 用型超聲換能器，所以除了選用性能優(yōu)良的超聲波傳感器外，發(fā)射電路和前級(jí)信 號(hào)接收電路至關(guān)重要，它決定著整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度和精度。超聲波測(cè)量最常用的換能器發(fā)射電路大體可分為三種類型：窄脈沖觸發(fā)的寬帶激勵(lì)電路、調(diào)制脈沖諧振電路和單脈沖發(fā)射電路。從早先國(guó)內(nèi)進(jìn)口的日本超聲波流量計(jì)來看，基本都采用的是窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路。這種電路在設(shè)計(jì)上一般是用一個(gè)極快速的電子開關(guān)通過對(duì)儲(chǔ)能元件的放電來實(shí)現(xiàn)，這些開關(guān)器件通常為晶閘管或大功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。由于需要輸出激勵(lì)信號(hào)的瞬時(shí)功率大，因此開關(guān)器件必須由直流高壓供電，一般要達(dá)到幾十到一百伏以上，這在電池供電的系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)；此外，開關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生高壓脈沖，對(duì)整個(gè)電路的抗干擾設(shè)計(jì)不利。而脈沖諧振電路設(shè)計(jì)起來比較簡(jiǎn)單，其基本方法是用振蕩電路產(chǎn)生一個(gè)高頻振蕩，經(jīng)過幅值和功率放大后接至換能器，使換能器發(fā)出超聲波，確保高頻振蕩的頻率與換能器固有頻率一致，則可獲得超聲發(fā)射的最佳效果。諧振電路能夠使用較低的電壓產(chǎn)