超聲波測距技術及其在倒車警報中的應用研究論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的使用運放的地方使用。它的引腳圖和內部結構圖分別如下:圖六：LM358引腳圖圖七：LM358內部功能圖 二、LM358的功能特性： 內部頻率補償； 低輸入偏流； 低輸入失調電壓和失調電流； 共模輸入電壓范圍寬，包括接地； 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍； 直流電壓增益高(約100 dB)； 單位增益頻帶寬(約1 MHz)； 電源電壓范圍寬：單電源(3—30 V)； 雙電源(177。 177。15 V)； 低功耗電流，適合于電池供電； 輸出電壓擺幅大(0 V)。 第二級音調譯碼器芯片選擇[14] 一、LM567芯片選擇：本系統采用LM567產生音調電路，LM567為通用音調譯碼器，當輸入信號于通帶內時提供飽和晶體管對地開關，電路由I與Q檢波器構成，由電壓控制振蕩器驅動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。LM567內部結構圖如下：圖八：LM567內部結構圖 二、LM567的功能特性： 用外接電阻20比1頻率范圍； 邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力； 可調帶寬從0%至14%； 寬信號輸出與噪聲的高抑制； 對假信號抗干擾； 高穩定的中心頻率； Hz到500 kHz； 電源電壓5 V—15 V，推薦使用8 V。 應用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K，CC2為1 181。F。RC1決定振蕩頻率，一般C1為104電容，R1為10 K—200 K。電源電壓為8V。 芯片選擇總結在實際應用中，芯片的選擇非常重要，有時候能決定電路能不能正常工作。本課題中還要用到其他的元器件（像4069非門,晶振，電阻，電容等），這些元器件的選擇也非常的重要。下一章將簡單介紹組成這個系統硬件的各個模塊。3 系統硬件設計 單片機最小系統 單片機最小系統主要包括復位電路和時鐘電路。 復位電路設計[13] 當MCS5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作。如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。復位電路如圖九所示。電阻R1和C1構成上電復位電路。按下S1可實現手動復位。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態，其中包括使程序計數器PC＝0000 H，這表明程序從0000 H地址單元開始執行。單片機冷啟動后，片內RAM為隨機值，運行中的復位操作不改變片內RAM區中的內容，21個特殊功能寄存器復位后的狀態為確定值。圖九：單片機復位電路 時鐘電路設計[13] 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。時鐘電路如圖十所示。為了獲得精確的波特率，晶體振蕩器選用12 MHz的型號，兩個30 pf的C01，C02電容起到輔助振蕩作用。圖十：單片機時鐘電路 單片機最小系統[2] 電路連接圖如下： 圖十一：單片機最小系統 超聲波發射和接受模塊 單片機控制超聲波測距的原理及總體硬件框圖[12]眾所周知，聲波具有反射特性，在空氣中的傳播速度為340 m/s，超聲波也是如此。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往圖十二：單片機控制超聲波測距的硬件示意圖比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，在測量精度方面能達到工業實用的要求。如果我們在超聲波發射時單片機開始計時，接受到發射波時單片機停止計時，便可以根據計時間隔和超聲波的傳播速度計算出發射點到物體的距離，如果用V表示超聲波的傳播速度，T表示發射至接受的時間間隔，S表示發射點到物體的距離，則S=VT/2。 超聲波發射電路設計[11] 壓電超聲波轉換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。內部結構如圖五所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。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，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一超聲波發生器。如沒加電壓，當共振板接受到超聲波時，將壓迫壓電振蕩器作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接受轉換器。超聲波發射轉換器與接受轉換器其結構稍有不同。由以上壓電超聲波發生器的功能,我們知道現在常用的壓電超聲波發生器是利用壓電晶體的諧振原理工作的,諧振頻率一般為40 KHZ。發射電路的諧振頻率可以由外部硬件電路產生，也可以由單片機產生。利用單片機輸出40 KHZ的方波更加容易、方便、易于控制。超聲波發射模塊電路和單片機之間原理圖如圖十三所示： 圖十三：超聲波發射模塊 超聲波接受電路設計[12]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，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，由上面芯片資料知:LM358的帶寬及抗干擾能力都比較強,但為了防止產生一定的噪音,所以在設計超聲波接受信號放大電路時,將放大電路設計成兩級同相放大電路,通過參數設置,每一級放大接近20倍,這樣經過兩級放大后,接受到的超聲波信號將近放大400倍,完全能夠被單片機檢測到,超聲波接受電路由運算放大器LM35LM567等組成，具體電路如圖十四： 超聲波接受器將反射回來的超聲波轉化為電信號后，經過放大電路放大后，再送到單片機IO口，我們在設計程序時根據連接超聲波接受模塊的IO的高低電平來判斷有沒有反射回來的超聲波。如果該IO口為低電平，說明沒有反射波，不做任何事，如果該IO口為高電平時，說明有反射的超聲波，此時定時器2關捕捉，RCAP2中計的時間是超聲波發出到接受所經歷的時間，為汽車到障礙物路程所經歷時間的兩倍，從而我們就很容易就可以得出我們想要得到的汽車到障礙物的路程。圖十四：超聲波接受電路模塊 聲、光報警電路[12] 語音報警是指當倒車雷達探測到的距離小于所設定的安全值時，發出聲音提醒駕駛員，語音電路設計如圖十五所示。M3720是單聲一閃燈報警音效集成電路，芯片內存儲一種報警音效，可直接驅動蜂鳴器發聲或經外接功放三極管推動揚聲器放音，同時還能驅動一只LED閃爍。該芯片各引腳功能為：5腳VDD；1腳VSS分別為電源輸入端與負端，VDD電壓3～ V；8腳X和1腳Y分別為芯片外接振蕩電阻器；6腳TG為觸發控制端，低電平觸發有效；3腳BZ和2腳BB分別為報警音效輸出端，可直接外接壓電陶瓷蜂鳴器，如果驅動揚聲器則由3腳BZ端引出；4腳L為閃燈輸出端，可直接驅動LED發光。圖十五：聲、光報警電路 數碼管顯示電路[13]LED數碼管是單片機控制系統中最常用的顯示器件之一。根據LED數碼管內各筆段LED發光二極管的連接方式，可以將LED數碼管分為共陰極和共陽極兩類。共陽數碼管是指將所有發光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮,在共陰極LED數碼管中，所有筆段的LED發光二極管的負極連在一起，而在共陽極LED數碼管中，所有筆段的LED發