超聲波汽車倒車探測器的應用畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，并從這個狀態開始工作，復位后PC＝0000H，使單片機從第—個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發生故障后都要復位。單片機復位的條件是：必須使RST引腳加上持續兩個機器周期(即24個振蕩周期)的高電平。本文中時鐘頻率為12MHz，每個機器周期為1181。s，則只需2181。s以上時間的高電平，在RST引腳出現高電平后的第二個機器周期執行復位。復位電路由電容串聯電阻構成，由圖并結合電容電壓不能突變的性質，可以知道，當系統一上電，RST腳將會出現高電平，并且，這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。適當組合RC的取值就可以保證可靠的復位。該電路除具有上電復位功能外，若要復位，只需按RESET鍵，此時電源經電阻、分壓，在RESET端產生復位高電平。時鐘電路主要任務是提供一個工作頻率。單片機內部有一個用于構成震蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源即可構成時鐘電路。有內部和外部兩種時鐘產生方式。本設計采用內部時鐘產生方式。，在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體諧振器（振蕩頻率為12MHZ），與內部反相器構成自激震蕩器。其發出脈沖直接送入片內定時控制部件。此外，電容對頻率有微調作用，因為外接晶振，電容選擇20pF，實際應用時諧振器和電容盡可能安裝在單片機附近，減少寄生電容，保證振蕩器穩定可靠的工作。 最小應用系統電路圖 超聲波發送電路設計超聲波發送電路包括超聲波產生電路和超聲波發射控制電路兩個部分，超聲波探頭（又稱“超聲波換能器”）選用CSB40T。40KHz的超聲波是利用555時基電路振蕩驅動超聲波探頭產生的。由555定時器構成的多諧振蕩器（）。接通電源后，電源通過和對電容充電，當1/3時，振蕩器輸出=1，放電管截止。當充電到≥2/3后，振蕩器輸出翻轉成0，此時放電管導通，使放電端(DIS)接地，電容C通過對地放電，使下降。當下降到≤1/3后，振蕩器輸出又翻轉成1，此時放電管又截止，使放電端(DIS)不接地，電源通過和又對電容充電，又使從1/3上升到2/3，觸發器又發生翻轉，如此周而復始，從而在輸出端得到連續變化的振蕩脈沖波形。脈沖寬度≈，由電容放電時間決定； =(+)，由電容充電時間決定，脈沖周期T≈+。其振蕩頻率計算式為f=(( +2))。超聲波發射電路圖（）中將設計為可調電阻的目的是為了調節信號頻率，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。 555構成的多諧振蕩器電路圖采用555定時器構成的多諧振蕩器可以實現寬范圍占空比的調節，并且電路設計簡單，占用面積小。555 定時器的4腳是復位端，利用它來控制超聲波脈沖的發射。當4 腳為低電平時，555有振蕩脈沖輸出；為高電平時，555定時器清零，沒有輸出。因而，將4 腳與單片機的控制信號相接就可以控制發射電路。為保證555時基具有足夠的驅動能力，宜采用+12V電源即=12V。4腳為超聲波發射控制信號輸入端，由單片機進行控制。 超聲波發射電路圖 超聲波接收電路設計超聲波接收器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。超聲波探頭必須采用與發射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用 CSB40R，否則將因無法產生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經放大電路放大。正弦波信號不能直接被單片機接收，必須進行波形變換。按照上面所討論的原理，單片機需要的只是第一個回波的時刻。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在1mV～1V之間。不同接收探頭的輸出信號強度存在差異。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，以適應小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應信號變化范圍大的需要。另外，由于輸入信號為正弦波，因此必須將放大電路設計成交流放大電路。為減少負電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了LM324通用運算放大器，前三級為放大器設計，后一級為比較器設計。LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿足使用要求。為滿足交流信號的需要，每一級的放大器均采用阻容電路進行電平偏移，、和，容量均為10μF，實現單電源條件下交流信號的放大。對于交流信號而言，電容為短路，因此前三級放大電路的增益均為10。距離較近時，兩級放大的增益已能夠輸出足夠強度的信號了，第三級有可能出現信號飽和，但距離較遠時，必須采用三級放大。這里的第四片LM324作反相電位比較器，有一個閥值電壓，為反相電壓比較器輸入電壓。調節電位器可得到閥值電壓。當時，=0，為低電平:當時，=，為高電平。當 LM324 檢測到超聲波回波信號時，它輸出低電平信號，此時LM324的輸入電壓就小于閥值電壓，所以LM324就輸出高電平信號，通向PC的數據采集端。反之，則輸出為低電平信號到PC的數據采集端。比較器這一部分如果調節不當也可能會出現一些問題，如在輸出端會有高頻輸出等。這因為比較器非常靈敏，信號的微小變化就導致輸出值和的相互轉變。利用比較器的正反饋產生滯環特性來降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。因為放大后的回波信號幅值已經較大，這樣再通過設置合適的閥值就可以穩定的得到有效信號。采用可調電位計是較為方便的方法。比較器的輸入端需要穩定的基準電壓需要加電容穩定。合理調節電位器，選擇比較基準電壓，可使測量更加準確和穩定。 電位比較器電路圖 超聲波接收電路圖 溫度測量電路設計溫度對超聲波波速影響非常大，超聲波波度c與環境溫度的關系有如下經驗公式： (m/s)，所以溫度每變化1℃， /s 。當溫度從0～40℃變化時，將會產生大約7％ 的聲速變化，在超聲波測距儀中，把聲速作為一個標準量，為了獲得較精確的聲速，引入溫度補償是必要的。本文采用了DS1820進行測溫。DS1820是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，電路連接非常簡單，但是必須保證時序與單片機嚴格同步。溫度測量范圍是55℃+125℃，可編程為912位A/D轉換精度，未編程時默認精度為12 位，℃，℃。溫度輸出以16 位符號擴展的二進制數形式提供，低位在前，℃/LSB（最小可分辨信號）形式表達，高五位為擴展符號位。轉換周期與轉換精度設定有關，9位精度時，；12位精度時，最大轉化時間為750ms。在本系統中采用默認的12位精度?！?。DS1820溫度傳感器有兩個晶振，低溫度系數晶振和高溫度系數晶振。低溫度系數晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產生信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預制在—55攝氏度所對應的一個基數。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1攝氏度，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數產生的脈沖信號進行計數，如此循環至計數器2計數到0，停止溫度寄存器累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。，單片機通過它以串口數據傳誦方式讀取測溫結果。DS1820利用單線控制信號在總線上與單片機進行通信。由于所用設備通過漏極開路端（2腳）連在總線上，控制線需要一個上拉電阻。 溫度測量電路圖 報警電路設計，采用典型的555振蕩電路，單片機通過控制4腳(手動復位腳)的電平來控制振蕩器的工作，高電平時工作，低電平時停止。振蕩頻率為800Hz。單片機的P1. 4控制555 電路根據測量結果，產生不同頻率的信號使報警電路發出不同長短報警聲。在揚聲器發出報警聲時，時基電路555 處于暫穩態，此時電源向電容充電，從而使555 結束暫穩態回復到穩定狀態 輸出低電平，使揚聲器停止發出報警聲。LED指示燈由單片機管腳控制，高電平點亮，低電平熄滅，其閃爍頻率與聲音報警頻率相同。 報警電路圖 顯示電路設計超聲波測距儀的顯示要求比較簡單，測量結果采用十進制數字顯示。顯示位數按照該裝置可測量的長度(與采用的超聲波傳感器有關)以及測量的精度來確定，要能顯示出0—9這些數字以及小數點等，并要求顯示穩定，無閃爍。長度單位一般為“m”，可以不顯示，因此顯示器件可選用BS202型共陰極7段LED顯示器。通過對一般測距儀的分析，發現通常只需要4位的LED即可滿足大多數的顯示精度要求，為了減少所需的I/O數量，降低成本，采用動態顯示控制方式。通過對顯示接口電路的綜合分析，發現測距儀利用串行輸入BCD碼的十進制譯碼驅動顯示器件MC14499來完成與單片機系統的顯示接口較為簡單可靠。串行輸入顯示接口芯片MC14499是一個BCD一鎖存/7段譯碼/驅動器，雙列直插式l8腳封裝，MC14499具有輸入鎖存功能，一幀數據輸入之后，就被鎖存起來，直至下一幀數據輸入為止。一幀串行數據輸入之后，MC14499就自動開始動態掃描，實現動態顯示。 顯示電路圖用MC14499設計的LED顯示器動態顯示接口電路，用AT89C2051單片機作為控制核心的超聲波測距儀，其數據輸出既可以通過單片機的通用I/O口輸出，也可以通過單片機的串口用串行方式輸出。本設計采用后者。單片機的P1口為數據輸出口，顯示器采用RS202型共陰極7段LED，顯示位數為4位，由于一片MC14499可以驅動4個LED顯示器，因此該顯示接口只需用一片MC14499和單片機連接。，(=0時，允許MC14499輸人數據)。反相器作為顯示器的位驅動，8個47Ω的電阻是LED的限流電阻，使單片機AT89C2051輸出電平與用MC14499設計的LED顯示器動態顯示接口電路電平相兼容。由于MC14499具有輸入自動鎖存功能，而串行輸入一幀數據又需要一定的時間，所以LED顯示的數據不會出現閃爍現象。 電源電路設計 +5V和+12V穩壓電源我們用到的穩壓電源電路，能產生+12v、+5v和5v共3組輸出電壓,可供采用正、負工作電源的數字電路或微處理器集成電路使用。并且帶有充電蓄電池作為備用電源，當單片機電源正常