【毕业设计】汽车倒车雷达防护系统的设计外文

超声波测距仪的设计摘要本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示的超声波测距仪。此设计用超声波来测量距离，通过发射和接收到超声波的时间间隔来算出即时的车尾距障碍物的距离，本文介绍了超声波发射电路、超声波接收电路、显示电路的硬件设计和整个系统的软件设计。关键词AT89C51，超声波，测距1前言本发明涉及到仪器的测量距离，这种仪器传送超声波于两点之间。精密机器必须校准。在过去，这已经可以利用卡钳，微米等工具来校准机械设备。不过，使用这种工具并不容易实现自动化。据了解，该两点之间距离可以通过测量波在两点之间传播时间来确定。这样一个类型的波可以是一种超声波，或声，或波。当超声波传播与两点之间时，两个点之间的距离可以通过由超声波波速乘以他的传播时间，在合适的分离的两点。因此，这是一个发明提供仪器利用超声波准确测量两点之间距离的方法。当中等两个点之间的介质是空气，声速是取决于温度和空气相对湿度。因此，这个发明的进一步目标是，目前的发明提供仪器的方法如同所描述的一样是独立于温度和湿度的变化的。2超声波测距仪的设计思路21超声波测距原理发射器发出的超声波以速度在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为T，由SVT/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表1超声波波速与温度的关系表温度（）3020100102030100声速（MS）31331932532333834434938622脉冲的产生与超声波发射单片机发出40KHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为T，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。2351系列单片机的功能特点5L系列单片机中典型芯片AT89C51采用40引脚双列直插封装DIP形式，内部由CPU，4KB的ROM，256B的RAM，2个16B的定时计数器TO和T1，4个8B的IO端IIP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的FLASH可编程、可擦除只读存储器EPROM，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图1所示。P00（AD0）（RXD）P30P03（AD3）P06（AD6）P10P11P12P13P14P15P16P17RST（TXD）P31（INT0）P32（INT1）P33（T0）P34（T1）P35（WR）P36（RD）P37XTAL2XTAL1GNDVCCP01（AD1）P02（AD2）P04（AD4）P05（AD5）P07（AD7）EA/VPPALE/PROGPSENP27（A15）P26（A13）P25（A13）P24（A12）P23（A11）P22（A10）P21（A9）P20（A8）14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021图1AT89C51引脚图5L系列单片机提供以下功能4KB存储器；256BRAM；32条工/O线；2个16B定时/计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。3超声波测距系统的硬件设计31超声波发射电路超声波发射电路原理图如图2所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P10端口输出的40KHZ的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。图2超声波发射电路原理图32超声波接收电路集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHZ与测距的超声波频率40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路如图3。实验证明用CX20106A接收超声波无信号时输出高电平，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图3超声波检测接收电路4超声波测距系统的软件设计软件分为两部分，主程序和中断服务程序。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。5结论超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHZ高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P10端口输出超声波换能器所需的40KHZ的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。DESIGNOFULTRASONICRANGEFINDERABSTRACTTHISDESIGNISAKINDOFULTRASONICRANGEFINDERBASEDONAT89S51WITHLOWCOST,HIGHPRECISION,MINIATURIZATIONDIGITALDISPLAYITUSESULTRASONICTOMEASUREDISTANCEANDCALCULATETHEDISTANCEBETWEENTHEOBSTACLESTHROUGHTHETIMEDIFFERENCEFROMTRANSMITTINGTORECEIVINGSIGNALTHISPAPERINTRODUCESTHEULTRASONICTRANSMITTINGCIRCUIT,ULTRASONICRECEIVINGCIRCUIT,DISPLAYCIRCUITHARDWAREDESIGNANDSOFTWAREDESIGNOFTHESYSTEMKEYWORDSAT89C51,ULTRASONIC,RANGING1INTRODUCTIONTHISINVENTIONRELATESTOAKINDOFMEASUREMENTDEVICEWHICHTRANSMITSULTRASONICWAVESBETWEENTWOPOINTSPRECISIONMACHINETOOLSARESUPERCALIBRATEDINTHEPAST,THESEDEVICESCANBEUSEDFORCALIBRATINGMECHANICALDEVICESSUCHASCALIPERS,MICROMETERS,ANDTHELIKEHOWEVER,THEYCANTACHIEVEAUTOMATICALLYITISKNOWNTHATTHEDISTANCEBETWEENTWOPOINTSCANBEDETERMINEDBYMEASURINGTHEPROPAGATIONTIMEOFAWAVEBETWEENTHOSETWOPOINTSONESUCHTYPEOFWAVEISAKINGOFULTRASONICORACOUSTICANDWAVEWHENANULTRASONICWAVETRAVELSBETWEENTWOPOINTS,THEDISTANCEBETWEENTHEMCANBEMEASUREDVTTHEREFORE,ITISADEVICETHATUTILIZINGULTRASONICWAVESTOMEASURETHEDISTANCEBETWEENTWOPOINTSACCURATELYWHENTHEMEDIUMBETWEENTHETWOPOINTSISAIR,THESPEEDOFSOUNDISDEPENDONTHETEMPERATUREANDRELATIVEAIRHUMIDITYASARESULT,THEFURTHEROBJECTOFTHEINVENTIONISTOPROVIDETHEMETHODOFTHEDEVICEISTHESAMEASITISDESCRIBEDWHICHISINDEPENDENTONTEMPERATUREANDHUMIDITYVARIATIONS2THEULTRASONICRANGEFINDERDESIGN21ULTRASONICRANGINGPRINCIPLETHEULTRASONICISEMITTEDBYEMITTERTHATTRAVELSINAIRAS，ARRIVINGATTHEOBJECTSWILLBERETURNEDBYREFLECTIONTHEN,ITWILLBERECEIVEDBYRECEIVERTHETIMEISTTHEDISTANCEOFTHEOBJECTISMEASUREDBYSVT/2FORULTRASONICWAVEISAKINDOFSOUNDWAVEWHICHTHESPEEDOFSOUNDISRELATEDTOTHETEMPERATURETHESPEEDOFSOUNDATDIFFERENTTEMPERATUREISLISTEDBELOWIFTHEREISNOCHANGEINTEMPERATUREWHENUSINGIT,THESPEEDOFSOUNDSTAYSCONSTANTHOWEVER,IFTHEACCURACYISNEEDED,WECANUSETEMPERATURECOMPENSATIONTOCORRECTTABLE1THERELATIONOFTHESPEEDOFULTRASONICANDTEMPERATURETEMPERATURE（）3020100102030100VELOCITY（MS）31331932532333834434938622THEPULSINGANDTHEULTRASONICTRANSMITTINGTHESIGNAL40KHZISEMITTEDTHROUGHTHESCM,OUTPUTTINGBYULTRASONICTRANSMITTERBEFORETHEENLARGEMENTTHEULTRASONICRECEIVERWILLAMPLIFYTHERECEIVEDULTRASONICSIGNALTHROUGHTHEAMPLIFIERTHENITUSESTHELOCKLOOPCIRCUITTOCHECKTHEWAVEANDSTARTTHESCMINTERRUPTPROGRAMTHETWILLBEMEASUREDTHESOFTWAREWILLJUDGE,CALCULATEANDSENDTHEDISTANCETOTHELEDDISPLAY23THEFUNCTIONOFSCM51SERIESAT89C51ISAKINDOFSCMWHICHUSES40LEADINTHEPACKAGINGDIPITISCONSTITUTEDBYTHECPU,ROM4KB,RAM256B,TWO16BTCST0ANDT1ANDFOUR8BI/OPORTSIP0,P1,P2,P3ANDADOUBLEPOWERSERIALCOMMUNICATIONPORT,ETCESPECIALLY,THEFLASHINTHISSCMSERIESCANBEPROGRAMMEDANDERASEDEPROMITHASAVERYWIDERANGEOFAPPLICATIONSITISPORTABLE,POWERSAVINGANDUSEFULINTHESPECIALINFORMATIONPRESERVATIONOFINSTRUMENTANDTHESYSTEMTHELEADANDTHEPACKAGEOFAT89C51ISSHOWNINFIGURE1P00（AD0）（RXD）P30P03（AD3）P06（AD6）P10P11P12P13P14P15P16P17RST（TXD）P31（INT0）P32（INT1）P33（T0）P34（T1）P35（WR）P36（RD）P37XTAL2XTAL1GNDVCCP01（AD1）P02（AD2）P04（AD4）P05（AD5）P07（AD7）EA/VPPALE/PROGPSENP27（A15）P26（A13）P25（A13）P24（A12）P23（A11）P22（A10）P21（A9）P20（A8）14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021FIGURE1AT89C51LEADSCM5LSERIESPROVIDESTHEFOLLOWINGFUNCTIONSMEMORY4KB,RAM256B,I/OLINES32,16BTCS2,2INTERRUPTSOURCE5,DOUBLEPOWERSERIALCOMMUNICATIONPORT1ANDCLOCKCIRCUIT3HARDWAREDESIGNOFULTRASONICRANGINGSYSTEM31ULTRASONICTRANSMITTINGCIRCUITULTRASONICTRANSMITTINGCIRCUITPRINCIPLEDIAGRAMISSHOWNINFIGURE2LAUNCHCIRCUITMAINLYCONSISTSOFREFLECTOR74LS04ANDULTRASOUNDTRANSMITTINGTRANSDUCERTTHEONEISAPULSESIGNAL40KHZEMITTEDBYPORT10OFTHESCMSENDINGFROMTHEINVERTERTOAELECTRODETHEANOTHERISSENTFROMTWOSTAGEINVERTERTOANOTHERELECTRODETHEPULSESIGNALISADDEDTOTHEENDSOFTHEULTRASONICTRANSDUCERINTHISWAYITCANINCREASETHEINTENSITYOFULTRASONICLAUNCHINGTHEOUTPUTISUSEDBYTWOINVERTERSINPARALLEL,WHICHCANIMPROVETHEABILITYOFDRIVINGFIGURE2ULTRASONICTRANSMITTINGCIRCUITPRINCIPLEDIAGRAM32ULTRASONICRECEIVINGCIRCUITCX20106AINTEGRATEDCIRCUITISAKINDOFINFRAREDDETECTIONRECEIVINGSPECIALCHIPITISOFTENUSEDINTELEVISIONINFRAREDREMOTERECEIVERCONCERNINGTHEINFRAREDREMOTECOMMONCARRIERFREQUENCYISTHESAMEASTHEULTRASONICFREQUENCY38KHZAND40KHZRELATIVELYITCANBEUSEDFORMAKINGTHEULTRASONICRECEIVINGCIRCUITASSHOWNINFIGURE3ITISCONFIRMEDTHATCX20106AISUSEDFORRECEIVINGULTRASONICSIGNALINTHEEXPERIMENTSNOSIGNALMEANSOUTPUTHIGHLEVELITHASTHEBESTSENSITIVITYANDSTRONGANTIJAMMINGABILITYWENEEDTOCHANGETHESIZEOFCAPACITANCEC4APPROPRIATELY,ANDTHISMEANSTHATITCANCHANGETHESENSITIVITYANDTHEANTIINTERFERENCEABILITYOFTHERECEIVINGCIRCUITFIGURE3THEULTRASONICRECEIVINGCIRCUIT4SOFTWAREDESIGNOFTHEULTRASONICRANGINGSYSTEMTHESOFTWAREHASTWOPARTSTHEMAINPROGRAMANDINTERRUPTSERVICEPROGRAMTHEPURPOSEOFTHEMAINPROGRAMISTOCOMPLETETHESTARTINGWORKANDEACHSEQUENCEOFULTRASONICTRANSMITTINGANDRECEIVINGCONTROLTHEANOTHERONE,INTERRUPTSERVICEPROGRAMCOMPLETESTHREEOFTHEROTATIONDIRECTIONOFULTRASONICLAUNCHTHEMAINEXTERNALINTERRUPTSERVICESUBROUTINEISTOREADTHETIMEOFCOMPLETION,CALCULATETHEDISTANCE,OUTPUTTHERESULTSANDSOON5CONCLUSIONTHEPRINCIPLEOFULTRASONICRANGINGISTHETRANSMISSIONANDRECEPTIONOFULTRASONICWAVEPROPAGATIONACCORDINGTOTHETIME,ITCANCALCULATETHEDISTANCEOFTRANSMISSIONTHEMETHODOFRANGINGHASTWOKINDSTHEFIRSTONEISTESTEDATTHEBOTHENDSOFTHEDISTANCEONEISLAUNCHING,THEOTHERISRECEIVING,APPLYINGINSHENGAOJIANOTHERISREFLECTEDWAVEWASLAUNCHEDAFTERRECEIVINGTHEREFLECTEDWAVEMODE,APPLYINHTOTHERANGERTHISDESIGNUSESREFLECTEDWAVEMODETHEHARDWAREDESIGNOFULTRASONICRANGEFINDERINCLUDESTHREEPARTSSINGLECHIPMICROCOMPUTERSYSTEMANDDISPLAYCIRCUIT,ULTRASONICTRANSMISSIONCIRCUITANDTHEULTRASONICRECEIVINGCIRCUITTHESCMISAT89C51ORCOMPATIBLESERIESITUSES12MHZHIGHPRECISIONCRYSTALSTOGETMORESTABLECLOCKFREQUENCYTOREDU