超聲波倒車系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、前言前言 摘要摘要：近年來(lái)，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不 斷提高，我國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕 駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的 地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。 據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造 成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá) 便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量 障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí) 現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 超聲波一般指頻率在 20 khz 以

2、上的機(jī)械 波，具有穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器 不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信 號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之 間的距離。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，但其傳輸速度受天 氣影響較大，不能精確測(cè)距；另外，超聲波能量與距離的平方成正比衰減， 因此，距離越遠(yuǎn)，靈敏度越低，從而使超聲波測(cè)距方式只適用于較短距離。 目前，國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離為 45 m，因此大 都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距中本文根據(jù)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 at89c52

3、 單片機(jī)的超聲波測(cè)距器。 該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、單片機(jī)處理模塊、lcd 顯示以 及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測(cè)距器的硬件組成、檢 測(cè)原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。超聲波發(fā)射模塊中采用 555 定時(shí)器構(gòu)成的時(shí) 基電路，接收電路使用兩級(jí)運(yùn)算放大器，再將信號(hào)進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)出能夠 成功對(duì) 40khz 超聲波檢波的硬件電路，并且增益可調(diào)，與傳統(tǒng)超聲波檢波 電路相比，電路變得精簡(jiǎn)，調(diào)試變得相對(duì)容易。測(cè)距器使用 lcd 顯示目標(biāo) 物的距離。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：超聲波、測(cè)距、at89c52、倒車 abstract：in recent years, with the rapid devel

4、opment of automobile industry and the continuous improvement of peoples living standard, chinas number of cars is increasing every year. driving in central africa at the same time professional staff of the proportion of car drivers is also increasing year by year. highways, streets, parking, garage

5、and other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur. according to related statistics, 15% of motor vehicle collisions when the vehicle is reversing, as the capacity of the latter caused by bad.so after the

6、increase of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. security to avoid obstacles on the premise that the rapid and accurate measurement of obstructions and the distance between motor v

7、ehicles. to this end, the design of a single-chip microcomputer as the core, the use of ultrasonic ranging to achieve non-contact reversing radar system. generally refers to ultrasonic frequencies above 20 khz mechanical waves, with penetrating, and attenuation of small, reflecting the ability and s

8、o on. work, the ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. finally, signal processing devices based on the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and the distanc

9、e between obstacles. ultrasonic ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range; in addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensi

10、tivity and thus ultrasonic ranging way so that only apply to a shorter distance. at present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 4 5 m, thus reversing radar are used in cars, such as close range in this paper, according to the spread of sound

11、waves in air reflection to ultrasonic transducer interface components, based on mcu at89c52 ultrasonic range-finder. designed by the ultrasonic transmitter module, receiver module, single-chip processing module, a digital display and alarm sound and light display module, such as parts, the text in d

12、etail the range of hardware devices, detection theory, methods and software architecture. the use of ultrasonic transmitter module consisting of 555 time- base timer circuit, receiving circuit using the sony company dedicated cx20106a infrared detecting chip, the chip used in the detector circuit 38

13、khz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40khz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain, and compared to conventional ultrasonic detection circuit, the circuit has become streamlined and easier to debug. the use of d

14、igital rangefinder display the distance between objects. key words:at89c52; silent wave;measure distance; reversing 目錄目錄 前言前言 .1 緒論緒論 .8 1.1 選題背景選題背景 .8 1.2 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 .8 1.3 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 .9 1.4 目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 .10 1.5 超聲波的特性及作用原理超聲波的特性及作用原理 .11 1.6 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 .12 第二章第二章 方案論證方案論證 .16 2.1 超聲波的定義超聲波的定義

15、 .16 2.2 超聲波的物理特性超聲波的物理特性 .16 2.2.1 超聲波的衰減.18 2.3 發(fā)射脈沖波形發(fā)射脈沖波形 .21 2.4 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理 .22 2.5 測(cè)量與控制方法測(cè)量與控制方法 .23 2.6 理論計(jì)算理論計(jì)算 .23 2.7 影響精度的因素分析影響精度的因素分析 .25 2.8 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) .27 2.8.1 溫度校正的方法提高測(cè)距精度.27 2.8.2 標(biāo)桿校正的方法提高測(cè)距精度.28 2.9 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理 .29 第三章第三章 系統(tǒng)局部硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)局部硬件電路設(shè)計(jì) .31 3.1 at89c

16、52 單片機(jī)單片機(jī).31 3.1.1 時(shí)鐘電路.32 3.1.2 復(fù)位電路.33 3.2 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路 .33 3.2.1 多諧振蕩器.33 3.2.2 超聲波傳感器.35 3.3 超聲波接收電路超聲波接收電路 .37 3.3.1 放大電路及其參數(shù)的設(shè)計(jì).37 3.3.2 電壓比較電路及其參數(shù)的設(shè)計(jì).38 3.4 lcd 液晶顯示部分結(jié)構(gòu)液晶顯示部分結(jié)構(gòu).40 3.4.1 lcd 的參數(shù)和性能及引腳介紹 .40 3.4.2 at89c52 和 lcd 顯示器模塊的接口 .41 3.4.2.1at89c52 和 lcd 顯示器模塊的硬件接口.41 3.5 語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警模塊

17、 .43 3.5.1 放音芯片的選擇.44 3.5.2 api8108a 和 at89c52 的硬件接口.44 3.6 電源模塊電源模塊 .46 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .48 4.1 超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì)超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì) .48 4.1.1 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì).48 4.1.2 串?dāng)_問(wèn)題.51 4.3 lcd 液晶顯示部分軟件設(shè)計(jì)液晶顯示部分軟件設(shè)計(jì).52 4.3.1 讀/寫(xiě)時(shí)序.52 4.3.1.1ocmj4x8c 型 lcd 顯示模塊的讀時(shí)序.53 4.3.1.2ocmj4x8c 型 lcd 顯示器模塊的寫(xiě)時(shí)序.54 第五章第五章 主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn) .

18、55 第六章第六章 致謝辭致謝辭 .56 緒論緒論 1.11.1 選題背景選題背景 隨著科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，自動(dòng)測(cè)量的技術(shù)不斷更新，非接觸式測(cè) 量技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。在很多工控場(chǎng)合，測(cè)量的物體是不能夠直接接 觸到的，或者是測(cè)量物體不宜直接接觸, 這個(gè)時(shí)候就要用到非接觸式的測(cè) 量?jī)x器。自物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用 電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此超聲波技術(shù)得到廣泛運(yùn)用，而在超聲 波測(cè)量領(lǐng)域，尤其是在測(cè)距領(lǐng)域，結(jié)合各種其他技術(shù)的應(yīng)用，超聲波測(cè)量 變得十分普及。 超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩 ,傳播速度僅為光波的百萬(wàn) 分之一 ,縱向分辨率較高.超聲波對(duì)色彩、光照度

19、、外界光線和電磁場(chǎng)不 敏感 ,因此超聲測(cè)距對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵或煙霧、強(qiáng)電磁干擾、 有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力 ,在液位測(cè)量、機(jī)器人避障和定位、 倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面有著廣泛的運(yùn)用。由于超聲傳播不易受干擾 , 能量消耗緩慢 , 在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn) , 因而超聲波經(jīng)常用于距離的 測(cè)量. 本文以超聲波理論為依據(jù)，給出日常生活中可以方便使用的非接觸 式超聲波測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程。 1.21.2 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 由于超聲波在空氣中波速較慢，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離 較遠(yuǎn)，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具 有很高的分辨力，利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速

20、、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于 做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。因此超聲測(cè) 距廣泛應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面，特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距。超聲 波測(cè)距利用聲波反射原理，避免傳感器直接與介質(zhì)接觸，是一種傳統(tǒng)而實(shí) 用的非接觸測(cè)量方法。與紅外、激光及無(wú)線電測(cè)距相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可靠性能高、價(jià)格便宜、安裝維護(hù)方便等優(yōu)異特性。在近距范圍內(nèi)超聲測(cè) 距具有不受光線、顏色以及電、磁場(chǎng)的影響和指向性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于被測(cè) 物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境中也具有 一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但由于超聲波傳播時(shí)難于精確捕 捉，溫度對(duì)聲速影響等原因，使超聲測(cè)距的精度受到

21、很大的影響，限制了 超聲測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量精度要求較高場(chǎng)合下的應(yīng)用。 1.31.3 設(shè)計(jì)的意義設(shè)計(jì)的意義 近年來(lái)，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我 國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比 例也逐年增加。在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)， 駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查 統(tǒng)計(jì)，15的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此。 增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年 來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車 之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心

22、，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距 的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)距方法在很多場(chǎng)合已無(wú)法滿 足人們的需求，例如在井深，液位，管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合，傳統(tǒng)的測(cè)距方法根 本無(wú)法完成測(cè)量的任務(wù)。還有在很多要求實(shí)時(shí)測(cè)距的情況下，傳統(tǒng)的測(cè)距 方法也很難完成測(cè)量的任務(wù)。于是，一種新的測(cè)距方法誕生了非接觸 測(cè)距。超聲波可用于非接觸測(cè)量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因 素的干擾的優(yōu)點(diǎn)，是利用計(jì)算超聲波在被測(cè)物體和超聲波探頭之間的傳輸 來(lái)測(cè)量距離的，對(duì)被測(cè)目標(biāo)無(wú)損害。而且超聲波傳播速度在相當(dāng)大范圍內(nèi) 與頻率無(wú)關(guān)。超聲波的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的重視。目前對(duì)于超 聲波精確測(cè)距的需求也越來(lái)越大，如油庫(kù)和水箱液面的

23、精確測(cè)量和控制， 物體內(nèi)氣孔大小的檢測(cè)和機(jī)械內(nèi)部損傷的檢測(cè)等。在機(jī)械制造，電子冶金， 航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。此外，在材料 科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。 1.41.4 目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 超聲波是指頻率在 20khz106khz 的機(jī)械波,波速一般為 1500m/s,波 長(zhǎng)為 0.01cm10cm。超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說(shuō)明超聲波本身不 能直接對(duì)分子起作用 ,而是通過(guò)周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲 波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動(dòng)形式 ,又是一種 能量形式 ,在傳播過(guò)程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效

24、應(yīng)。超聲波與媒介相 互作用可分為機(jī)械作用、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域相互滲透 ,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化 工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式 ,所具有的高效能在 材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無(wú)法達(dá)到的作用 。僅從超聲波在液體 中釋放的巨大能量來(lái)說(shuō)就是其他方法所望塵莫及的 ,更不用說(shuō)超聲波定量 控制的效果了。近年來(lái) ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料 合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過(guò)程的強(qiáng)化以及廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng) 用 。在材料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的 潛力。通過(guò)超聲波方法制備納米材料 ,

25、達(dá)到了目前我們采用激光、紫外線 照射和熱電作用所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有很好的前景 1.51.5 超聲波的特性及作用原理超聲波的特性及作用原理 與可聞波相比 ,超聲波由于頻率高、波長(zhǎng)短 ,在傳播過(guò)程中具有許 多特性: a、方向性好。由于超聲波的功率高 ,其波長(zhǎng)較同樣介質(zhì)中的聲波波長(zhǎng)短 得多 ,衍射現(xiàn)象不明顯 ,所以超聲波的傳播方向好。 b、能量大。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí) ,當(dāng)振幅相同時(shí) ,振動(dòng)頻率越高能量 越大。因此 ,它比普通聲波具有大得多的能量。 c、穿透能力強(qiáng)。超聲波雖然在氣體中衰減很強(qiáng) ,但在固體和液體中衰減 較弱。在不透明的固體中 ,超聲波能夠穿透幾十米的厚度 ,所以超聲波在 固體和液體

26、中應(yīng)用較廣。 d、引起空化作用。在液體中傳播時(shí) ,超聲波與聲波一樣是一種疏密的振 動(dòng)波 ,液體時(shí)而受拉時(shí)而逐級(jí)壓 ,產(chǎn)生近于真空或含少量氣體的空穴。在 聲波壓縮階段 ,空穴被壓縮直至崩潰。在空穴崩潰時(shí)產(chǎn)生放電和發(fā)光現(xiàn) 象 ,這種現(xiàn)象稱為空化作用。超聲技術(shù)是一門(mén)以物理、電子、機(jī)械以及材 料為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。目前 ,超聲技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到社會(huì)生活的 各個(gè)領(lǐng)域。超聲技術(shù)是通過(guò)聲波的產(chǎn)生、傳播及接收的物理過(guò)程而完成的 ,它 的應(yīng)用研究正是結(jié)合超聲波之獨(dú)有特性而展開(kāi)的。 1.61.6 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于 1876 年 f.galton 的氣哨實(shí) 驗(yàn)，這是人類首次

27、有效產(chǎn)生的高頻聲波。在之后的三十年中，超聲波仍然 是一個(gè)鮮為人知的東西，由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對(duì)超聲波的研究造 成了一定程度的影響。在第一次世界大戰(zhàn)中，對(duì)超聲波的研究逐漸受到重 視。法國(guó)人 langevin 使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對(duì)低頻的超 聲波。他提出的這種方法可以用來(lái)檢測(cè)水中是否存在潛艇并進(jìn)行水下通信 4。 1929 年，sokolov 首先提出用超聲波探查金屬物內(nèi)部缺陷的建議5。 相隔 2 年，1931 年 mulhauser 獲準(zhǔn)一項(xiàng)關(guān)于超聲檢測(cè)方法的德國(guó)專利，不 過(guò)他并未做更多的工作。4 年之后，1934 年 sokolov 首次發(fā)表了關(guān)于在液 體槽子里用穿透法作實(shí)

28、物試驗(yàn)的結(jié)果，他用了各種方法做了實(shí)驗(yàn)，用來(lái)檢 測(cè)穿過(guò)試件的超聲能量，其中之一是用簡(jiǎn)單的光學(xué)方法觀察液體表面由超 聲波形成的波紋。德國(guó)人 bergrnann 在他的論著ultrasonic中，詳 細(xì)的論述了有關(guān)超聲波的大量早期資料，該論著一直被認(rèn)為是該領(lǐng)域的經(jīng) 典之作6。 美國(guó)的 firestone7和英國(guó)的 sproulels首次介紹了脈沖回波探傷儀， 使超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展到了更重要的階段。在各種系統(tǒng)中，這是最成功的 一種，因?yàn)樗凶顝V泛的通用性，其檢測(cè)結(jié)果也最容易解釋。這種方法除 可用于手工檢測(cè)外，還可與采用先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)用，自第一種脈沖 回波儀器問(wèn)世以來(lái)，根據(jù)相同的原理，有無(wú)數(shù)種其他

29、儀器得到了發(fā)展，并 有許多改進(jìn)和精化。目前，在超聲無(wú)損檢測(cè)中，脈沖回波系統(tǒng)仍是使用最 為廣泛的一種。 huahong，wangyonghan9闡述了其所研究的一種調(diào)幅連續(xù)超聲波 大范圍動(dòng)態(tài)測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)的測(cè)距原理是利用超聲波傳感器發(fā)射和接收 調(diào)幅連續(xù)超聲波，基于接收信號(hào)于發(fā)射信號(hào)之間的相位差和兩傳感器之間 的正比關(guān)系，用相位差法測(cè)量傳感器之間的動(dòng)態(tài)距離。文中給出了設(shè)計(jì)原 理、硬件實(shí)施和測(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在 15m 的測(cè)距精度可達(dá) 到 lmm。 中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究所的李茂山在超聲波測(cè)距原理及實(shí)踐技術(shù)0中 闡述了用超聲波在空氣里傳播速度為已知條件，測(cè)量超聲波行進(jìn)于待測(cè)距 離所耗費(fèi)時(shí)間的

30、超聲波測(cè)距原理。文中分析了聲波的傳輸特性和影響聲速 的因素，給出了超聲波測(cè)距的框圖。作者還進(jìn)行了超聲波測(cè)距誤差源分析 以及超聲波測(cè)距儀的檢驗(yàn)。 浙江師范大學(xué)的李鳴華、余水寶利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)了一種超聲波料位 測(cè)量系統(tǒng)川。作者介紹了超聲波料位測(cè)量的原理以及超聲波料位測(cè)量?jī)x的 軟硬件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要分為超聲波信號(hào)的產(chǎn)生發(fā)射電路、信號(hào)接收處 理電路、at89c2051 單片機(jī)控制電路等。作者還分析了造成料位測(cè)量誤差 的幾點(diǎn)原因，并給出了幾種方法來(lái)減少測(cè)量誤差。比如:在計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)中， 采用了“延遲接收，信號(hào)分離”的技術(shù)和相關(guān)計(jì)數(shù)法減小了計(jì)數(shù)誤差，對(duì) 于聲速的測(cè)量誤差，使用溫度補(bǔ)償法，在軟件設(shè)計(jì)中采用了

31、查表的方法， 由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償校正。文中的一些方法對(duì)于設(shè)計(jì)超聲波測(cè)量系統(tǒng)來(lái) 說(shuō)具有一定的參考價(jià)值。聲速的測(cè)量在超聲波測(cè)距中對(duì)提高超聲波精度有 重要的作用，超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與溫度、壓力等因素有關(guān)，其中 溫度的影響最大，因此需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。 中國(guó)海洋大學(xué)的曹玉華在超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在機(jī)器人模糊 避障中的應(yīng)用)2提出了采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒y(cè)量聲速，來(lái)提高超聲波測(cè) 距精度。文中溫度檢測(cè)部分采用了美國(guó) dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組 網(wǎng)單線數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 測(cè)量環(huán)境溫度，用以溫度補(bǔ)償以修正超 聲波速度，來(lái)減小溫度變化對(duì)距離測(cè)量精度的影響。該超聲波測(cè)距裝置在 1.5m 的

32、測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)量誤差小于 5cm。 山東科技大學(xué)的王紅梅在高分辨力超聲測(cè)距系統(tǒng)的研究)3中研究 了己有超聲波測(cè)距系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用超聲波多次發(fā)射，以多次測(cè)量的平 均值作為測(cè)量值的方法提高超聲波測(cè)距精度，并使用了溫度補(bǔ)償聲速的方 法進(jìn)一步提高了系統(tǒng)精度。為了提高儀器的分辨力，還采用了若干方法來(lái) 減小隨機(jī)誤差。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量范圍 1cm 一 10cm， 精度可達(dá)到 0.5%，分辨率優(yōu)于 0.1mm。 第二章第二章 方案論證方案論證 超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)， 例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。目前國(guó)內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè) 計(jì)超聲波測(cè)距儀，但是專

33、用集成電路的成本很高，并且沒(méi)有顯示，操作使 用很不方便。本文介紹一種以 at89c51 單片機(jī)為核心的低成本、高精度、 微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)際使用證明 該儀器工作穩(wěn)定，性能良好。 2.12.1 超聲波的定義超聲波的定義 波是由某一點(diǎn)開(kāi)始的擾動(dòng)所引起的，并按預(yù)定的方式傳播或傳輸?shù)?其他點(diǎn)上。聲波是一種彈性機(jī)械波。人們所感覺(jué)到的聲音是機(jī)械波傳到人 耳引起耳膜振動(dòng)的反應(yīng)，能引起人們聽(tīng)覺(jué)的機(jī)械波頻率在 20hz 一 20khz， 超聲波是頻率大于 20khz 的機(jī)械波4。在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，用脈沖激 勵(lì)超聲波探頭的壓電晶片，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)在與其接觸的介 質(zhì)

34、中傳播，便形成了超聲波。 2.22.2 超聲波的物理特性超聲波的物理特性 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上，一 部分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波;另一部分能量透射過(guò)分界面，在另 一個(gè)介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，稱為折射波，如圖 2.1 所示，圖中 l 為入射波， s1 為反射橫波，l1 為反射縱波，l2 為折射縱波，s2 為折射橫波15。 這些物理現(xiàn)象均遵守反射定律、折射定律。除了有縱波的反射波折 射波以外，還有橫波的反射和折射。 因?yàn)槁暡ㄊ墙柚趥鞑ソ橘|(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而傳播的，其傳播方向與其 振動(dòng)方向一致，所以空氣中的聲波屬于縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波。在理想介 質(zhì)中，超聲波的波動(dòng)方程描

35、述方法與電磁波是類似的。描述簡(jiǎn)諧聲波向 x 正方向傳播的質(zhì)點(diǎn)位移運(yùn)動(dòng)可表示為: （2.1） )cos()(kxtxaa （2.2） x eaxa 0 )( 式中，a(x)為振幅即質(zhì)點(diǎn)的位移，為常數(shù)，為角頻率，t 為時(shí)間， x 為傳播距離，為波數(shù)，為波長(zhǎng)，為衰減系數(shù)。衰減系數(shù)與/2 聲波所在介質(zhì)和頻率關(guān)系: （2.3） 2 af 式(2.3)中為介質(zhì)常數(shù)為振動(dòng)頻率。f 2.2.12.2.1 超聲波的衰減超聲波的衰減 從理論上講，超聲波衰減主要有三個(gè)方面16: (l)由聲速擴(kuò)展引起的衰減 在聲波的傳播過(guò)程中，隨著傳播距離的增大，非平面聲波的聲速不 斷擴(kuò)展增大，因此單位面積上的聲壓隨距離的增大而減弱

36、，這種衰減稱為 擴(kuò)散衰減。 (2)由散射引起的衰減 由于實(shí)際材料不可能是絕對(duì)均勻的，例如材料中外來(lái)雜質(zhì)金屬中的 第二相析出、晶粒的任意取向等均會(huì)導(dǎo)致整個(gè)材料聲特性阻抗不均，從而 引起聲的散射。被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，最終 變成熱能，這種衰減稱為散射衰減。 (3)由介質(zhì)的吸收引起的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，內(nèi)于介質(zhì)的粘滯性而造成質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩 擦，從而使一部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠 密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，以及由于分子馳豫 造成的吸收，這些都是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象，這種衰減稱為吸收衰減。 擴(kuò)散衰減僅取決于波的幾何形狀而與傳播介質(zhì)

37、的性質(zhì)無(wú)關(guān)。對(duì)于大 多數(shù)金屬和固體介質(zhì)來(lái)說(shuō)，通常所說(shuō)的超聲波的衰減，即 p(衰減系數(shù))表 征的衰減僅包括散射衰減和吸收衰減而不包括擴(kuò)散衰減。因此，空氣介質(zhì) 的衰減系數(shù)也由兩部分組成，可由下式表: （2.4）) 11 ( 2 3 8 2 222 3 22 pv ccc kf c f 式中：熱傳導(dǎo)系數(shù) ：超聲波頻率kf ：動(dòng)力粘滯系數(shù) c：超聲波傳播速度 ：定容比熱 ：定壓比熱 v c p c ：傳播介質(zhì)密度 式（2.4）中第一項(xiàng)是由內(nèi)摩擦引起的衰減系數(shù)，第二項(xiàng)是由熱傳導(dǎo)引起 的衰減系數(shù)，由于后者比前者小得多，故在忽略熱傳導(dǎo)引起的超聲波衰減 的情況下，衰減系數(shù)可以由下式表示: （2.5） 3 22

38、 3 8 c f 把代入式（2.5）可得： m tr c （2.6） 2 3 2 3 2 3 2 2 )(3 8 tr m f 由式（2.6）可知:溫度一定時(shí)，r、t 均一定，衰減系數(shù)與頻率的平方 成正比;頻率越高，衰減的系數(shù)就越大，傳播的距離也就越短。在實(shí)際應(yīng) 用中，一般選 30-1ookhz 的超聲波進(jìn)行距離測(cè)量，比較典型的頻率為 4okhz，本系統(tǒng)就選用頻率 f=4okhz 的超聲波的傳感器。 2.2.22.2.2 超聲波的波型超聲波的波型 由于聲源在介質(zhì)中施力的方向與波在介質(zhì)中傳播的方向可以相同也可以不 同，這就可產(chǎn)生不同類型的聲波，超聲波的波型主要有以下幾種7: (l)縱波 當(dāng)介質(zhì)中

39、的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和超聲波傳播方向相同時(shí)，此種超聲波為縱波波 型，以 l 表示。任何介質(zhì)，當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均產(chǎn)生縱波。由于縱 波的產(chǎn)生和接收都較容易，所以縱波在超聲波檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。 (2)橫波 當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和超聲波的傳播方向垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波 形，以 t 表示。因?yàn)橐后w和氣體中缺乏橫向運(yùn)動(dòng)的彈性力，所以橫波不能 存在，只有縱波才能存在，但在固體中縱波和橫波都能存在。 (3)表面波 瑞利于 1887 年首先研究和證實(shí)了表面波的存在，因此稱為瑞利波，用字 母 r 表示。表面波是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波雙重性的波。其 振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓，質(zhì)點(diǎn)位移的長(zhǎng)軸垂直于傳播

40、方向，質(zhì)點(diǎn)位移的 短軸平行于傳播方向，隨著深度增加很快衰減，離表面一個(gè)波長(zhǎng)以上的地 方，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅很微弱。表面波的傳播速度，只與介質(zhì)的彈性性質(zhì)有 關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)。 (4)板波 板波亦稱拉姆波，板波只產(chǎn)生在大約一個(gè)波長(zhǎng)的薄板內(nèi)，在板的兩表面和 中部都有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，聲場(chǎng)遍及整個(gè)板的厚度。薄板兩表面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是 縱波和橫波成分之和，運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形，長(zhǎng)軸于短軸的比例取決于材料 的性質(zhì)。板波可以分為對(duì)稱型和非對(duì)稱型兩種。 2.32.3 發(fā)射脈沖波形發(fā)射脈沖波形 超聲測(cè)距常用的發(fā)射脈沖波形如圖 2-0 所示有單個(gè)尖脈沖、衰減振 蕩脈沖、窄等幅波列脈沖和寬等幅波列脈沖。 介質(zhì)中超聲波的衰減系數(shù)根據(jù)前面

41、的分析可知是頻率 f 的函數(shù)，因此 發(fā)射的脈沖波中不同頻率成分的波將以不同的群速度傳播，這使得脈沖波 形將隨著傳播距離的增大而發(fā)生畸變，并且這種畸變程度隨距離的增加而 變得顯著。在要求分辨力較高和盲區(qū)較短的超聲測(cè)量技術(shù)中，一般使用寬 度較窄的脈沖波。 圖 2-0 超聲波測(cè)距常用波形 2.42.4 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波， 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 s=ct/2，式中的 c 為 超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c 與溫度有關(guān)，表 1 列出 了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可

42、認(rèn)為聲速 是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕?正。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超 聲波測(cè)距儀的機(jī)理。圖 2-1 即為超聲波測(cè)距的具體流程圖。 定時(shí)器 顯示器 振蕩器調(diào)制器 接收檢測(cè)器 電聲換能器 計(jì)時(shí)器 控制 電聲換能器 圖 2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖 表 1 溫度與聲速的關(guān)系 溫度（）30 20100102030100 聲速（m/s）313319325333338344349386 2.52.5 測(cè)量與控制方法測(cè)量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目 標(biāo)物體 阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。假

43、如聲波在介質(zhì)中傳播 的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量 得 到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計(jì)算出來(lái)。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原 理。超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示 壓電晶片 電極 共振板 圖 2-2 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 由于此超聲波測(cè)距儀可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距，所以需進(jìn)行測(cè)距選擇，而這 個(gè)測(cè)距選擇就以自動(dòng)選擇功能來(lái)實(shí)現(xiàn). 2.62.6 理論計(jì)算理論計(jì)算 如圖 2-3 所示為反射時(shí)間 ，是利用檢測(cè)聲波發(fā)出到接收到被測(cè)物反 射回波的 時(shí)間來(lái)測(cè)量距離其原理如圖所示，對(duì)于距離較短和要求不高的 場(chǎng)合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過(guò)測(cè)量回波時(shí)間 t 利用公式 2 t cs

44、其中，s 為被 測(cè)距離、v 為空氣中聲速、t 為回波時(shí)間， 21 ttt 可以計(jì)算出路程，這種 方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號(hào)的影響 也可以通過(guò)設(shè)置“時(shí)間門(mén)”來(lái)加以 克服。這樣可以求出距離： 2 21 ttc s t 2 t 1 圖 2-3 測(cè)距的原理 本次設(shè)計(jì)是用 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生 40hz 的超聲波信號(hào)。其振蕩頻率 計(jì)算公式如下： )2( 43 . 1 532 crr f 2.72.7 影響精度的因素分析影響精度的因素分析 1） 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 采用 tr40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40khz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由

45、軟件生成的起始時(shí)間對(duì) 于一般要求的精度是可靠的。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳 播過(guò)程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。 設(shè)測(cè)量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測(cè)物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動(dòng)方 程為： * mergeformat (1) k ht +ktet +kt 2 0 aacosacos 由以上公式可知，超聲波在傳播過(guò)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。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過(guò)程中衰減很大，收到的回波 信號(hào)可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間， 必須對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，

46、會(huì)對(duì)超 聲波測(cè)量精度產(chǎn)生影響。 2）當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。 超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影 響，即： * mergeformat (2) s rt c m 由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確 的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。工程上常用的由氣 溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢?* mergeformat (3) 0 cc1 t 273 式中 c0=331.4m/s ； t 為絕對(duì)溫度，單位 k 。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實(shí)際情況下，溫度

47、 每上升或者下降 1oc, 聲速將增加或者減少 0.607m /s ，這個(gè)影響對(duì)于較 高精度的測(cè)量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲 得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀佟?對(duì)于時(shí)間誤差主要由發(fā)送計(jì)時(shí)點(diǎn)和接收計(jì)時(shí)點(diǎn)準(zhǔn)確 性確定，為了能夠提高計(jì)時(shí)點(diǎn)選擇的準(zhǔn)確性，本文提出了對(duì)發(fā)射信號(hào)和加 收信號(hào)通過(guò)校正的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。此外，當(dāng)要求測(cè)距誤差小于 1 mm 時(shí)，假定超聲波速度 c=344 ms(20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。則測(cè) 距誤差 stur 和 u1ur 時(shí),電壓比較器輸出兩 個(gè)不同的電平,即高電平和低電平。比較器的輸出通常只有高電平和低電 平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),因此它相當(dāng)于一個(gè)受輸入信號(hào)控制的

48、開(kāi)關(guān),當(dāng)輸入電壓經(jīng) 過(guò)閾值時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,使輸出從一個(gè)電平跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)電平。系統(tǒng)中,比較器 的作用是將信號(hào)電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓相比較,當(dāng)信號(hào)電壓大于基準(zhǔn)電壓 時(shí),比較器輸出正脈沖,q1 導(dǎo)通,p2.5 接收負(fù)脈沖信號(hào),單片機(jī) cpu 發(fā)出中 斷,記錄發(fā)射信號(hào)與接受信號(hào)之間的時(shí)間,并計(jì)算距離。在比較器的設(shè)計(jì)中 要考慮兩點(diǎn)因素:第一,要使 q1 導(dǎo)通;第二,要使經(jīng)過(guò)三極管以后的電壓與 at89c52 的 p3.2 口相匹配。為了在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能得到合適的參數(shù),將 r10 設(shè)計(jì)為最大阻值為 5.1 k 的電阻,這樣,r10 的阻值便可得到滿足上述條 件的電壓信號(hào)。用做電壓比較器的的 lm358，從圖 3.

49、5 可以看出比較器的 的基準(zhǔn)電壓是可調(diào)的，因?yàn)閺某暡ń邮盏男盘?hào)，要求有很高的靈敏度和 精度，從放大電路出來(lái)的電壓變化是非常微妙的，必須配和可調(diào)的基準(zhǔn)電 壓采能滿足進(jìn)行比較達(dá)到設(shè)計(jì)中的需要。lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、 高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電 源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電 源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可 用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。圖 3-7 為 lm358 的引腳結(jié)構(gòu)圖。 圖 3-7 lm358 的引腳結(jié) 3.43.4 lcdlcd 液晶顯示部分液晶顯示部分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

50、在顯示模塊中，選擇了ocmj4x8c型圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。 通過(guò)硬件電路和軟件結(jié)合使得在液晶中顯示如圖 3-8 所示。ocmj4x8c一 共有有 20 個(gè)引腳，包括數(shù)據(jù)引腳，控制引腳和電源引腳，硬件電路非常 簡(jiǎn)單。強(qiáng)大的功能主要是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。 lcd ocmj4x8c 超聲波測(cè)距儀 當(dāng)前溫度 00 度 當(dāng)前距離：00 米 圖 3-8 lcd 顯示屏 3.4.13.4.1 lcdlcd 的參數(shù)和性能及引腳介紹的參數(shù)和性能及引腳介紹 ocmj4x8c 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/ 列驅(qū)動(dòng)器及 12864 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成.可完成圖形顯示,也可以顯示 84 個(gè) (16

51、16 點(diǎn)陣)漢字.lcd 顯示器是把 lcd 顯示屏和控制模塊結(jié)合在一起組 成一個(gè)的整體。 主要技術(shù)參數(shù)和性能: 電源:vdd:+5v；lcd 外接驅(qū)動(dòng)電壓為 -3.0-8.0v 顯示內(nèi)容:128(列)64(行)點(diǎn) 全屏幕點(diǎn)陣 七種指令 與 cpu 接口采用 8 位數(shù)據(jù)總線并行輸入輸出和 8 條控制線. 占空比 1/64 工作溫度:-10 +60 ,存儲(chǔ)溫度: -20 +70 顯示器模塊的外部接口是通過(guò)它的外接引腳，由外部對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操 作共同形成的。外部引腳提供了接口的通道，而外部單片機(jī)對(duì)模塊的讀寫(xiě) 操作則執(zhí)行了單片機(jī)的模塊之間的信息交流，也就是顯示內(nèi)容的交流. jm12864j 一共有 2

52、0 個(gè)引腳，外部引腳編號(hào)為 120。外接引腳編號(hào)、符 號(hào)及其含義如表 2 所示。 表 2 外部引腳及含義 管腳號(hào) 管腳名稱電平管腳功能描述 1vss0v 電源地 2vdd5.0v 電源電壓 3v0- 液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓:0-5v 4rsh/l rs=“h”,表示 db7db0 為顯示數(shù)據(jù) rs=“l(fā)”,表示 db7db0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5r/wh/l r/w=“h”,e=“h”,數(shù)據(jù)被讀到 db7db0 r/w=“l(fā)”,e=“hl”, db7db0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 ir 或 dr 6eh/l 使能信號(hào)：r/w=“l(fā)”,e 信號(hào)下降沿鎖存 db7db0 r/w=“h”,e=“h” ddram 數(shù)

53、據(jù)讀到 db7db0 714db0db7 h/l 數(shù)據(jù)總線 15cs1h/l h:選擇芯片(右半屏)信號(hào) 16cs2h/l h:選擇芯片(左半屏)信號(hào) 17reseth/l 復(fù)位信號(hào),低電平復(fù)位 18vout-10v lcd 驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓 19 led+dc+5v led 背光板電源 20led-dc0v led 背光板電源 3.4.23.4.2 at89c52at89c52 和和 lcdlcd 顯示器模塊的接口顯示器模塊的接口 at89c52 和 lcd 顯示器模塊的接口包括硬件接口和軟件接口兩個(gè)部分。 硬件接口是指 at89c52 和 lcd 顯示器模塊的信息邏輯接線方法。軟件接口 是指 a

54、t89c52 對(duì) lcd 顯示器模塊的顯示控制方法及程序。下面分別介紹這 兩種接口方法。 3.4.2.1at89c523.4.2.1at89c52 和和 lcdlcd 顯示器模塊的硬件接口顯示器模塊的硬件接口 at89c52 和 jm12864j 的硬件接口連線如圖 3-9 所示。在圖中看出， at89c52 的 p2 端口的 p2.6 用于產(chǎn)生串行通訊的時(shí)鐘信號(hào)， 其中 p2.7 用 于串口通訊的數(shù)據(jù)接收。rst 懸空，默認(rèn)為高電平。 為使顯示屏能具有滿意的亮度，在+5v 和-5v 之間接一個(gè)電位器，用 于調(diào)節(jié) vee 的電壓。vee 的電壓一般取 0+5v。 圖 3-9 液晶顯示模塊 3.

55、53.5 語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警模塊 在語(yǔ)音報(bào)警模塊中，主要是采用 api8108a 放音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的距 離下，播放不同的聲音，以警示司機(jī)，距離障礙物的距離已經(jīng)很近，注意 安全。 3.5.13.5.1 放音芯片的選擇放音芯片的選擇 語(yǔ)音芯片從使用功能上，基本可以劃分為錄音語(yǔ)音芯片和放音語(yǔ)音芯片。 通常帶有錄音功能的語(yǔ)音芯片都具有回放語(yǔ)音的功能，但是在播放語(yǔ)音時(shí)，音質(zhì) 都沒(méi)有專門(mén)的放音語(yǔ)音芯片好 ，考慮到本模塊只是用來(lái)播放提示音，不需要錄音， 因此選擇只有放音功能的放音芯片。因此選用了api8108a。其引腳如圖 3- 10 所示。 圖 3-10 api8108a 各引腳功能 3.5.23.5

56、.2 api8108aapi8108a 和和 at89c52at89c52 的硬件接口的硬件接口 用 at89c52 的 p0.0，p0.1，p0.2，p0.3 四個(gè)口來(lái)控制 api8108a 的四 個(gè)頻段來(lái)控制輸出不同的警告提示信號(hào)。其語(yǔ)音分段選擇如圖 3.11 所示。 硬件接口如圖 3-11 所示。 圖 3-11 語(yǔ)音分段選擇 圖 3-12 語(yǔ)音報(bào)警電路 3.63.6 電源模塊電源模塊 電源的輸入直接用汽車的 12 的線性電壓，但是該系統(tǒng)的供電只需要 一個(gè) 5v 的電源，因此采用 lm7805,lm7809 進(jìn)行兩級(jí)穩(wěn)壓，得到想要的 5 伏電壓。lm7805,lm7809 的管腳圖如 3-

57、13 所示。 圖 3-13lm7805 其電氣特性如圖 3-14 所示： 圖 3-14 lm7805 電氣特性 電源模塊的硬件如圖 3-15 所示： 圖 3-15 電源電路 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件部分包括主程序、中斷子程序和其他子程序。主程序完成 系統(tǒng)初始化后調(diào)用 lcd 液晶顯示程序，再調(diào)用測(cè)距在內(nèi)的各個(gè)子程序完成 距離測(cè)量并顯示輸出。各子程序主要有:延時(shí)子程序、距離計(jì)算子程序等。 主程序流程圖如圖 4-1 所示。 4.14.1 超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì)超聲波接收發(fā)射軟件設(shè)計(jì) 4.1.14.1.1 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) 測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器

58、采用 ucm40 的壓電陶瓷傳感器，它的工 作電壓是 40khz 的脈沖信號(hào)，有單片機(jī)的 p1.2 來(lái)控制 555 定時(shí)器。部分 源程序如下： trig=1; /首先拉高脈沖輸入引腳, /超聲波輸入端，使能 555 產(chǎn)生 40khz 方波 ea=1; /打開(kāi)總中斷 0 th0=0x00; tl0=0x00; delay_20us(); /延時(shí) 20us et0=1;/ 允許定時(shí)器 0 中斷 et1=1;/ 允許定時(shí)器 1 中斷 tr0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器 0 trig=0; /產(chǎn)生一個(gè) 20us 的脈沖 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 t 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)， 當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體

59、后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 r 所接收到。 這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算 出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： （1） 22 tcs d 其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程，c 為聲速，t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 t0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。 當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 int0 或 int1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中 斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。一旦接收到返回超聲波信號(hào)

60、（即 int0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí) 器 t0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢 測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 t0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距 成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功。 前方測(cè)距電路的輸出端接單片 機(jī) int0 端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，部分源程序如下： void int0_ceju(void) interrupt 1/外部中斷 0 tr0=0;/ 關(guān)閉定時(shí)器 1 ea=0;/關(guān)閉總中斷 timeh =th1; /取出定時(shí)器的值 timel =tl1; /取出定時(shí)器的值 k=readtempera