第二基于單片機的超聲波倒車雷達系統的設計(存儲版)

　　

【正文】 信號（INT0 引腳出現低電平） ，立即進入中斷程序。右側和左側測距電路的輸入端分別接 和 端口，工作原理與前方測距電路相同。顯示及報警子程序框圖： 外部中斷入口初始化
。屏蔽外部中斷屏蔽定時器中斷關定時器屏蔽外部中斷關定時器Testok=2返回屏蔽定時器中斷關定時器 T0關外部中斷Testok=1返回屏蔽 T0 中斷測距系統中的超聲波傳感器采用 UCM40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz 的脈沖信號，這由單片機執行下面程序來產生。下圖 42 為主程序流程框圖。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。距離的計算公式為： （42tcsd??1）其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程， c 為聲速，t 為聲波來回所用的時間。（4） 發射接收控制模塊：發射控制模塊是軟件控制超聲波發射電路發射超聲脈沖啟動定時器工作，同時啟動接收電路工作，當接收電路有信號輸入時，對輸入信號進行處理。其電路連接如圖 37 溫度測量電路所示。為此，利用一線性數字溫度計即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機，構成一個高精度的數字溫度檢測系統。單片機 AT89C51 采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩定的時鐘頻率，減少測量誤差。其中，變壓器將交流電源（220V/50Hz）變換位符 合整流電路所需要的交流電壓；整流電路是具有但方向導電性能的整流器件，將交流電壓整流成單方向脈動的直流電壓；濾波電路濾去單向脈動直流電壓中的交流部分，保留直流成分，盡可能供給負載平滑的直流電壓；穩壓電路是一種自動調節電路，在交流電源電壓波動或負載變化時，通過此電路使直流輸出電壓穩定。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。該系列單片機引腳與封裝如圖 34 所示。通過反饋將放大器設定于適當的狀態，再由限制電平電路進行自動控制。 超聲波接收電路超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數為 R=，C= μF。CX20226A(國內同類產品型號為 D20226A)是日本索尼公司生產的在紅外遙控系統中作接收預放用的雙極型集成電路。輸出端采用兩個反向器并聯，用以提高驅動能力，上拉電阻 RR9 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。本設計采用第二種方法產生超聲波發射信號。BG 不導通，若液位升到規定位置，比較器翻轉，輸出高電平。放大后的信號去觸發由4 組成的雙穩態電路，Q5 及 LED 作為觸發隔離，并可發光顯示。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感技術的出現改變了這種狀況。超聲波在醫學上的應用主要是診斷疾病，它已經成為了臨床醫學中不可缺少的診斷方法。因此，超聲接收傳感器應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。其頻率特性如圖 27 所示。當所用壓電材料不變時，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。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據壓電效應，就會使壓電陶瓷晶片產生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內是與外加電壓的大小和方向成正比的。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產生交變的應變，從而產生超聲振動。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。根據阻塞區內的缺陷回波高度對缺陷進行定量評價會使結果偏低，有時甚至不能發現障礙物，這時需要注意的。(2) 標桿校正的方法提高測距精度 在復雜環境下，如果難于獲得環境溫度，或者不便獲得環境溫度時，如果仍舊要求較高的測量精度，我們采用所謂標桿校正的方法實現超聲波測距精度的校正。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準確的溫度值。此外，當要求測距誤差小于 1mm 時，假定超聲波速度C=344m/s(20℃室溫) ，忽略聲速的傳播誤差。經以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產生影響。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發生反射；反射波稱為回聲。 超聲波測距 超聲波測距原理超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。在非調諧式電路中沒有調諧元件，發射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數決定，頻帶較寬。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。第四代：液晶屏動態顯示。倒車時，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。倒車雷達的發明是迫在眉睫的，是必不可少的設備。就目前形勢來看，汽車市場的快速發展將帶動倒車雷達市場的繁榮。本文根據聲波在空氣中傳播反射原理，以超聲波換能器為接口部件，介紹了基于 AT89C51 單片機的超聲波測距器。基于單片機的超聲波倒車雷達系統的設計摘 要近年來，我國的汽車數量正逐年增加。目前，國內外一般的超聲波測距儀，其理想的測量距離為 1m～5 m，因此大都用于汽車倒車雷達等近距離測距中。 超聲波測距由于其能夠進行非接觸測量和相對較高的測量精度，越來越被人們所重視。倒車雷達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駕駛車輛周圍障礙物的情況，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使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。這是倒車雷達系統的真正開始。 第三代產品把數碼和波段組合在一起，比較實用，但安裝在車內影響美觀。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內空間，直接安裝在車內后視鏡的位置。在調諧式電路中有調諧線圈（有時裝在探頭內） ，諧振頻率有調諧電路的電感、電容決定，發射的超聲脈沖頻帶較窄。最終達到對回波進行放大檢測，產生一個單片機（AT89C51）能夠識別的中斷信號作為回波到達的標志。 定時器顯示器振蕩器調制器接收檢測器電聲換能器計時器控制電聲換能器圖 22 系統總體設計流程圖、測量與控制方法 聲波在其傳播介質中被定義為縱波。設測量設備基準面距被測物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為：（21）????????kt+et+20AcosAcos?由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 對于時間誤差主要由發送計時點和接收計時點準確性確定，為了能夠提高計時點選擇的準確性，本文提出了對發射信號和加收信號通過校正的方式來實現準確計時。而問題的關鍵在于獲得溫度數據的方法。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對于普通單片機來說可以有效的減少由計時問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測距儀的設計要求。不同的檢測儀阻塞程度不一樣。超聲傳感器是一種將其他形式的能轉變為所需頻率的超聲能或是把超聲能轉變為同頻率的其他形式的能的器件。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產生一定的應變；相反，對這種材料施以外力，則由于產生了應變就會在其內部產生一定方向的電場。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質中。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。而在 40KHz 兩側，聲壓能級迅速衰減。并且最大靈敏的向稍低的頻率移動。圖 28 超聲波傳感器指向特性及結構 超聲波傳感器的應用超聲波傳感技術應用在生產實踐的不同方面，而醫學應用是其最主要的應用之一，以醫學為例子說明超聲波傳感技術的應用。在工業方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。信號由超聲波接收器接收，經2 放大（L、C 諧振槽路調諧在 40KHZ） 。當液位低于設置值時，比較器輸出為低電平。這種方法的優點是無需驅動電路，但缺點是靈活性低。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發射強度。適當的改變 C3 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。增大電阻 R 或減小 C，將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。（8） 8 腳： 電源正極，～5V。為了不使放大器的輸出信號過強而產生失真，集成塊內部有自動電平限制電路，對前置放大器的增益進行自動限制。特別是該系列單片機片內的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲器(E~PROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統中更為有用。限制該系統的最大可測距離存在 4 個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。其電路圖如圖 36 所示。采用 LED 動態顯示，數據經過 PIC 芯片的計算后傳到 LED 上，顯示精度是厘米。這種電路結構復雜，調試繁雜，精度易受元器件參數的影響。DS18B20 數字溫度傳感器除了具有相當的測量范圍和精度外，還具有溫度測量精度和不受外界干擾等的優點。（3） 按鍵掃描模塊：此模塊用來通過鍵盤控制倒車雷達的工作。這樣只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。在使用時，如果溫度變化不大，則可以認為聲速是基本不變的。然后再根據現場情況進行聲光報警。1）40kHz 脈沖的產生與超聲波發射。部分源程序如下： receive1：push psw push acc clr ex1 //關外部中斷 1 jnb , right // 引腳為 0,轉至右測距電路中斷服務程序jnb , left // 引腳為 0,轉至左測距電路中斷服務程序 return：SETB EX1 //開外部中斷 1 pop acc pop psw reti right： ... //右測距電路中斷服務程序入口 ajmp return left：... //左測距電路中斷服務程序入口 ajmp return 顯示子程序和蜂鳴報警子程序先進行動態顯示初始化將指針指向緩沖區首地址，然后去顯示位指針，取要顯示的數，再將數變成段碼，然后將段碼送段控制器，位碼送位控制器，在延時，然后判斷是否是最后一位，是否顯示完畢，沒有的話修改該緩沖區指針和位碼，直到顯示完畢。超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現低電平） ，立即進入中斷程序。進入中斷程序后就立即關閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值 1 即 Testok=1。工作時，微處理器 AT89C51 先把 置 0，啟動超聲波傳感器發射超聲波，同時啟動內部定時器 T0 開始計時。首先由發射器向特定方向發射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波咋介質傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來，當接收器收到發射波立即停止計時。我們知道 C 語言程序有利于實現較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時） ，又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時） ，所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。駕駛員可以根據自身要求對報警距離進行設定，從而大大提高了駕駛的安全系數。溫度測量范圍從55～+125℃，在10 ～ +85℃檢測誤差不超過 ℃，而在整個溫度測量范圍內具有177。段碼用 74LS244 驅動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅動。如 37 所示的電路為輸出電壓為+5V 、輸出的電流 的穩壓電源。 (2)　命名方法 TCF40—18TR1 TC—壓電陶瓷超聲傳感器；F—類別；T—通用性；F —防水性；40—中心頻率 KHz ；18—外徑 Φ（mm） ；TR—使用方式； T—發射；R—接受；TR—收發兼用 ；1—產品序列號：3掉電方式：保存 RAM 的內容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。（4） 檢測器：將返回的超聲波的包絡解調回來。超聲波接收部分采用集成芯片 CX20226A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片。（5） 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。CX20226A 可用來完成遙控信號，CX20226A 是日本索尼公司生產的紅外解調集成電路，采用 8 腳單列直插式塑料超小型封裝，+5v 供電，內部含可前置放大、自動偏置、限幅放大、通帶攄波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。當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，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。對于 HC 類型，其工作電壓為 2～6 V，它具有高抗擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號和 CMOS 邏輯輸入等特點。 超聲波發射電路超聲波發射電路包括超聲波產生電路和超聲波發射電路兩個部分，充實吧探頭（又稱“超聲波換能器” ）選用壓電式，可采用軟件發生法和硬件發生法產生超聲波。要負載斷路，則要按一次發送鈕