汽車防撞報警系統(畢業設計)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 聲探頭的力量小 ,因此 ,溫度相對較低 ,不能長時間工作的失敗。因為醫學的超聲波探頭溫度很高，所以需要一個單獨的冷卻裝置。 (3)靈敏度。 主要取決于設計芯片本的機電耦合系數、靈敏度比較高。 人能聽到的聲音頻率范圍 :20 hz ~ 20 khz,這超出了可聽見的聲音 ,聲音的頻率范圍 ,即低于 20 赫茲頻率聲音稱為低頻聲波 ,聲頻率高于 20 khz 稱 為超聲波。它是一種常用的探測材料的壓電晶體、壓電陶瓷執行工作利用壓電效應 [12]。高頻電振動的逆壓電效應為高頻機械振動 ,產生超聲波 ,可作為發射探針 。積極的壓電效應和超聲振動波的使用 ,將轉換為電信號 ,可以用作接收探頭。 為了研究和利用超聲波 ,是設計和制造各種各樣的超聲波發生器。總體來說 ,超聲波發生器可以分為兩種類型 :一種是電氣超聲波 ,類似是機械波。另一種是壓電超聲波。它們兩個的頻率、功率和它們所產生的聲學特性是不同的 ,因此 ,從根本上講目的是不同。 圖 7 超聲波傳感器結構 壓電晶體諧振器是在壓電是超聲波發生器基礎上工作的 。 圖 7是超聲波發生器內部的結構圖 ,超聲波發生器有一個共振板與兩個壓電晶體 。當它 的壓電振動固有頻率芯片 等于脈沖信號頻率時 ,壓電共振發生 ,促進生成板振動共振超聲的發展 [13]。 反之 ,如果 電極電壓兩個都不共振 ,當超聲共振被共振板收到時 ,壓電晶片的振動 將被 抑制 ,然后會把機械能轉化為電信號。 超聲波傳感器原理 市場比超聲波傳感器常見是開放的 ,內部結構如圖 8所示 ,復合振動器靈 活固定在底座 9 上。振動器是一個復合雙壓電晶片零件振動器組成的諧振器和一個金屬板和一個壓電陶瓷片。角形諧振器 ,有效輻射產生的超聲波振動的目的 ,并能有效地使超聲波振動器聚集在一個中心位置。 應用于壓電陶瓷電壓時 ,會改變電壓和頻率的機械變形。另一方面 ,當壓電陶瓷的振動時 ,它將生成一個。根據這一原理 ,當振動器由兩個壓電陶瓷或壓電陶瓷和金屬板的一種形式 ,稱為雙壓電晶片零件元素 ,應用一個信號 ,它會發出超聲波由于彎曲振動。相反 ,當檢測超聲振動時 ,它會產生一個電信號。在此基礎上 ,它可以用作壓電陶瓷超聲傳感器。 圖 8 超聲波內部結構 超聲波的基本特性如下所述： 波傳播的速度被用于表示頻率乘以波長 ,大約 344 米 /秒（ 20℃）。在這種比較低的傳播速度，短波長，這意味著我們可以得到高分辨率的距離和方向。這是因為高的分辨率的特點，它使我們有可能獲得在測量具有高精確度。 檢測物體存在，超聲波可以反映在對象上。由于金屬，木材，水泥，玻璃，橡膠，紙罐超聲波接近 100％的反射，這樣我們就可以很容易地找到這些對象。布，棉，羊毛可吸收超聲波，因此難以通過超聲波來檢測它們。同時，由于不規則反射，通常可能很難探 測物體和斜坡面的不平坦表面，這些因素決定了理想的測試環境是超聲波在空地，并且測試對象必須被反射波。 聲音的速度隨環境溫度而變化。因此，要準確地測量和對象的距離，經常檢查環境溫度是非常必要的，尤其是在冬季室內外溫差大，對超聲波測距誤差的精度影響很大，可用 10 18B20 溫度補償，以降低溫度變化，考慮到在測試環境被設計在室內，并主要用于超聲波測距功能，測量精度不高，因此對溫度的系統的影響的問題這里不做深入研究。 傳播超聲波在空氣與距離的變化成比例地降低了強度，這是因為所引起的表面上的球面擴散損 失的衍射現象，而且還因為吸收損耗的吸收能量。如圖 9 所示，超聲波頻率為高時，衰減率較高，因為超聲波的傳播距離比較短，所以超聲波的衰減會從根本上影響超聲波的有效距離。 圖 9 聲壓在不同距離下的衰減特性 5．聲壓特性 聲壓級 (.) 是表示音量的單位，利用下列公式予以表示。 .= 20logP/Pre (dB)式中 [14],“ P”為有效聲壓 (μ bar)，“ Pre”為參考聲壓 (2 104μ bar)如圖 10所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。 11 圖 10 超聲波傳感器的聲壓圖 6． 靈敏度特性 是聲接收靈敏度級單位 ,使用以下公式表示。 的敏感性 E / P = 20 日志 (dB)類型 ,“E” 電壓生成 (Vrms),“P” 作為輸入聲壓 (bar)。超聲波傳感器的靈敏度直接影響系統的范圍 ,如超聲波傳感器是常見的在幾個敏感圖 ， 如圖11所示 ,可以發現最大聲壓級傳感器 40 khz,也就是說相應的 40 khz 靈敏度最高。 圖 11 超聲波傳感器靈敏度示意圖 7．輻射特性 超聲波傳感器是安排在桌子上。然后 ,測量角度和聲壓的關系 (靈敏度 )。為了準確地表達了輻射 ,與前面相比 ,聲壓級 (靈敏度 )6 分貝衰減角稱為衰 變一半角 ,由 9 1/2 表示。規模較小的外表面的超聲設備很容易獲得準確的輻射角 [15]。如 圖 12 所示為幾種常見的超聲傳感器的輻射特性示意圖。 12 圖 12 超聲波傳感器輻射特性示意圖 分析上述結果不難看出 ,超聲波傳感器的最大工作壓力水平和最高的靈敏度范圍 40 khz。 測距分析 超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據計時器記錄的時間 t，就可以計算出發射點 距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 最常用的超聲測距的方法是回聲探測法 ， 超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間 t，就可以計算出發射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。 如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法對測量結果加以數值校正。聲速確定后， 我們只要測得超聲波從汽車中發射出去到被障礙物反射到達汽車中的時間 ，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖 13所示： 13 t 超聲波發射 障礙物 S H θ 超聲波接收 圖 13 超聲波的測距原理 ?cosSH? （ 31） )(HLarctg?? （ 32） 式中 :L兩個探頭之間一半的距離 . 又了解超聲波的傳播距離為 : vtS?2 ( 33) 式中 :v— 超聲波在空氣中的傳播速度 。 t— 超聲波從汽車發射出波到 汽車又接收到波所需要的時間 . 將（ 3— 2）、（ 3— 3）代入（ 31）中得： ]c o s [21 HLarctgvtH ? ( 34) 式中超聲波在空氣中的傳播速度 v 在溫度不變的情況下就是一個常數 (比如在常溫 T=30 度時 ,V=349m/s)。當需要測量的距離 H 大于 L 時 ,則 (3— 4)變為 : vtH 21? ( 35) 所以 ,只需要測量出超聲波往返的時間 t,就可以得出汽車到障礙物的距離 H. 時鐘 電路的設計 分別在 XTAL1 和 XTAL2 反向放大器的輸入和輸出。振蕩器的配置是在反向放大器的基礎上實施的。陶瓷諧振器可以使用。如果一個外部時鐘源驅動 ,XTAL2 不應該滿足。 因為機器周期期間 ,由 6 個周 ,每個周的 2 個振蕩周期 ,由此一個機器的振蕩周期是 12個振蕩周期 ,假如石英晶體外部的振蕩期的頻率是 12兆赫茲 ,一個振蕩周期 1/12us,由此得 14 出機器的振蕩周期是 1。 如圖 14 所示為時鐘電路。 CCX12MHZXTAL1XTAL2 圖 14 時鐘電路圖 復位電路的設計 自動上電復位與外部手動復位是通常的重置方法 ,時鐘電路的單片機在以后的工作中 ,在高端重置繼續給 2 個機器周期通常可以完成復位操作。例如 ,使用晶體振蕩器頻率 12 mhz,然后復位信號持續時間不應少于 2 人。這個設計用于自動復位電路。復位電路如圖 15 所 示： 圖 15 復位電路圖 聲音報警電路的設計 B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP23 15 圖 16 聲音報警電路圖 如下圖所示，用一個 Speaker 和三極管、電阻接到單片機的 P13 引腳上，構成聲音報警電路，如圖 16 示為聲音報警電路。 顯示模塊 顯示接口電路是在顯示模塊基礎上的，如圖 17 所示 E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDE FGDP 1H2H3H4HQ18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR4 1KR5 1KR7 1KR6 1KP34P35 P36P37 圖 17 數碼管電路 16 4 系統軟件的結構設計 軟件設計的主要思路是由預設、發射、接收、顯示、聲音報警等五個模塊為前提下組成的五個獨立模塊。在主程序中有一個鍵控循環模式 ,在我們按下控制的按鈕時，在一定的時間內 ,這五個獨立模塊中的每個模塊會反過來實現 調用預置子程序、子程序、子例程接收子程序 ,這五個獨立模塊可以 根據結果分析測量結果 。 當測量距離小于 我們設定的安全距離時，會又蜂鳴器來發出聲音來報警 。 軟件設計思路 我們把系統的主程序作為第一個系統初始化 ,我們把定時器設置為 16 位的定時計數器為 T0 模式。一般我們把中斷程序 EA 作 為顯示端口 P0 和 P20。然后我們以發送一個超聲波作為基礎調用系統的子程序 ,我們為了避免超聲波發射器與接收的波直接傳輸而造成干擾 ,造成延遲約 毫秒的干擾，在外部中斷的時候我們接收返回的超聲波信號。超聲波防撞系統的電路設計是以超聲波接收的中斷程序和顯示子程序為基礎的。我們了解 C語言程序可以實現許多困難的算法 ,我們知道匯編語言的運行效率比較高可以較精確地計算時間 ,和超聲波測距的程序的更加復雜的算法 ,我們要求匯編語言對計算程序的運行時間比較精確。所以，我們的控制程序必須用 C語言和匯編語言。 超聲波汽車 防撞電路的算法設計 超聲波測距的基本思路就是記住汽車發出超聲波的某一時刻 ,當汽車發出的超聲波遇到前方的障礙物，在被前方障礙物反射回來的波 ,然后汽車接收到前方障礙物反射回來的波。所以我們就可以計算出超聲波信號從發射到被反射回來的時間 ,然后我們就可以計算出汽車與前方障礙物的距離。距離的計算公式 : d=s/2=(ct)/2 這里的 D 是汽車與障礙物的距離 ,t 是超聲波從開始發射到與到障礙物然后在被障礙物反射回來到汽車中的時間 。 當開始在發射超聲波的時候我們就就啟動 T0 定時器芯片 ,然后我們就用定時器的功能來記錄超聲波 從開始發射到被反射回來的時間 。 當我們收到被障礙物反射回來的超聲波 ,接收電路就是產生一個負面的跳 ,就會產生一個中斷信號的請求 INT0或 INT1終端 , 單片機外部中斷請求 ,外部中斷服務子程序的實現 ,根據時間的差異 ,去計算汽車到障礙物的距離。 主程序流程圖 我們把軟件分為兩部分，分別是主程序和中斷服務程序。如圖 1 1 19 所示。我 17 們再在完成控制程序初始化的情況下，我們每個超聲波的發射和和接收的序列。 我們在玩成超聲波交替傳輸時中斷服務子子程序的三個方向 ,主要就是外部的讀取中斷服務子程序、計算距離、 結果輸出的時間等。 程序流程圖圖 17 圖 17 程序流程圖 Y Y N N 主程序入口系統初始化 T1 定時時間到？ I/O 口 T0,T1 初始化 =0 開始發射，啟動 T0,T1，開外中斷 0， T0,T1 溢出允許