畢業設計論文_汽車倒車系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的超聲波時刻與經介質反射傳播到接收器時刻差。測量發射點到被測物面到接收點距離 2s，超聲波的傳播速度約為 V=344m／ s(20。 C 時 )依據公式 s=（ 1／ 2)v t 得距離 s。 圖 1超聲波測距原理圖 測渡越時間測量法 1) 直接計時法 每隔一定時間發射一串超聲波脈沖 (一串 10 個 )，在發射脈沖串時刻開始單片機定時器計時，在超聲波接收器接收到反射信號時刻，停止單片機 TO 計時。單片機定時器所計時間，即為傳播渡越時間。超聲波是一種聲波，其聲速與溫度有關， V=+， t為攝氏溫度，聲速高低影響距離值。 2) 相位法 測距儀由震蕩電路發出一定頻率變化的正弦波，由超聲波換能器轉換成聲波。發出的聲波到達被測面，經被測面反射，超聲波換能器接收端獲得調制聲波的回波，經放大電 路轉換后，得到與放大的相位完全相同的電信號，此電信號放大后與光源的驅動電壓相比較，測得兩個正弦電壓的相位差，根據所測相位差就可算得所測距離。 假設震蕩電路波形往返一個φ角，聲波在被測的距離上往返一次需要的時間 t 為 t=φ／w。該方法是一種相位測量方法，但是由 f 相位測量存在以 2n 為周期的多值解，從而造成解的不確定性。為了消除這種小確定性，再引入通常的包絡檢測來消除這種不確定性，從而實現高精度測距。發射二個頻率不同的聲波，測定與這二個并發聲對應的回波信號的相位，根據所測相位進行測距的一種高精度的超聲波測距方法。同 時使用二個回波的相位以及包絡信息，排除了以 2n 為周期的相位上的不確定性。因此可以得到較高的測量精度。從相位檢測角度來看。測量二個不同頻率信號的相位和包絡相對比較簡單快速。超聲波在相同的傳播媒體 2020屆畢業設計（論文） ７ 里 (如大氣條件 )傳播速度相同，即在相當大的頻率范圍內聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致，是縱向振動的彈性機械波，它是借助于傳播介質的分子運動而傳播的，波動方程描述方法與電磁波是類似的： A=A(X)cos(wt+kx) A(X)=A0eax 頻率越高，衰 減得越厲害，傳播的距離也越短，同時超聲波頻率的過高會產生較多的副瓣，引起近場區的干涉。但是，超聲波頻率越高，指向性越強，這一點有利于距離測量。權衡這兩點，為達到良好的測距效果，選用頻率廠 =40kHZ 的超聲波。 采用合適的頻率和波長，使用超聲波傳感器測距，頻率取得太低，外界雜音干擾多；頻率取得太高，在傳播過程中衰減較大。并且，超聲波傳感器在測量過程中容易產生盲區，接收端易接收泄漏波。改善這一缺點，須減少發射波串的長度，增高發射波頻率。但發射波串長過短會使得發射換能器不能被激振或激振達不到最大值；發射脈 沖群含有 8～ 16 個脈沖，具有較好傳播能。 測距系統的理論分析 由于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質中傳播的速度和媒質的特性有關。理論上，在13℃的海水罩聲音的傳播速度為 1500m／ s。在鹽度水平為 35％，深度為 0m 溫度為 0℃的環境下，聲波的速度為 ／ s。聲音在 25℃空氣中傳播速度的理論值為 344m／ s，這個速度在 0℃時降為 334m／ s。聲波傳輸距離首先和大氣的吸收性有關，其次溫度、濕度、大氣壓也是其中的因素，而這些因素對大氣中聲波衰減的效果比較明顯。溫度是和其他常數一樣決定聲 音速度的第二因素。它和溫度的關系可以用以下公式表示： c=+(米／秒 )。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。 由超聲波被混泥土等墻面反射，只需考慮反射波，不考慮透射波。超聲波方向性強，擴散少，多次被反射，但多次反射的反射波不易被超聲波接收器接收，可以不予考慮。折射波不會被接收，也不予考慮。超聲波在傳播過程中存在能量損耗，波束多種路徑傳播，存在著多種干擾信號，但接收器一般只能接收到被被測面垂自反射的信號，因為這個信號晟強，因此，也就濾掉了其它回波等干擾信號。使正確地接收正確信號成為可能。時間由單片機定時器 To 得到。 超聲波測距儀己經應用于某些領域，與傳統的測距儀相比，它具有原理簡單，易于控制，且具有非接觸測量、 價格低廉等優點。超聲波測距儀的接收器可能接收到三種干擾信號： 1) 面反射的信號。 2) 側面物體漫反射的信號。 3) 直達信號，即從超聲波發射器自接接收信號。 當三種信號幅值足夠大，放大后淹沒了有用信號時，將會使處理器產生誤解，輸出錯誤結果。因此，設計中需避免此類信號進入超聲波接收器，或者進入接收器后濾掉，或者處理器及時辨識，不予處理。 利用超聲波傳感器及設計的硬件電路，可以及時辨識有用的超聲波回波信號，利用單片機計時，得時間，時間與速度相乘，得距離。 利用超 聲波測距方便快捷有效，具有可行性。 2020屆畢業設計（論文） ８ 4 系統硬件電路設計 超聲波測距系統電路 圖 2 超聲波測距系統 整個系統由微處理器控制，根據“回波測距”的原理設計的。由超聲波的發射電路發射超聲波，超聲波在空氣中傳播至障礙物后發生反射，反射的回波經空氣傳播給超聲波接收換能器接收并轉換成電信號，再經濾波、放大、整形后，輸入到微處理器的外部中斷口 1NT0 處產生中斷，計數器停止計數，測出從超聲波發射脈沖串時刻到接收回波信號時刻差，超聲波在同溫同介質中的傳播速度由測溫 系統得知，將時刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。 它的各部分電路的說明如下。 1) 單片機系統是超聲波測距儀的核心部分，主要任務有：控制一個 4KHZ 的脈沖驅動振蕩電路，啟動振蕩電路工作，振蕩電路振蕩出與超聲波發射器的固有頻率相同頻率，使換能器能最大效率工作；實現串口通訊： T0 計時；完成測距數據的計算和處理軟件除干擾。 2) 超聲波發射電路作用是將振蕩電路振蕩出 40KHZ 的脈沖信號，信號幅值是 18V(可調節 )，脈沖信號將驅動超聲波發射傳感器，發射超聲波。 3) 超聲波接收電路主要包括微 弱信號放大，電壓比較中斷信號輸出、溫度測量電路等部分。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉換成單片機的中斷信號。通過分析聲速受溫度的影響，設計溫度測量電路，溫度測量電路是實時測量出測量時空氣中的溫度，再將實時溫度換成實時的速度，以保證測量距離的精度。 4) 通過顯示電路將測距結果實時地顯示出來。 5) 電源電路，該電路可以產生穩定的 +5V 和可調的電壓 +5～ +37V。 單片機控制電路 單片機的選擇 應用最廣泛的八位單片機首推 Intel 的 51 系列，由于產品硬件 結構合理，指令系統規范，加之生產歷史“悠久”，有先入為主的優勢。世界有許多著名的芯片公司都購買了 51 芯片的核心專利技術，并在其基礎上進行性能上的擴充，使得芯片得到進一步的完善，形成了一個龐大的體系，直到現在仍在不斷翻新，把單片機世界炒得沸沸揚揚。有人推測， 51 芯片可能最終形成事實上的標準 MCU芯片。 51 系列優點之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節而是位。它不光能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行 位的邏輯運算，其功能十分完備，障 礙 物 超聲波接收電路 超聲波發射電 路 單 片 機 LCD 顯示電路 語音報警電路 溫度報警電路 超聲波傳感器 2020屆畢業設計（論文） ９ 使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。 51 系列在片內 RAM 區間還特別開辟了一個雙重功能的地址區間，十六個字節，單元地址 20H～ 2FH，它既可作字節處理，也可作位處理（作位處理時，合 128 個位，相應位地址為 00H～ 7FH），使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理 （包括前面所有的位功能），只需用一條位操作指令即可。 51 系列的另一個優點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即 MULAB(兩個乘數分別在累加器 A 和寄存器 B 中。積的低位字節在累加器 A 中，高位字節在寄存器 B 中 )。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。 在 51 系列中，還有一條二進制 十進制調整指令 DA，能將二進制 變為 BCD 碼，這對于十進制的計量十分方便。而在其他的單片機中，則也需調用專用的子程序才行。 Intel 公司 51 系列的典型產品是 8051，片內有 4K 字節的一次性程序存儲器（ OTP）。 Atmel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲器（ Flash），容許改寫 1000 次以上，這給編程和調試帶來極大的便利，其產品 AT89C5 AT89C52 ??等成為了當今最流行的八位單片機。 51 系列的 I/O 腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各 I/O 口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時 ，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達 20mA，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數十μ A甚至更小（電流實際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力。其原因是高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。作輸出腳使用，欲進行高電平驅動時，得利用外電路來實現， I/O 腳不通，電流經 R 驅動 LED發光；低電平時， I/O 腳導