超聲波測(cè)距應(yīng)用

1、 摘要 分析了汽車倒車防撞系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原理以及目前國(guó)內(nèi)外此類防撞系統(tǒng)存在的問題，較詳細(xì)的介紹超聲波測(cè)距系統(tǒng)以及根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理、方法和步驟，研制的汽車倒車防撞報(bào)警器。這種報(bào)警器在汽車倒車過程中達(dá)到極限位置的時(shí)候，能自動(dòng)檢測(cè)車尾障礙物的距離并發(fā)出聲光警報(bào)，提醒司機(jī)剎車。本設(shè)計(jì)利用超聲波傳感器進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射和接收，包括發(fā)射、接受以及報(bào)警電路三個(gè)部分。超聲傳感器的主要元件是采用壓電元件鋯鈦化鉛，具有很強(qiáng)的方向性，報(bào)警電路部分是利用聲光報(bào)警器，將信號(hào)傳遞之后，可實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，本設(shè)計(jì)利用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)假的通用元件，成本低，性能可靠。有利于推廣。 關(guān)鍵字：超聲波，防撞，汽車倒車，報(bào)警器，傳感器。 目錄第1章

2、緒論.3 1.1超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展綜術(shù).3 1.2 研究的目的及意義.3第2章 超聲波測(cè)距.4 2.1 超聲波傳感器的介紹.4 2.2 超聲波測(cè)距的原理及實(shí)現(xiàn).5第3章單片機(jī)的測(cè)距系統(tǒng) .6 3.1 單片機(jī)的選擇.6 3.2 超聲波發(fā)射與接受電路設(shè)計(jì).7 3.3 顯示與報(bào)警單元方案設(shè)計(jì).17系統(tǒng)報(bào)警電路 .18 3.4 單片機(jī)復(fù)位電路.19 3.5穩(wěn)壓電源.20第4章 系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì).21 4.1單片機(jī)AT89C51介紹.21 4.2 運(yùn)算放大器.24 4.3探頭UCM介紹.25 4.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).25 4.5主程序.27第5章 系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化.305.1 發(fā)射器探頭對(duì)接收器探頭的影響

3、.305.2 補(bǔ)償溫度.30.5.3 相關(guān)優(yōu)化.31第6章 參考文獻(xiàn).32 第1 章 緒論1.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展綜述 眾所周知，關(guān)于超聲波的研究起始于1876年，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波，這些年來，隨著超聲波技術(shù)的不斷深入，再加上其具有高精度，無損，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及，多年來已在一些領(lǐng)域的要應(yīng)用，而用于汽車防裝卻是近年的事情。這主要原因是傳統(tǒng)的超聲波傳感器不能達(dá)到汽車行業(yè)的特殊要求。 利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視的生物作為防御以及捕捉獵物的生存手段，也就是有生物體發(fā)出而不被人們所聽到的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播由被呆捕捉的獵物或障礙物反射回來的時(shí)間間隔

4、長(zhǎng)短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙物位置的方法。由于超聲波的速度相對(duì)于光速要小得多，其傳播時(shí)間就比較容易檢測(cè)，并且易于定位發(fā)射，方向性好，輕度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測(cè)距。超聲波測(cè)距是一種利用聲波特性、電子計(jì)數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法。汽車倒車防撞測(cè)距報(bào)警器,是我國(guó)八·五期間需重點(diǎn)開發(fā)的重大科研項(xiàng)目之一,也是汽車六大類汽車電子產(chǎn)品中的一種。以往的汽車倒車報(bào)警器可分為四大類,即嘀嘀聲加閃光,音樂聲加閃光,語言聲加閃光和倒車至危險(xiǎn)距離(如015m)時(shí)發(fā)出報(bào)警聲的超聲波倒車報(bào)警器。本研究綜合了第3、4類報(bào)警器各功能,并將第4類報(bào)警器加以改進(jìn)、發(fā)展

5、,使其不僅可發(fā)出警告行人的語言聲,而且還能在整個(gè)倒車過程中自動(dòng)測(cè)量車尾與最近障礙物之間的距離,并用數(shù)字顯示出來,在倒車至極限安全距離(如016m)時(shí),會(huì)發(fā)出急促的警告聲,提醒駕駛員注意剎車。另外當(dāng)蓄電池電壓過低時(shí),還會(huì)發(fā)出聲光警告,提醒駕駛員及時(shí)充電,以保證儀器及汽車正常工作。 1.2 研究的目的及意義 本產(chǎn)品一旦問世,可望成為駕駛員,特別是貨及公共汽車駕駛員的好幫手,可有效地減少或避免些后視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝廂車、圾車、食品車、載貨汽車、公共汽車等倒車交通事另外還特別適于夜間輔助倒車、倒車入庫(kù)及進(jìn)入停場(chǎng)停車到位,甚至還能防止盜賊扒車。由于本儀器能多,成本低廉,性能優(yōu)良,目前處于

6、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水又是國(guó)家八·五重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目,市場(chǎng)極其廣闊,對(duì)高我國(guó)汽車電子工業(yè)水平,具有較大的實(shí)際意義。 第2章 超聲波測(cè)距2.1 超聲波傳感器的介紹 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)變同頻率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。電聲型主要有：1壓電傳感器；2磁致伸縮傳感器；3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。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，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。 壓電傳感

7、器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，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。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場(chǎng)之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對(duì)這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。所以，只要對(duì)這種材料加以交變電場(chǎng)，它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。 傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。

8、當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形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。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f0交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是

9、與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號(hào)。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩極外加信號(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)它就成為波傳感器。 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)，在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片

10、的幾何尺寸，就常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線屬殼及金屬網(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，但不影響與接收超聲波。2.2 超聲波測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn) 超聲波的指向性強(qiáng),能量消耗緩慢,遇到障礙物后反射效率高,是測(cè)距的良好載體。測(cè)距時(shí)由安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收,由定時(shí)器計(jì)時(shí)。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí),超聲波

11、在介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來,當(dāng)接收器收到反射波后立即停止計(jì)時(shí)。這樣,定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間t(s)。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s,所以發(fā)射點(diǎn)距障礙物之間的距離為: S=340 t/2=170 t (1)由于單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)實(shí)際上是對(duì)機(jī)器周期T機(jī)的計(jì)數(shù),設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率fosc取12MHz,設(shè)計(jì)數(shù)值N,則 T機(jī)=12/fosc=1s,t=N T機(jī)=N×10-6(s) S=170×N×T機(jī)=170×N/106(m) 或S=17×N/103(cm) (2) 程序中按式(2

12、)計(jì)算距離?？梢钥闯鲋饕糠钟校?1)供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器（發(fā)射電路）；(2)使接收和發(fā)射隔離的開關(guān)部分；(3)轉(zhuǎn)換電能為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中的發(fā)射傳感器；(4)接收反射聲能（回波）和轉(zhuǎn)換聲能為電信號(hào)的接收傳感器；(5)接收放大器，可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備；(6)記錄/控制設(shè)備，通?？刂瓢l(fā)射到傳感器中的電能，并控制聲能脈沖發(fā)射到記錄回波的時(shí)間，存儲(chǔ)所要求的數(shù)據(jù)，并將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成距離。 在超聲波測(cè)量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。故在超聲波測(cè)量中，常使用40KHz的超聲波。目前超聲波測(cè)量的距離一般為幾米到幾十米，

13、是一種適合室內(nèi)測(cè)量的方式。由于超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。距離測(cè)量系統(tǒng)常用的頻率范圍為25KHz300KHz的脈沖壓力波，發(fā)射和接收的傳感器有時(shí)共用一個(gè)，或者兩個(gè)是分開使用的。發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負(fù)責(zé)向傳感器輸出一個(gè)有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去；接收放大器用于放大回聲信號(hào)以便記錄，同時(shí)為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號(hào)，接收放大器要有足夠的頻帶寬度；收/發(fā)隔離則使接收裝置避開強(qiáng)大的發(fā)射信號(hào)；記錄/控制部分啟動(dòng)或關(guān)閉發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時(shí)及接收的瞬時(shí)，并將時(shí)差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記錄。 第3章 單片機(jī)的測(cè)距

14、系統(tǒng) .3.1 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)種類很多,根據(jù)本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能,及夠用、好用的原則,本文選擇功耗低、性能高的A T89C51單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)含4 kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。其具有40個(gè)引腳,32個(gè)外部雙向輸入輸出(I O)端口,同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。在編程方面,A T89C51既可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起,特別是可反復(fù)擦寫的F la sh存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.2 超聲波發(fā)射與接受

15、電路設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射與接收電路是整個(gè)系統(tǒng)的重要部分，因此確定一種好的設(shè)計(jì)方案關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的精確性和安全可靠性。本文通過多種方案比較，以達(dá)到最佳方案確定。 設(shè)計(jì)方案一： 圖3.1接收控制及接口電路初始，比較器A1同相端已經(jīng)通過調(diào)整Rr，使其電壓略高于2.5V。因此A1應(yīng)輸出高電平，但由于D1相位作用，A1輸出低電平，即RS觸發(fā)器的=0，Q=1，=1,，=0。當(dāng)P1.0發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在A點(diǎn)形成正脈沖，經(jīng)N1反相，=0，D1相位釋放，=1，Q=0，=1（正跳），T0計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。脈沖過后，=1，=1，Q=0，=1?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)放大濾波，送至比較器A1的反相端，它是疊加在2.5V電壓上的交變40kHz

16、的信號(hào)。它的前沿使A1輸出低電平。=0，=1，Q=1，=0（負(fù)跳），即獲得負(fù)跳沿信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷，T0計(jì)數(shù)停，計(jì)數(shù)值N1送存RAM。 由于發(fā)射探頭和接收探頭都是平行放置且距離較近，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時(shí)，接收探頭會(huì)引起強(qiáng)烈的感應(yīng)信號(hào)，因此必須將其隱去。當(dāng)P1.0輸出啟動(dòng)信號(hào)，主控同步脈沖加至比較器A2時(shí)，A2輸出一個(gè)遠(yuǎn)大于2.5V的電壓，經(jīng)過D2降壓后約為7.5V左右，加至A1同相端，又C2的延遲作用，A1同相端產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，它的幅度和寬度均大于發(fā)射串?dāng)_信號(hào)，A1輸出端即RS觸發(fā)器的端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號(hào)將被隱去。這段時(shí)間稱為盲區(qū)，約2ms。設(shè)計(jì)方案二: 40KHz的超聲波發(fā)

17、送脈沖信號(hào)由單片機(jī)的P1.0口送出，發(fā)出一系列的脈沖群，每一個(gè)脈沖群的持續(xù)時(shí)間大約為0.5ms左右。信號(hào)經(jīng)過三極管放大，再經(jīng)過阻抗匹配電路即變壓器（變壓器輸入輸出比為1：10）后，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭，發(fā)射換能器兩端就加上了高電壓，內(nèi)部的壓電晶片開始震動(dòng)，經(jīng)過壓電換能器將發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)產(chǎn)生反射波，發(fā)射波返回到超聲波傳感器上，盡管發(fā)射部分的脈沖電壓比較高，但是由回波引起的接受壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓幅度近距離有幾毫伏，遠(yuǎn)距離還不到幾毫伏，由于在較遠(yuǎn)距離的情況下，聲的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的幅值也很小，為此要求將信號(hào)放大6000倍左右。信號(hào)經(jīng)過放大整形電路產(chǎn)生一

18、個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷。 在接收端第一級(jí)，要求其放大倍數(shù)為了C945這62倍左右，所以選擇只三極管，達(dá)到了放大倍數(shù)。第二三級(jí)選用了一枚集成放大器NE5532，它集成了兩個(gè)放大器，可達(dá)到預(yù)定放大倍數(shù)。設(shè)計(jì)方案三:1、發(fā)射電路 的高頻電壓信號(hào)，經(jīng)過整形及功放電路加至超聲波換能器探頭，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，產(chǎn)生振動(dòng)頻率為20KHz的超聲波。2、 接收電路接收電路主要由回波放大接收電路及比較電路組成。如圖3.3所示，首先調(diào)節(jié)可調(diào)電阻使比較器A1同相端電位高于2.5V。由于D1輸出低電平，而反相器N輸出高電平，所以有RS觸發(fā)器的=0，=1，Q=1，=0當(dāng)P1.0發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)（如圖3.2中的（1）所示）

19、經(jīng)過微分電路形成的同步脈沖信號(hào)通過反相器N的反相功能，=0，D1箝位釋放=1，Q=0，=1（正跳變），T0計(jì)數(shù)器開始記數(shù)，脈沖經(jīng)過之后=1，Q=0，=1?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)過放大濾波送至比較器A1的反相端，它是疊加在2.5V上的頻率為20KHz的高頻電壓信號(hào)。如圖3.2中的（3）所示，其前上升沿使A1輸出低電平，=0，=1，Q=1，=0（負(fù)跳變）即獲得負(fù)跳沿信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，使T0計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，記數(shù)值N送存RAM。3、盲區(qū)干擾信號(hào)的消隱通常發(fā)射換能器和接收換能器都是平行放置且距離較近。當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時(shí)接收換能器接收到的第一個(gè)波是串?dāng)_直通波，也稱泄漏波它是近源的波束旁瓣或通過繞射由發(fā)射換

20、能器直接到達(dá)接收換能器而造成的。因此，通常接收探頭會(huì)引起強(qiáng)烈的感應(yīng)信號(hào)。所以必須將其隱去,當(dāng)P1.0輸出啟動(dòng)信息,同步脈沖加至比較器A2時(shí)，A2輸出一遠(yuǎn)大于2.5V的電壓，經(jīng)D2降壓后大約等于7.5V，加至A1同相端，由于C1延遲作用，A1同相端將產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，如圖3.2中的（4）所示。它的寬度和幅度都大于發(fā)射串?dāng)_信號(hào)，A1輸出端即RS觸發(fā)器S端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號(hào)將被隱去，這段時(shí)間稱為盲區(qū)，約2毫秒。 圖3.2測(cè)距脈沖圖 圖3.3超聲波回波接收電路設(shè)計(jì)方案四:1、發(fā)射電路 發(fā)射電路由脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射電路組成。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生40KHz脈沖電壓。它由與非門和電阻電

21、容構(gòu)成振蕩電路，由單片機(jī)P1.1口控制其是否工作。其電路圖如圖3.4所示。脈沖產(chǎn)生電路的輸出電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓后輸出到超聲傳感器。其中，脈沖變壓器對(duì)脈沖電壓變換值的大小直接影響測(cè)距范圍，應(yīng)盡量提供脈沖變壓器副邊電壓幅值。2、接收電路接收電路的主要任務(wù)是檢測(cè)回波，并向單片機(jī)發(fā)出中斷以停止計(jì)時(shí)。接收電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響超聲波在空氣中傳播時(shí)間的測(cè)量。接收部分電路由檢波電路、濾波放大電路和整形電路組成。檢波電路拾取回波中的正半波，以便后級(jí)電路放大；整形電路把回波信號(hào)整理為單片機(jī)系統(tǒng)能夠接收的信號(hào)并向單片機(jī)申請(qǐng)中斷以停止計(jì)時(shí)。接收電路的主體是濾波放大電路。由于超聲回波信號(hào)十分微弱并含有噪聲，S/N較

22、小，所以接收電路設(shè)置了兩級(jí)高Q值的濾波放大電路。濾波放大電路采用二階帶通濾波放大器，一級(jí)和二級(jí)濾波放大電路采用相同的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。其電路如圖3.5所示。圖3.5中，R11、R12、C13、C14、R15和運(yùn)算放大器Amp1A組成了一級(jí)濾波放大電路；R21、R22、C23、C24、R25和運(yùn)算放大器Amp1B組成了二級(jí)濾波放大電路。 圖3.4發(fā)射部分電路 圖3.5一次和二次濾波放大電路發(fā)射接收電路中應(yīng)考慮的各種問題：發(fā)射波形如圖3.6，傳感器的振蕩波形要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，理論上信號(hào)的幅度時(shí)指數(shù)上升的，Q各周期后達(dá)到滿幅度的95%，1.5Q個(gè)周期后達(dá)到99%。為提高傳感器的靈敏度，Q值一

23、般不能太低，為使傳感器充分振蕩起來，發(fā)射脈寬要求不能小于Q個(gè)振蕩周期，才能使發(fā)射幅度基本達(dá)到最大?？紤]到測(cè)量“盲區(qū)”，這里選擇脈寬為120s，包含5個(gè)調(diào)制的44KHz的方波信號(hào)。 圖3.6發(fā)射波形 由文獻(xiàn)3知，測(cè)距儀的發(fā)射波形如圖3.6，在規(guī)定時(shí)刻將一持續(xù)時(shí)間為的正弦波加到傳感器上，然后關(guān)閉發(fā)射電路，打開接收通道，接收來自障礙物的反射波。 傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號(hào)損失及接收機(jī)的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失，接收預(yù)放大單元的作用是對(duì)有用的信號(hào)進(jìn)行放大，并抑制其它的噪聲和干擾，從而達(dá)到最大信噪比，以利檢測(cè)單元的正確檢測(cè)。 如何達(dá)

24、到信號(hào)的最佳接收關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和安全性，所以也應(yīng)考慮到影響接收信號(hào)的各方面問題。在傳感器接收到的信號(hào)中，除了障礙物反射的回波外，總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲。室內(nèi)環(huán)境中噪聲主要集中在低頻段，遠(yuǎn)離回波信號(hào)頻率，因此系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要有接收機(jī)的內(nèi)部噪聲決定，其功率譜寬度遠(yuǎn)大于接收機(jī)的通頻帶。我們可以近似的將其作為白噪聲處理，根據(jù)已有知識(shí)，輸入為已知信號(hào)加白噪聲的條件下，匹配濾波器的輸出信噪比最大。匹配濾波器具有以下特點(diǎn)：(1)輸出最大信噪比與信號(hào)波形無關(guān)(2)匹配濾波器對(duì)信號(hào)的幅度和時(shí)延具有適應(yīng)性，即對(duì)只有幅度和出現(xiàn)時(shí)間不同的信號(hào)，它們的匹配濾波器是相同的。(3)匹配濾波器與相關(guān)接收和相

25、關(guān)器具有等效性。實(shí)際上很難得到精確的匹配濾波器，由于單個(gè)射頻脈沖的頻譜是連續(xù)的，用普通的窄帶濾波器就能把其主峰部分(w附近)濾波出來，適當(dāng)?shù)倪x擇濾波器的通帶寬度就能取得與匹配濾波器相差不多的效果。 圖3.7信號(hào)放大器原理圖 接收放大器的作用是放大有用信號(hào)，并抑止其它噪聲與干擾，從而達(dá)到最大的信噪比，以利于檢測(cè)電路的正確檢測(cè)。放大器組成框圖如圖3.7，采用三級(jí)放大電路。前置放大主要起阻抗匹配的作用，使輸入信號(hào)功率最大。帶通放大器選擇最佳時(shí)間帶寬積，以達(dá)到匹配濾波的效果。模擬開關(guān)起收發(fā)隔離的作用。在測(cè)量近距離時(shí)，模擬開關(guān)閉合，發(fā)射信號(hào)可以進(jìn)入接收通道；測(cè)量遠(yuǎn)距離時(shí)，模擬開關(guān)斷開，發(fā)射信號(hào)不可以進(jìn)入

26、接收通道。程控放大器分為2檔，分別放大10倍和100倍，由控制端A1，A0控制。綜合以上四種方案比較，最后確定超聲波發(fā)射接收電路如圖3.8所示。該電路簡(jiǎn)單實(shí)用，通過兩極放大，增強(qiáng)接收信號(hào)，比較適合本設(shè)計(jì)需要。測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用壓電陶瓷傳感器，他的工作電壓是40kHZ的脈沖信號(hào)，前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī)P1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行程序后，在P1.0端口輸出一個(gè)40kHZ的脈沖信號(hào)，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHZ的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200 圖3.8基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)發(fā)射接收電路 由AT89C51單片機(jī)編程，執(zhí)行程序后P1.0口產(chǎn)生

27、40KHZ的脈沖信號(hào)，經(jīng)三極管放大后來驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭UCM40T，產(chǎn)生超聲波。接收頭采用和發(fā)射頭配對(duì)UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器兩級(jí)放大后加至IC2。IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1R8C3,電容C4決定其鎖定帶寬。調(diào)解R8在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號(hào)大于25mv，輸出端8腳由高電平越變?yōu)榈碗娖剑鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)，送至單片機(jī)處理。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INT

28、O或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，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。發(fā)射電路電路圖如圖3.9所示： 圖3.9系統(tǒng)發(fā)射電路此電路由一個(gè)9V的電源,R1=3.6K歐,R2=360歐,三極管T一個(gè),激勵(lì)換能器T40-16一個(gè)。 其流程圖如圖3.10所示： 圖3.10流程圖發(fā)射電路原理：當(dāng)單片機(jī)AT89C51,通過P1.0這個(gè)I/O口,發(fā)送一系列的脈沖經(jīng)過三極管T進(jìn)行放大,從而使T40-16這個(gè)激勵(lì)換能器發(fā)射出超聲波。接收電路如3.11所示： 圖3.11接收電路圖其原理框圖如下： 圖3.12原理框圖此系統(tǒng)為了全方位測(cè)距，故有左、右、中三個(gè)測(cè)距電路，其電路都相同。

29、3.3 顯示與報(bào)警單元方案設(shè)計(jì)顯示報(bào)警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機(jī)AT89C51處理后把信號(hào)轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報(bào)警響應(yīng)，以進(jìn)一步避免事故發(fā)生。顯示報(bào)警電路由顯示和報(bào)警兩部分電路組成，主要實(shí)現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報(bào)警功能，以此提醒駕駛員。顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡(jiǎn)單的顯示器可以使LED發(fā)光二極管，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)量信息，而復(fù)雜的較完整的顯示器應(yīng)該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD液晶屏。綜合課題的實(shí)際要求以及考慮單片機(jī)的接口資源，采用串行方式顯示的LED驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。由于

30、全程顯示的距離范圍在4米之內(nèi)，用3個(gè)LED數(shù)碼管表示距離的cm數(shù)值。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，發(fā)光二極管LED顯示器常用兩種驅(qū)動(dòng)方式：靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)，就是給要點(diǎn)亮的LED通以恒定的電流即每一位LED顯示器各引腳都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口。單片機(jī)只需要把要顯示的字形段碼發(fā)送到接口電路并保持不變即可，如果要顯示新的數(shù)據(jù)，再發(fā)送新的字形段碼。因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU開銷小，但這種驅(qū)動(dòng)方法需要寄存器、譯碼器等硬件設(shè)備。當(dāng)需要顯示的位數(shù)增加時(shí)，所需的器件和連線也相應(yīng)增加，成本也增加。而所謂動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)就是給欲點(diǎn)亮的LED通以脈沖電流，即采用分時(shí)的方法，輪流控制

31、各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮，這時(shí)LED的亮度就是通斷的平均亮度。考慮各種因素，本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示。本設(shè)計(jì)選用8155芯片作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展的I/O口。8155的P口作為L(zhǎng)ED的字形輸出口，為提高顯示亮度，采用8路反相驅(qū)動(dòng)器74LS244驅(qū)動(dòng)PC口作為L(zhǎng)ED的位選控制口，采用共陽極的LED顯示器，由于8段全亮?xí)r位控線的驅(qū)動(dòng)電流較大，采用6路反相驅(qū)動(dòng)器74LS06以提高驅(qū)動(dòng)能力。 圖3.13系統(tǒng)顯示電路3.3.2系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警電路由一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)喇叭組成。R25的阻值為1K，R26的阻值為10K。對(duì)于二級(jí)運(yùn)算放大,都采用F007芯片.兩級(jí)放大

32、電路均是負(fù)反饋接法,即反相比例運(yùn)算電路.而反相比例運(yùn)算電路中,輸入信號(hào)從反相輸入端輸入,同相輸入端接地.根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)，即u_=u+,i_=i+=0.可得u+=0.而所謂“虛短”是由于理想集成運(yùn)放Au0。所以可以認(rèn)為兩個(gè)輸入端之間的差模電壓近似為零，即Uid=u_=u+0.即u_=u+,而u0具有一定值。由于兩個(gè)輸入端間的電壓為零，而又不是短路，故稱為“虛短”。而“虛斷”是由于理想集成運(yùn)放的輸入電阻Rid，故可以認(rèn)為輸入端不取電流，即i_=i+0.這樣，輸入端相當(dāng)于斷路，而又不是斷開，稱為“虛斷”。而電路中，反相輸入端與地端等電位，但又不是真正接地，這種情況稱為“虛地”。所以iI

33、=,iF=，因?yàn)閕_=0,iI=if,則可得u0=-.uI故可將信號(hào)進(jìn)行放大。 圖3.14系統(tǒng)報(bào)警電路當(dāng)單片機(jī)AT89C51通過P1.0，P1.1，P1.2三個(gè)I/O口，發(fā)射出超聲波的信號(hào)，即輸出一個(gè)高電平給這三個(gè)I/O口，大約5V的電壓，同時(shí)單片機(jī)計(jì)數(shù)器T0開始計(jì)時(shí)。則信號(hào)經(jīng)過三極管T1，T2，T3進(jìn)行放大。使電流達(dá)到T40-16的工作電流，從而發(fā)射出超聲波。當(dāng)T40-16發(fā)射出去的超聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)被反射回來，這時(shí)接收器R40-16便會(huì)將反射回來的超聲波接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算放大器的兩極放大，將信號(hào)送給LM567的輸入端，當(dāng)LM567的輸入端電流大于25mA時(shí)，其8號(hào)輸出引腳會(huì)產(chǎn)

34、生一個(gè)信號(hào)，使得單片機(jī)AT89C51產(chǎn)生一個(gè)中斷。這樣，計(jì)數(shù)器便停止計(jì)數(shù)。單片機(jī)把計(jì)得的時(shí)間差進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)S=170*t這個(gè)公式來計(jì)算車與障礙物的距離，并把運(yùn)算結(jié)果以十進(jìn)制的方式送到七段LED顯示電路去顯示。如果距離小于0.5m，則單片機(jī)AT89C51便給P1.5口一個(gè)信號(hào)，使得報(bào)警電路工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。3.4 單片機(jī)復(fù)位電路 在單片機(jī)應(yīng)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)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)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24

35、個(gè)時(shí)鐘振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)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST保持高電平。只要RST保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。 單片機(jī)復(fù)位電路通常采用以下幾種方式： a、上電自動(dòng)復(fù)位在通電瞬間，由于R2C電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。 圖3.15上電復(fù)位電路 b、按鍵電平復(fù)位 通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的。 c、系統(tǒng)復(fù)位在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機(jī)復(fù)位端和外圍電路復(fù)位端。這特別適合于應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾大、電壓波動(dòng)大的工作環(huán)境，并且，當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)復(fù)位端時(shí)，能保證可靠地同

36、步復(fù)位考慮本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，干擾小，故采用上電自動(dòng)復(fù)位。3.5 穩(wěn)壓電源大部分的電子電路與電子設(shè)備都需要有一個(gè)穩(wěn)定的直流電源提供能量，而且對(duì)于我們通常所接觸的控制器而言，一般都是利用電網(wǎng)提供的交流電源，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，濾去其不穩(wěn)定的脈動(dòng)、干擾成分，提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，來使電子電路與電子設(shè)備保持正常的工作。并且，我們目前絕大部分電子電路與電子設(shè)備都是使用線性電源，即通過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的直流電壓給電子電路及芯片工作的。固定式三端穩(wěn)壓電源(7805)是由輸出腳Vo,輸入腳Vi和接地腳GND組成,它的穩(wěn)壓值為+5V,它屬于CW78xx系列的穩(wěn)壓器,輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾

37、波,輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響,此電路的穩(wěn)定性也比較好。由于固定式三端穩(wěn)壓電源（7805）的輸出電流有1.5A，而本次設(shè)計(jì)電路電流在1A到2A之間，考慮到電路的一般余量在2倍到3倍左右。故本次設(shè)計(jì)電源電路需要采用擴(kuò)流電路，如圖3-17。 圖 3-17 第4章 系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)AT89C51介紹 AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），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)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單

38、元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。I/O端口的編程實(shí)際上就是根據(jù)應(yīng)用電路的具體功能和要求對(duì)I/O寄存器進(jìn)行編程。具體步驟如下： (1)根據(jù)實(shí)際電路的要求，選擇要使用哪些I/O端口，用EQU偽指令定義其相應(yīng)的寄存器； (2)初始化端口的數(shù)據(jù)輸

39、出寄存器，應(yīng)避免端口作為輸出時(shí)的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作； (3)根據(jù)外圍電路功能，確定I/O端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。對(duì)于用作輸入的端口可以不考慮方向初始化，因?yàn)镮/O的復(fù)位缺省值為輸入； (4)用作輸入的I/O管腳，如需上拉，再通過輸入上拉使能寄存器為其內(nèi)部配置上拉電阻； (5)最后對(duì)I/O端口進(jìn)行輸出(寫數(shù)據(jù)輸出寄存器)和輸入(讀端口)編程，完成對(duì)外圍電路的相應(yīng)功能。 圖4.1 AT89C51單片機(jī)芯片根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，各接口功能如下：P1.0:產(chǎn)生輸出一個(gè)40KHZ的脈沖信號(hào)。（用于前方測(cè)距電路）P1.1:產(chǎn)生輸出一個(gè)40KHZ的脈沖信號(hào)。（用于右側(cè)測(cè)

40、距電路）P1.2:產(chǎn)生輸出一個(gè)40KHZ的脈沖信號(hào)。（用于左側(cè)測(cè)距電路）INT0:產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接前方測(cè)距電路。INT1:產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，接前方測(cè)距電路。P1.3:接ICA3輸入端，用于中斷優(yōu)先級(jí)的判斷。P1.4:接ICA3輸入端，用于中斷優(yōu)先級(jí)的判斷。P0.0:用于顯示輸出，接顯示器。P0.1:用于顯示輸出，接顯示器。P0.2:用于顯示輸出，接顯示器。P0.3:用于顯示輸出，接顯示器。P0.4:用于顯示輸出，接顯示器。P0.5:用于顯示輸出，接顯示器。P0.6:用于顯示輸出，接顯示器。P0.7:用于顯示輸出，接顯示器。P2.7:接報(bào)警電路P2.0:接報(bào)警電路P2.1:接報(bào)警電路 XTAL1：接

41、外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，些引腳應(yīng)接地。 XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。 RST：AT89C51的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89C51便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。4.2 運(yùn)算放大器 主要技術(shù)參數(shù): 2、輸入失調(diào)電壓及其溫漂：失調(diào)電壓的大小主要反映了差分輸入元件的失配；輸入失調(diào)電

42、壓是隨溫度,電源電壓或時(shí)間而變化的,通常將輸入失調(diào)電壓對(duì)溫度的平均變化率稱為輸入電壓溫度漂移。 3、輸入失調(diào)電流及其溫漂：在常溫下，輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器的兩個(gè)輸入端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流II0。輸入失調(diào)電流溫度漂移是指輸入失調(diào)電壓隨溫度變化的平均變化率。一般以mA/0C為單位。高質(zhì)量的為每度幾個(gè)皮安。 4、輸入偏置電流IIB：IIB是指常溫下輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值，即 IIB=（IB1+IB2）/2 （4-1）IIB的大小反映了放大器的輸入電阻和輸入失調(diào)電流的大小，IIB越小，運(yùn)算放大器的輸入電阻越高，輸入失調(diào)電流越小。 5、差模輸入電阻Rid：Rid是指運(yùn)算

43、放大器兩個(gè)輸入端之間的動(dòng)態(tài)電阻，一般為幾兆。 6、輸出電阻R0：運(yùn)算放大器在開環(huán)工作時(shí)，在輸出端對(duì)地之間看進(jìn)去的等效電阻即為輸出電阻。R0大小放映了運(yùn)算放大器的負(fù)載能力。 7、共模抑制比KcmR KcmR=Aud/Auc （4-2）用dB表示，即為20lg(Aud/Auc). 8、最大差模輸入電壓UidM：UIdM是指運(yùn)算放大器同相端和反相端之間所能加的最大電壓。 9、最大共模輸入電壓UicM：UIcM是指運(yùn)算放大器在線性工作范圍內(nèi)能承受的最大共模輸入電壓。4.3探頭UCM介紹 壓電陶瓷超聲波換能器（超聲波傳感器）體積小，靈敏度高、性能可靠、價(jià)格低廉，是遙控、遙測(cè)、報(bào)警等電子裝置最理想的電子器

44、件、用此換能器構(gòu)成的超聲波遙控開關(guān)，可使家電產(chǎn)品、電子玩具加速更新?lián)Q代，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。表2.1傳感器特性參數(shù) 型號(hào) UCMT40K1 UCMR40K1 結(jié)構(gòu) 開放式 開放式 發(fā)射距離 810米 810米 使用方式發(fā)射 接收 諧振頻率 40KHZ±1KHZ 40KHZ±1KHZ 頻帶寬 2KHZ±0.5KHZ 2KHZ±0.5KHZ靈敏度70dB/V/ubar70dB/V/ubar外形尺寸16mm322.5mm 16mm322.5mm 溫度范圍 20+6020+60 相對(duì)濕度20±5時(shí)達(dá)98%20±5時(shí)達(dá)98% 使用注意事項(xiàng)：兩接線

45、腳焊接時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免器件內(nèi)之焊點(diǎn)溶化脫焊及造成底座與接線腳之間松動(dòng)。不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸。4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 汽車倒車防撞系統(tǒng)根據(jù)超聲測(cè)距原理用AT89C51單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)。整個(gè)軟件采用模塊化設(shè)計(jì),由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。根據(jù)系統(tǒng)的要求,系統(tǒng)軟件應(yīng)具有以下功能: (1)控制超聲波發(fā)射、接收傳感器的工作狀態(tài)。傳感器的工作狀態(tài)因行駛方向的不同而不同,而且,探測(cè)距離時(shí)發(fā)射傳感器還要依次輪流工作,這些功能需靠軟件程序來實(shí)現(xiàn)。 (2)根據(jù)汽車的行駛速度計(jì)算出倒車避撞的安全距離和報(bào)警距離。安全距離就是汽車自由停下所需的距離,這時(shí)需要的距離必然小于根據(jù)車速確定的安全距離。比安全距離稍遠(yuǎn)些的是報(bào)警距離,設(shè)計(jì)的報(bào)警距離比安全距離長(zhǎng)出1米。通過報(bào)警來減少不必要的停車。 (3)測(cè)出超聲波信號(hào)的往返時(shí)間,來計(jì)算出最近的障礙物與平臺(tái)車的距離。超聲波從發(fā)射出去碰到障礙物返回接收傳感器的時(shí)間,需要通過軟件定時(shí)器來記錄。根據(jù)這個(gè)時(shí)間才能計(jì)算出障礙物的距離。 軟件設(shè)計(jì)的主要思路是將預(yù)置、發(fā)射、接收、顯示、聲音報(bào)警等功能編成獨(dú)立的模塊,在主程序中采用鍵控循環(huán)的方式,當(dāng)按下控制鍵后,在一定周期內(nèi),依次執(zhí)行各個(gè)模塊,調(diào)用預(yù)置子程序、