基于單片機的超聲波雷達測速系統(tǒng)

1、超聲波測速雷達系統(tǒng)的研究摘要現(xiàn)有超聲波雷達測速系統(tǒng)多采用單一的時差法測速或多普勒法測速，然而當(dāng)被測物體的移動速度大范圍變化時，單一的測速方法會引入較大的測量誤差。鑒于此，本文以單片機為核心，以超聲波換能器為收發(fā)元件，通過合理的時序控制，將時差法測速和多普勒法測速集成在一套系統(tǒng)中，實現(xiàn)了兩種方法的同時測量。理論分析表明，該系統(tǒng)的測量誤差小，測量精度高，驗證了系統(tǒng)的可行性。研究成果有一定的理論價值和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：超聲波、多普勒、單片機TheStudyofUltrasonicVelocityRadarSystemABSTRACTIntheexistingultrasonicspeedradars

2、ystem,mostusethesingleusetimeintervalvelocimetry,othersingleusetheDopplereffectvelocimetry.However,whenthemovementspeedchangesinawiderange.SinglevelocitymeasurementwillbeIncreasethemeasurementerror,SousetheSingleChipMicrocomputerasthecore,Ultrasonictransducerasthesendingandreceivingcomponents,across

3、thereasonablecontrolofthetiming,integrateTransit-timevelocimetryandDopplervelocimetryinonesystem,realiseusethetwomethodtakemeasurementatthesametime.Accordingtothetheoreticalanalysis,thissystemhasalowmeasurementerror、highaccuracy,Verifythefeasibilityofthesystem,Theresearchhassometheoreticalvalueandap

4、plicationprospect.KEYWORDS:Ultrasonicwave、Doppler、SingleChipMicrocomputer目錄第1章緒論11.1 課題研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本文研究工作31.4 小結(jié)3第2章超聲波測速系統(tǒng)硬件的設(shè)計52.1 超聲波測速總體設(shè)計方案52.2 測速原理72.3 超聲波發(fā)射模塊設(shè)計92.4 超聲波接收模塊設(shè)計122.5 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計162.6 小結(jié)20第3章超聲波測速系統(tǒng)軟件的設(shè)計213.1 程序流程圖213.2 小結(jié)24第4章系統(tǒng)性能分析254.1 系統(tǒng)功能分析254.2 系統(tǒng)誤差分析264.2.3 影響回波時

5、間t測定的因素及減小誤差的方法264.2.4 測量環(huán)境對測量精度的影響分析274.2.5 盲區(qū)284.3 小結(jié)28第5章總結(jié)30致謝31參考文獻32附錄34第1章緒論1.1 研究背景及意義在現(xiàn)在這個高速發(fā)展的時代中，各類測速雷達在其中扮演了不可或缺的作用。從人們?nèi)粘Ｉ畹礁黝惞I(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究，測速雷達為人類社會的發(fā)展立下了汗馬功勞。比如在鐵路系統(tǒng)中對火車速度測量，生產(chǎn)線上對機床速度測量等。隨著社會的飛速發(fā)展，由于超聲技術(shù)能夠有效的提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全，降低生產(chǎn)成本，其應(yīng)用日益廣泛。在當(dāng)今時代下隨著人們對外太空的開發(fā)逐漸加速，測速雷達在未來的空間開發(fā)會有更大作用，所以對于測速雷達的研究

6、前景相當(dāng)廣泛。在現(xiàn)代雷達測速系統(tǒng)中，按照各類測速雷達的波長可以分為三大類，一是激光雷達，其波長一般介于405n唯11670nm問，二是微波雷達其波長為7cn®i25cm問，最后一個是超聲波雷達其波長一般小于1.7cm。其中激光雷達測速是利用激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來最終被接收器所接收，接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間，因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖1,鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對速度的測量。而微波雷達則是利用多普勒效應(yīng)進行速度測量，即無線電波在傳播過程中碰到物體時會反彈，而且反彈回來的

7、電波頻率以及振幅會隨碰撞物體的運動情況而變化2。但微波雷達易受到其他電磁信號的干擾、低速情況下誤差太大3o超聲波測速則分為時差法和利用多普勒效應(yīng)兩種方法進行對速度的測量，時差法多用于低速測量，而利用多普勒效應(yīng)測速則多用于對高速的測量。超聲波雷達測速與其他兩種相比較就是超聲波雷達對雨、霧、雪的穿透能力比微波更強，可以在更加惡劣的氣候條件下工作，并且系統(tǒng)制作簡便，成本低，以其節(jié)約性而更適用于大眾生活。而在現(xiàn)有的超聲波雷達測速系統(tǒng)中，要么是單一的時差法測速，或者是單一的利用多普勒效應(yīng)測速，無法考慮到速度變動很大時應(yīng)采取不同方法測速而導(dǎo)致的測量誤差增加，所以應(yīng)該把兩種測速方法集成在一個測速系統(tǒng)中去。1

8、.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(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，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。1922年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利，從而展開了超聲波在人們生活中應(yīng)用的序幕，現(xiàn)在利用利用時差法測速的技術(shù)已經(jīng)成熟，目前國產(chǎn)低功率超聲波探頭，一般不能用于探測15m以外的物體，美國AIRMAR公司生產(chǎn)的AirducerAR30超聲波傳感器的作用距離可達30m,但價格較高。20世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮應(yīng)制成各種機電傳感器。1917年，法國物理學(xué)家PaulLangevin用天然壓電

9、石英制成了夾心式超聲換能器4,并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。隨著軍事和國民經(jīng)濟各部門中超聲波應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大功率的超聲波磁致伸縮傳感器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型等多種超聲傳感器。我國亦于195阿將超聲學(xué)研究列入了12年科學(xué)規(guī)劃，由此超聲研究與應(yīng)用開始廣泛的開展，1965年開始研究了表面波換能器，而隨著超聲清洗、超聲焊接、超聲加工、超聲醫(yī)療、超聲乳化等逐漸投入應(yīng)用，標(biāo)志著我國超聲學(xué)面向?qū)嶋H應(yīng)用的成熟。作為一門交叉學(xué)科，電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展、電力電子器件的不斷更新?lián)Q代也大大促進了超聲技術(shù)的發(fā)展。目前，我國的超聲學(xué)研究取得了巨大的發(fā)展，有些方面已接近或達到國際先進水平。潘

10、仲明等15對大作用距離超聲波傳感技術(shù)進行研究，研制了諧振頻率為24.5kHz的新型超聲波傳感器，其作用距離超過了32m測量誤差小于2%2008年廖一等提出利用彎曲振動換能器改善聲匹配，將氣介超聲波換能器的最大探測距離提高到35m從而對利用時差法測速提供了探測時間上的優(yōu)勢。超聲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為我們提供了一個充分認(rèn)識客觀事物的有利工具，呈現(xiàn)給我們一個更加多元化、精彩紛呈的世界。多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念ChristianDoppler而命名的，他于1842年首先-2-提出了這一理論。他認(rèn)為聲波頻率在聲源移向觀察者時變高，而在聲源遠(yuǎn)離觀察者時變低。一個常被使用的例子是火車，當(dāng)火車接近觀察者時，其汽鳴聲會比

11、平常更刺耳.你可以在火車經(jīng)過時聽出刺耳聲的變化。國外在利用超聲波多普勒效應(yīng)在20世紀(jì)40年代開始逐漸興起，開始主要是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)治療，1950年人們研制出第一代多普勒雷達，這對飛行器自備式導(dǎo)航提供了廣闊的前景，將其真正應(yīng)用于測速是在20世紀(jì)末才發(fā)展起來的，2009年澳大利亞生產(chǎn)的儀Model6520超聲波多譜勒流速儀，是對多普勒測速的成功利用，而國產(chǎn)的LSH10-1型超聲波多普勒流速儀由北京戴美克科技有限公司生產(chǎn)的以其不懼泥沙、漂浮物等而受市場歡迎，目前人們對于超聲波多普勒測速隨著控制系統(tǒng)的逐漸提升而不斷改進提升，在未來反侵略戰(zhàn)爭和空間技術(shù)開發(fā)中都將用到，相信多普勒測速技術(shù)在未來會有更加廣闊的發(fā)

12、展前景。現(xiàn)在雖然時差法測速和多普勒測速在實際生活中都已有所應(yīng)用，由于對于低速物體測速利用時差法誤差小，而對高速運動物體則應(yīng)利用多普勒測速。但現(xiàn)今沒有一套超聲波雷達測速系統(tǒng)同時具備兩種測速功能，因此而導(dǎo)致對變速物體速度測量誤差增大，測速復(fù)雜。所以本次設(shè)計準(zhǔn)備設(shè)計一套基于單片機的超聲波雷達測速系統(tǒng)，使其同時具有時差測速和多普勒測速功能。1.3 本文研究工作本次設(shè)計準(zhǔn)備建立一個以單片機為核心的超聲波雷達測速系統(tǒng)，把時差法測速以及多普勒測速集成到這套系統(tǒng)中，使其同時具備時差法和多普勒測速的功能。在現(xiàn)有的時差法和多普勒測速的基礎(chǔ)上，把兩種方法用同一套系統(tǒng)來實現(xiàn)。利用單片機產(chǎn)生方波信號，通過超聲波換能器轉(zhuǎn)

13、換為超聲波信號利用超聲波發(fā)射探頭發(fā)射出去，利用超聲波接收模塊對回波信號的時間以及頻率進行記錄，通過單片機的運算，進而得出物體的運動速度。1.4 小結(jié)本章對超聲波雷達以及各類測速雷達的工作原理進行了深入調(diào)研，了解了超聲波測速雷達的發(fā)展史以及研究現(xiàn)狀。針對現(xiàn)有的超聲波測速雷達系統(tǒng)對變速物體的速度測量誤差大這一現(xiàn)狀，本文提出了在同一套系統(tǒng)中同時用兩種測速方法實現(xiàn)對運動物體速度的測量，即在同一套系統(tǒng)中實現(xiàn)時差法以及多普勒測速。第2章超聲波測速系統(tǒng)硬件的設(shè)計2.1 超聲波測速總體設(shè)計方案按照系統(tǒng)設(shè)計的功能要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)以單片機為主控模塊，加上超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊以及顯示模塊這幾個模塊組

14、成。系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1所示測速原理圖中，超聲波發(fā)射模塊是由單片機內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生40KHz勺方波信號，由單片機控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射超聲波信號，接收模塊則是負(fù)責(zé)對回波信號進行檢測分析然后傳輸給單片機進行運算處理，單片機運算完畢后，將數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊進行顯示。A圖1超聲波測速原理框圖超聲波測速的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序、物體運動速度程序以及顯示子程序幾部分組成。超聲波測速的程序既有較復(fù)雜的計算，又要求精細(xì)計算程序運行時間，所以控制程序擬采用C®言編程。2.2 測速原理1超聲波理論在彈性介質(zhì)中傳播的機械縱波，一般統(tǒng)稱為聲波。按線性聲學(xué)的觀點，對聲波產(chǎn)

15、生的物理過程做如下定性描述：連續(xù)彈性媒質(zhì)可以看作是由許多彼此緊密相連的質(zhì)點組成，當(dāng)彈性媒質(zhì)中的質(zhì)點受到某種擾動時，此質(zhì)點便產(chǎn)生偏離其平衡位置的運動，這一點運動勢必推動與其相鄰質(zhì)點也兀始運動。隨后，由于媒質(zhì)的反彈作用，該質(zhì)點及相鄰質(zhì)點又相繼返回其平衡位置，但因質(zhì)點的運動慣性，它們又在相反方向產(chǎn)生上述過程。這樣，媒質(zhì)中質(zhì)點相繼在各自的平衡位置附近往返運動，便將擾動以波的形式傳播到周圍更遠(yuǎn)的媒質(zhì)中去，形成波動6。頻率在20Hz20KH之間能為人耳聽到的機械波稱為聲波；頻率低于20Hz勺機械波稱為次聲波；高于20KHz勺機械波稱為超聲波；而高于100MHz勺機械波，則稱之為特超聲波。聲波頻率界限圖如圖

16、2所示。通常聲波有以下三種形式7:縱波是質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、液體和氣體中傳播；橫波是質(zhì)點振動方向垂直于振動方向的波，它只能在固體中傳播；表面波是質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度的增加而迅速衰減的波。次聲聲波超聲特超聲101104108HZ圖2聲波頻率界限圖超聲波之所以能夠得到廣泛應(yīng)用8910,是因為超聲波具有以下幾個特性：(1)超聲波為直線傳播，繞射能力弱，反射能力強；(2)超聲波在液體、固體中傳播衰減很小，穿透能力強，在空氣中傳播速度較慢；超聲波的頻率越高，波束越窄，聲波定向傳播和反射能力也就越強，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振幅相同的低頻聲波；超聲波通

17、常以縱波的形式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量的傳播形式，在一定距離內(nèi)沿直線傳播且具有良好的束射性和方向性；超聲波的輻射特性除了與其振動頻率有關(guān)外，還與超聲波傳感器的輻射面積有關(guān)。超聲波傳感器的輻射面積越大，超聲波的波束角就越小。要利用超聲波進行測速，首先要研究超聲波傳感器的工作原理111213超聲波傳感器是利用超聲波作為信息傳遞媒介的傳感器，它是一種將其它形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其它形式的能的器件，又稱超聲換能器或超聲波探頭?？傮w上講，超聲波傳感器可以分為兩大類：一類是使用電氣方式產(chǎn)生超聲波；另一類是使用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等

18、；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋等。傳統(tǒng)的超聲波傳感器使用的是揚聲器之類的動圈式轉(zhuǎn)換器、電容式麥克風(fēng)之類的可變電容式轉(zhuǎn)換器或者磁滯伸縮器件，目前常用的超聲波傳感器為壓電式超聲波傳感器。2測速方法(1)時差法測速該測速方法適用于低速運動物體，設(shè)第一次從超聲波發(fā)射到接收的時間為At1,收到回波信號后再發(fā)一次超聲波信號，第二次的收發(fā)間隔時間為At20則第一次超聲波信號到達物體時，發(fā)射探頭與物體之間距離為s1,第二次超聲波信號到達物體時，發(fā)射探頭與物體之間距離為s2,則物體的運動速度如公式2.1所示：(2.1)V=2(S1-S2)1112(2)多普勒測速多普勒效應(yīng)14是指物體輻射的波長因為光源和觀測

19、者的相對運動而產(chǎn)生變化，在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高，在運動的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)，波長變得較長，頻率變得較低，波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大，根據(jù)光波紅/藍(lán)移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度，恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運動的速度，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是本設(shè)計的理論依據(jù)，深入的考慮，可利用超聲波多普勒效應(yīng)推導(dǎo)出移動物體的速度15,具體公式如下，其中觀察者速度為Vr,波源速度表示為Vs,聲速表示為u：(1)當(dāng)波源靜止，觀察者運動時u二VrfKu-N(2.2)u(2)當(dāng)波源運動，觀察著靜止時f=uf0(2.3)u-Vs(3)當(dāng)兩者

20、同時運動時(2.4)f;uf0u-Vs由于超聲波的發(fā)生器和接收器是集中在一起的，所以當(dāng)運動物體反射超聲波時，應(yīng)該把運動物體當(dāng)做波源，而把超聲波接收器作為觀察者。這樣，就可以結(jié)合上述公式求出運動物體的速度與多普勒頻移之間的關(guān)系，如下：(1)當(dāng)波源靜止，觀察者運動時(2.5)、，rf0-flnVr=uf0fl(2)當(dāng)波源運動，觀察者靜止時Vs=f0-fluf0fl(2.6)(3)當(dāng)兩者相對運動時2(2.7)(f1-f0)u-(f1f0)VsVr:uu(f1f0)u(f0-f1)Vs其中第（2.6）式的情況在實際情況中不會出現(xiàn)，但是注意到兩者相對運動時的第（2.7）式中出現(xiàn)了波源的運動速度Vs,這時

21、就需要用第（2.6）式先求出波源的運動速度，進而求出物體的運動速度。由上述推導(dǎo)公式可知，只要得到多普勒頻移信號f-f。，即可求得物體的運動速度Vr。本次設(shè)計對超聲波的多普勒頻移是利用對運動物體反射回來的回波信號周期進行計時，從而得出回波信號頻率。2.3 超聲波發(fā)射模塊設(shè)計為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超

22、聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)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(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了其工作原理是：經(jīng)由驅(qū)動電路作用于換能器的發(fā)射頭，使換能器發(fā)射超聲波脈沖，此聲波發(fā)射出去后被超聲波接收換能器所接收16。若已知介質(zhì)中的聲速為C,換能器的接收頭接收的波的時刻與發(fā)射脈沖時刻的時間差為t,那么即可由公式2.8計算出換能器與目標(biāo)之間的距離進

23、而求出速度。(2.8)cCtS=2超聲波換能器可將適當(dāng)頻率的電能信號轉(zhuǎn)換成超聲波信號，此超聲波信號能被它本身或另外的超聲波換能器所接收，從而使之產(chǎn)生一個非常小的電信號，該電信號經(jīng)放大處理后，送給后面的數(shù)據(jù)處理部分。超聲波測速等系統(tǒng)的性能及精度，尤其是測量范圍在很大程度上取決于換能器及其驅(qū)動和接收電路的設(shè)計180超聲波傳感器的中心頻率是超聲測速系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，因為它直接影響超聲波的擴散和吸收損失，障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定超聲波傳感器的尺寸?？諝庵谐暡ǖ乃p系數(shù)與頻率的平方成正比，所以空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波的中心頻率。超聲波傳感器中心頻率的選取主要基于

24、以下幾點考慮：(1)如果測距范圍較大，則超聲波在空氣中傳播時的損失就相對增加，由于介質(zhì)對聲波的吸收與聲波頻率的平方成正比，為減小聲波的傳播損失，就必須降低超聲波傳感器的中心頻率。(2)中心頻率越高，傳感器的方向性越尖銳，分辨率越高。因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。從傳感器設(shè)計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。綜合以上幾點考慮，本系統(tǒng)選擇中心頻率為40KHz勺超聲波傳感器。本次設(shè)計的40KHz勺信號由單片機內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生，經(jīng)過波形變換以及超聲波換能器后發(fā)射出去，原理如圖3所示，由于超聲波換能器為壓電陶瓷材料制造，單片機直接產(chǎn)生的方波不能直接

25、加到換能器上，否則會對換能器造成損壞，縮短換能器的使用壽命。所以如圖3所示原理圖中從單片機產(chǎn)生的40KHZT波先通過二階的低通濾波器把方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ㄐ?10-圖3超聲波發(fā)射模塊原理圖號，然后經(jīng)過功率放大后發(fā)射出去。圖3中的功率放大利用集成芯片LM386來實現(xiàn)的，這是專為低損耗電源所設(shè)計的功率放大器集成電路。它的內(nèi)建增益為20,透過pin1和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達200。LM386可使用電池為供應(yīng)電源，輸入電壓范圍可由4V-12V,無作動時僅消耗4mA電流，且失真低。LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)

26、置為200但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW使得LM386特別適用于電池供電的場合。具引腳圖如圖4所示：圖4中3引腳為同向輸入端，電壓信號從這輸入，1管腳和8管腳之間為增益設(shè)定電路，經(jīng)過放大后從5管腳輸出加到超聲波發(fā)射探頭發(fā)送出去。-11-增益設(shè)定反向輸入同向輸入LM3S6圖4LM386引腳圖2.4 超聲波接收模塊設(shè)計超聲波信號在空氣中傳播一段距離后碰到運動物體反射回來，接收部分的電路由放大電路、信號變換電路以及超聲信號檢測電路三部分組成組成。由于在空

27、氣中傳播后會發(fā)生一定衰減，波形會發(fā)生失真，所以需要在接收到超聲波信號應(yīng)該對其進行整形放大。在經(jīng)過整形放大后需要把正弦信號變換成方波信號以便進行電平分析。超聲波接收電路原理圖如圖7所示：圖5所示電路中超聲波接收探頭接收到信號后先經(jīng)過整形放大電路對回波信號進行放大，然后將正弦波信號加入到由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器對波形進行變換，變換為方波信號后加入到紅外線檢波接收專用芯片CX20106a當(dāng)CX20106A接收到方波信號時，會在第7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入。-12-F.：圖5超聲波接受模塊原理圖圖5中收到的超聲波信號通過一個放大倍數(shù)為11倍

28、的同向比例放大器進行放大19,然后加入到施密特觸發(fā)器進行波形變換。555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的變換與產(chǎn)生、測量與控制等領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。具引腳圖6所示：-13-RSTVCCIHRCVOLTDISCTRIGGNDOUTLM555cM圖6LM555cM弓唧圖將555定時器的2管腳和6管腳連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器。當(dāng)輸入正弦波信號，則3腳的輸出即為方波如圖7所示:圖7波形變換圖在經(jīng)過波形變換后進入超聲波檢測電路，超聲波檢測電路由紅外接收專用芯片CX2010

29、6a組成，引腳圖如圖8所示：-14-CX20106A圖8CX20106a弓唧圖各引腳功能如下所示：1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kQo2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為3.3pf。4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0,阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kQ時，f0=42kHz,若取R=

30、220kQ,則中心頻率f0=38kHzo6腳：該腳與地之間接一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF,如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kQ,沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。-15-8腳：電源正極，4.55V。2.5 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM,只讀程序存儲器（ROM,輸入輸出電路（I/O口），還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI）,顯示驅(qū)動

31、電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路（PWM）模擬多路轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)?？偟亩詥纹瑱C的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面。單片機按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為4位、8位、16位及32位單片機。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里，8位單片機由于功能強大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。8位單片機在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位，代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應(yīng)用

32、領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入家庭，32位單片機應(yīng)用得到了長足發(fā)展。單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微機控制系統(tǒng)。它與單板機或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能。AT89C521一種低功耗、高性

33、能CMOS8微控制器，具有8Kft系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)-16-80C5儼品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CP由口在系統(tǒng)可編程Flash,使AT89S5為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S5以有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工用行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇

34、節(jié)電模式。空閑模式下，CPU?止工作，允許RAM定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAMJ容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。它一共有40個引腳，引腳又分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘弓唧XTAL«XTAL2還有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機的輸入/輸出（IO）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。綜上所述，單片機的引腳特點是：1、單片機多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。2、單片機具有四種總線形式：P

35、麗P2&成的16位地址地址總線；P吩時復(fù)用為8位數(shù)據(jù)總線；ALEPSENRSTEAFDP3口的INT0、INT1、T0、T1、WRR及及P1口的T2、T2EX&成控制總線；而P3口的RXDTXD&成串行通信總線。鑒于89C52所具備的功能可以實現(xiàn)本測速系統(tǒng)的要求，所以本系統(tǒng)主控芯片選擇89C52然后在主芯片外圍加上12MHz勺晶振，以及電源等電子元器件構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，本設(shè)計要求按鍵控制超聲波信號的發(fā)射，數(shù)碼管顯示，所以在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加以補充電路。物體的運動速度經(jīng)過單片機的運算處理后送到數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管顯示的電路連接圖如圖10所示，數(shù)碼管顯示所用的驅(qū)動為集成芯

36、片74HC573其引腳圖如圖9所示：-17-圖974HC573弓I腳圖圖9為74HC57與唧圖，74HC573t三態(tài)總線驅(qū)動輸出、置數(shù)全并行存取、使能輸入以及有改善抗擾度的滯后作用等特點。74HC573勺八個鎖存器都是透明的D型鎖存器，當(dāng)使能（0為高時，Q輸出將隨數(shù)據(jù)（D）輸入而變。當(dāng)使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即老數(shù)據(jù)可以保持，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要外接口。特別適用于緩沖寄存器，I/O通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。單片機系統(tǒng)設(shè)計完成后與前文所設(shè)計

37、的超聲波發(fā)射與接收電路進行連接，整體設(shè)計原理圖見附錄2。-18-DITAassDID2D3D4D5D6IFDMSN-4iiC3-3ANDLD2D3D4D5D6IFD8VCCGND圖10數(shù)碼管顯示電路本次設(shè)計的所使用的數(shù)碼管為共陰極，圖10所示的兩個三位數(shù)碼管，可以看到所有數(shù)碼管的陽極，即標(biāo)有A、RGDE、F、GH的引腳全部連接在一起，然后與上面的U4元件74HC57醐存器的數(shù)據(jù)輸出端相連，鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端連接單片機的P0口，P0同時加了上拉電阻。數(shù)碼管中WE1WE2WE3WE4WE5WE恥它們的位選端，每一個數(shù)碼對應(yīng)一個位選端，與上面的U5元件74HC573勺數(shù)據(jù)輸出端的低6位相連，U5的數(shù)

38、據(jù)輸入端也連接到單片機的P0口。兩個鎖存器的鎖存端分別與單片機的P2.6、P2.7相連，因為單片機可以控制鎖存器的鎖存端，進而控制鎖存器的數(shù)據(jù)輸出，這種分時控制的方法便可以方便的控制數(shù)碼管顯示任意數(shù)字。-19-2.6 小結(jié)本章對超聲波測速雷達系統(tǒng)的硬件電路進行了設(shè)計，其中包括了超聲波發(fā)射、超聲波接收、單片機控制以及數(shù)碼管顯示幾部分。其中超聲波發(fā)射又包括低通濾波電路和超聲波換能電路，超聲波接收則包括整形放大電路、波形變換電路以及超聲波檢測接收電路。有了超聲波發(fā)射與接收的硬件電路，為后續(xù)單片機控制軟件編程打下了基礎(chǔ)。-20-第3章超聲波測速系統(tǒng)軟件的設(shè)計3.1主程序由超聲波超聲波測速用C語言開發(fā)系

39、統(tǒng)可以大大縮短開發(fā)周期，明顯增強程序的可讀性，便于改進和擴充。使用CS言進行8052系列單片機系統(tǒng)開發(fā)，編程者可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計，不必將大量的精力花在內(nèi)存分配等底層工作上，從而大大加快了軟件開發(fā)的速度。因此，本系統(tǒng)采用C語言來進行系統(tǒng)的軟件設(shè)計，本次設(shè)計軟件調(diào)試的環(huán)境是KeiluVision4。本次設(shè)計的超聲波雷達測速系統(tǒng)同時具有時差法以及多普勒測速功，對單片機進行初始化之后，調(diào)用發(fā)射子程序產(chǎn)生產(chǎn)生兩個周期40KHz勺方波發(fā)射出去，同時定時器0開始計時，當(dāng)超聲波信號碰到物體反射回來后，當(dāng)接收器收到回波信號時定時器0停止工作，同時啟動定時器1,當(dāng)下一個上開沿到來時，定時器1停止計時進入

40、外部中斷，同理再發(fā)射一次超聲波信號，利用定時器0的時間記錄得到兩次物體與發(fā)射探頭的距離進而求出物體運動速度，而利用定時器1的時間記錄則可以得出回波信號的頻率，進而利用多普勒原理求出物體速度。超聲波雷達測速的主程序流程圖如圖12所示，超聲波測速源程序見附錄1。測速系統(tǒng)程序由按鍵s1控制單片機發(fā)送方波，方波的發(fā)射是靠單片機產(chǎn)生方波，由P2.5發(fā)出，周期的控制由高低電平時間來實現(xiàn)，設(shè)計要求產(chǎn)生40KHz勺方波，所以控制方波的周期為25us,即高電平12.5us,低電平12.5us。由于要進行多普勒測速所以理論上至少要發(fā)射兩個周期以上才能利用定時器捕捉回波信號的周期，以此來得出回波信號與所發(fā)40KH之

41、問的頻差來得到物體運動速度。當(dāng)?shù)谝粋€高電平產(chǎn)生并發(fā)送出去后定時器0開始計時。發(fā)出的的超聲波在碰到運動物體反射回來進入超聲波接收電路后，經(jīng)波形變換以及整形放大后通過芯片CX20106進入到單片機的P3.2口，其中CX201062fc沒有高電平到時，其輸出為高電平，當(dāng)有信號到時其跳變?yōu)榈?21-電平。所以可以根據(jù)P3.2口的電平跳轉(zhuǎn)來判斷回波，當(dāng)收到第一個高電平時，即P3.2口跳變?yōu)榈碗娖綍r定時器0的計時停止，存儲T0的數(shù)據(jù)為numl,同時啟動定時器1,當(dāng)3.2電平跳變?yōu)楦唠娖胶笙乱粋€低電平到來時，T1定時停止，并存儲T1數(shù)據(jù)為num2等接受完畢后接著再發(fā)射一次，同時啟動定時器0,當(dāng)收到回波后停止

42、，定時器0記錄數(shù)據(jù)為num3得到定時器數(shù)據(jù)后，分別利用時差法計算公式以及多普勒計算公式對速度進行計算。但測速系統(tǒng)在測速過程中還應(yīng)該考慮干擾物體對測速的影響，應(yīng)該考慮此次測速是否有效，本設(shè)計擬對5mz上物體的速度進行測量，所以利用軟件編程設(shè)計對T0定時器的時間記錄進行判斷，即當(dāng)num1<0.02S寸表示此次測速失敗，應(yīng)該重新測量。其次就是對兩種方法測速結(jié)果進行比較如果二者測速結(jié)果相差0.5m/s以上，即V>0.5m/s就應(yīng)該提示測速失敗重新測量。子程序流程圖如圖11所示。當(dāng)系統(tǒng)判斷測速數(shù)據(jù)有效時，需要對測量出來的數(shù)據(jù)進行顯示，本次設(shè)計是針對速度在10m/s以下運動物體速度測量，顯示保

43、留兩位小數(shù)，即利用3位顯示。NN圖11測量結(jié)果判斷流程圖-22-圖12測速系統(tǒng)流程圖-23-主程序中對于定時器的控制由定時中斷服務(wù)子程序以及外部中斷子程序來實現(xiàn)，定時中斷服務(wù)子程序以及外部中斷子程序如圖13和圖14所示:圖13定時中斷服務(wù)子程序圖14外部中斷服務(wù)子程序3.2小結(jié)本章根據(jù)超聲波測速系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，對系統(tǒng)軟件進行了設(shè)計，從系統(tǒng)的算法入手，按照測速步驟對超聲波測速系統(tǒng)軟件編程進行了詳細(xì)的介紹，畫出了測速系統(tǒng)的主要流程，將軟件和硬件充分結(jié)合，測速系統(tǒng)已初步形成。-24-第4章系統(tǒng)性能分析4.1 系統(tǒng)功能分析本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對變速物體的速度進行比較準(zhǔn)確的測量，由于現(xiàn)有的超聲波換能器最遠(yuǎn)

44、的探測距離為35m所以無法實現(xiàn)對更遠(yuǎn)距離的物體進行速度測量。對于時差法測速，是根據(jù)兩次超聲波發(fā)射與接收物體的運動位移與所用時間之間的關(guān)系得出的，本系統(tǒng)設(shè)計本著以最短測量周期實現(xiàn)對速度的測量，所以經(jīng)過系統(tǒng)分析超聲波探頭的探測距離為10m,設(shè)在常溫下，即15c下聲波在空氣中傳播速度為340m/s,則在這個基礎(chǔ)上可以將測量周期控制在0.1s以內(nèi)，在運動物體的速度不超過10m/s的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的程序計算，測量誤差不超過0.1m/s。對于時差法測速，在測速過程中物體的運動位移是一定的，但在時差上在程序中未能考慮到各部分電路的傳輸速度，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差，實際測速中應(yīng)在回波接收完之后才發(fā)射第二次，但

45、在程序計算中，是默認(rèn)在第一次回波后直接發(fā)射第二次，所以由此造成對速度的計算中少加了50us的時間，這個時間對時差法測速測速的誤差影響不足0.01m/s,40KHZ的方波其波長為25us,根據(jù)超聲波雷達測速系統(tǒng)的要求，當(dāng)測量距離在10m以下時，設(shè)此時的聲速為340m/s,則對于時差法的兩次發(fā)射與接收所耗時間可以控制在0.09s以內(nèi)，可以實現(xiàn)測量周期不超過0.1s的設(shè)計要求。對于多普勒測速，多普勒測速時捕捉回波信號的周期，其測量的精度損失主要來源于電路以及持續(xù)運行速度，再對測量精度影響的就是環(huán)境溫度對測量的影響，但一般情況下溫度相對恒定，所以測量精度相對較高，可以實現(xiàn)預(yù)期的精度要求0.1m/s,多

46、普勒測速是對回波信號的的周期進行測量進而得出速度的，理論上只需發(fā)射一次即可實現(xiàn)測速，其測量周期在測量距離不超過30m的情況下，設(shè)聲速為340m/s,其測量周期小于0.09s,符合測速系統(tǒng)的設(shè)計要求。無論是時差法測速還是多普勒測速，其速度最后都利用數(shù)碼管進行顯示，數(shù)碼管顯示可以保證測速結(jié)果精確到0.01m/s.-25-4.2 系統(tǒng)誤差分析本次設(shè)計的超聲波雷達測速系統(tǒng)，按照系統(tǒng)設(shè)計要求把時差法測速以及多普勒測速在一套系統(tǒng)中得到了實現(xiàn)，由單片機為控制核心，C語言為編程語言，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的時序進行控制，利用單片機的定時/計數(shù)器實現(xiàn)對速度的測量。4.2.1 影響回波時間t測定的因素及減小誤差的方法在測量

47、過程中，為了防止其他信號的干擾，提高測量的可靠性，單片機開始計數(shù)時，超聲傳感器常常發(fā)射由多個方波組成的脈沖用作為測量的載體20。若接收電路中的比較器的閾值電壓為一定值,由于粉塵及其它物質(zhì)的影響，故實際測量時，不一定是第一個回波的過零觸發(fā)。通過對超聲波接收回波的觀察分析，發(fā)現(xiàn)接收回波經(jīng)包絡(luò)檢波后，具包絡(luò)線前沿為按指數(shù)規(guī)律上升的曲線，大約在第九個波到包絡(luò)線的峰頂，第三個波近似為峰頂?shù)?5%故接收電路常設(shè)計為接收到第2個回波時，單片機停止計數(shù)。所以最終測得的時間比實際距離所對應(yīng)的時間多出2脈沖發(fā)送時間，從而造成了回波時間t的測量誤差。為了提高測時精度，必須準(zhǔn)確地檢測到第一回波脈沖沿到達的時間。用固定

48、閾值的單比較器檢測回波，由于聲波在傳輸過程中存在吸收衰減和擴散損失，聲強隨目標(biāo)距離增大，而呈指數(shù)規(guī)律衰減，在量程范圍內(nèi)，最近目標(biāo)和最遠(yuǎn)目標(biāo)的回波幅度相差較大，可能導(dǎo)致越過門檻的時刻前后移動，從而影響計時的準(zhǔn)確性。-26-回波信號4圖15雙比較器整形電路工作原理解決這一問題的方法：采用雙比器整形電路，這能較準(zhǔn)確地對回波前沿到來的時刻進行測定。如圖15所示,Vm為峰值電壓，設(shè)V1為比較器1的門限電壓，V2為比較器2的門限電壓，（其中（V2>V1,其值由實驗設(shè)定），當(dāng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波時，單片機定時器T1和T0同時開始計時，當(dāng)比較器1翻轉(zhuǎn)時，T0停止計時，此時T0所計的時間為t1,當(dāng)較器2

49、翻轉(zhuǎn)時，T1停止計時，此時T1所計時間為t2,顯然t2>t1,t是回波前沿所對應(yīng)的傳播時間，則(4.1)(4.2)V1t1-tV2t2-txV2t1-V1t2-t=V2-V1用t計算距離比圖t1、t2精確度要高4.2.2測量環(huán)境對測量精度的影響分析測量環(huán)境對超聲波測距測量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時間的影響嚴(yán)重。由前文可知超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)210因此,利用超聲波測量距離，就要考慮這些因素對聲速的影響。在氣體中，壓強、溫度、濕度等因素會引起密度變化，氣體中聲速主要受密度影響；液體的深度、溫度等因素會引起密度變化；固體中彈性模量對聲速影響較密度影響更大。一般超聲波在固體中傳

50、播速度最快、液體中次之、在氣體中的傳-27-播速度最慢。氣體中聲速受溫度的影響最大。聲波擾動是機械的，聲波在傳播中帶有機械能量，聲能傳播的途中逐漸轉(zhuǎn)變成熱，從而出現(xiàn)隨距離增加而逐漸衰減的現(xiàn)象，稱為聲吸收。聲波的頻率越高衰減得越厲害，傳播距離也越短。在給定的頻率下，衰減是濕度的函數(shù)。聲速受溫度的影響工程上常用的由氣溫估算聲速的公式如下：C=Gjl+T/273(4.3)式中C。=331叱s,T為絕對溫度，單位為K。此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實際情況下，溫度每升高或下降1K,聲速將增加或減少0.607nzs,這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測量精度的重中之重就

51、是獲得準(zhǔn)確的聲速。實際中，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速基本不變，但如果要求測距精度比較高，則需要通過溫度補償?shù)姆椒▽β曀龠M行修正。溫度補償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：一種是使用溫度傳感器，實時的測出車外溫度，根據(jù)公式(4.3)來修正聲速；另一種是利用查表法進行溫度補償，常用的溫度與對應(yīng)的超聲波速度關(guān)系表如表所?。罕?.1超聲波速度與溫度關(guān)系表溫度(C)-40-30-20-1001020304050聲速(m/s)307313319325332338344349355361(2)聲波的衰減程度受濕度的影響聲波傳播過程中，聲壓的幅度由于媒質(zhì)中聲吸收而衰減，聲強隨頻率增高衰減增加，在給定的頻率時衰減是濕度的函數(shù)

52、。產(chǎn)生最大衰減時的濕度值視頻率而不同，例如：頻率大于125kHz時，最大衰減發(fā)生在濕度為100%RHt,而在頻率40kHz時，最大衰減發(fā)生在濕度50%RHt。4.2.3盲區(qū)在測速時，傳感器用一段時間發(fā)射一串超聲波來作為測量的載體，因此只有待發(fā)送結(jié)束后才能啟動接收，設(shè)發(fā)送波束的時間為t,則在t時間內(nèi)從物體反射回的信號就無法捕捉。另外超聲波傳感器有一定的慣性，即有一-28-個從受迫振動到平衡振動再到阻尼振動的過程，故發(fā)送結(jié)束后還有一定的余振，這種余振經(jīng)換能器同樣產(chǎn)生電壓信號，這種電壓信號疊加到回波信號上，使電路鑒別不出真正的回波，從而擾亂了系統(tǒng)捕捉返回信號工作。因此在余振未消失以前，還不能啟動系統(tǒng)

53、進行回波接收。以上兩個原因造成了超聲波傳感器具有一定的測量范圍，即存在所謂的盲區(qū)22。過寬的脈沖寬度會增加測量盲區(qū)，所以發(fā)射脈沖不能太寬，以保證測量正常進行。止匕外，引起測量誤差的還有很多，如指令運行需占用一定的時間，而使得測量的數(shù)據(jù)偏大，時基脈沖頻率的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，現(xiàn)場環(huán)境中其它物質(zhì)干擾等。4.3小結(jié)本章對超聲波測速系統(tǒng)可能存在的誤差進行了系統(tǒng)性的分析，當(dāng)然有些誤差是可以通過一些措施進行減小，但這些誤差在測速過程中必然存在無法避免。了解這些測量誤差的存在，對于將來搭建電路后進行調(diào)試時出現(xiàn)的一些誤差可以進行處理，從而減少調(diào)試難度。再者對于系統(tǒng)進行誤差分析是為以后的系統(tǒng)開發(fā)養(yǎng)成良好的習(xí)慣，無論

54、任何系統(tǒng)必須要包括對誤差的來源分析，只有這樣搭建的系統(tǒng)才是完整的系統(tǒng)。-29-第5章總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計的主要研究內(nèi)容和所做工作如下1通過閱讀大量有關(guān)超聲波測距、測速的文獻資料，深入理解基于單片機的超聲波測速雷達系統(tǒng)的工作原理，掌握目前常用超聲波換能器電路及其最新發(fā)展動向。2對基于單片機的超聲波測速雷達系統(tǒng)的各個組成部分進行細(xì)化理解和設(shè)計，主要包括超聲波發(fā)射、波形變換、整形放大、超聲波接收以及單片機控制的原理及實現(xiàn)方法。3設(shè)計基于單片機的超聲波測速系統(tǒng)系統(tǒng)軟件編程，并利用keil4進行程序調(diào)試。4設(shè)計達到了預(yù)期的在同一套系統(tǒng)中同時實現(xiàn)時差法以及多普勒測速的要求。由于水平有限，時間倉促，研究過程中尚

55、有一些地方需要進一步改進和解決。具體如下：1、文章僅針對超聲波測速系統(tǒng)進行理論研究分析，尚未考慮結(jié)合實際硬件進行具體實驗，以驗證最終所設(shè)計的電路2、設(shè)計中采用的電路默認(rèn)在恒溫下工作，應(yīng)該增加溫度補償電路以減少測量誤差。3、系統(tǒng)現(xiàn)在只是單個發(fā)射接收探頭，要想實現(xiàn)更精確的測量要利用多探頭進行測量。-30-致謝本次設(shè)計是在導(dǎo)師xxx老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。在我這半年的本科生畢業(yè)設(shè)計階段，x老師都自始至終給予我極大的關(guān)懷和幫助。我在畢設(shè)中的每一點進步，都離不開導(dǎo)師的關(guān)心和幫助。x老師在這一學(xué)期中在教給了我如何思考問題和解決問題方法的同時也教給了我許多做人的道理，這些對于即將步入社會的我是一筆

56、寶貴的財富。在此謹(jǐn)致以我最誠摯的敬意和由衷的感謝！止匕外，在半年的畢設(shè)學(xué)習(xí)中，同組的同學(xué)們也給予了我許多幫助和鼓勵，同時要感謝我的班里同學(xué)以及舍友等，從電路設(shè)計到軟件編程以及最后的論文撰寫都得到了他們的幫助！在此，也向你們表示感謝！最后，衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師！-31-參考文獻【1】戴永江.激光雷達原理.國防工業(yè)出版社2002【2】路斌.多普勒測速系統(tǒng)及收發(fā)干擾問題分析.科協(xié)論壇.2011年第4期(下)【3】張大彪、王艷菊.微波測速、測距系統(tǒng)的設(shè)計.儀表技術(shù)與傳感器.20044JackBlitz.UltrasonicsmethodsandapplicationsJ.1963【5】廖一，崔慧海，曾迎生，唐璐.基于彎曲振動超聲換能器的遠(yuǎn)距離測量J.機器人技術(shù),2008,(10-2).【6】超聲波探傷編寫組.基于超盧波的輕軌在役錨同螺桿檢測研究.北京：機械1:業(yè)出版社，1980【7】超盧波探傷技術(shù)及探傷儀編寫組.超盧波探傷技術(shù)及探傷儀【Ml.北京：國防工業(yè)出版社，1977【8】吳瓊，汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)的研究