毕业设计（论文）单片机汽车倒车测距仪设计与制作

1、 设计（论文）题目单片机汽车倒车测距仪设计与制作学 院：电子与信息工程学院 学生姓名： 专业班级：09应用电子技术2班 学 号： 指导教师： 2012年5月31日【摘 要】随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。本文介绍一种基于stc89c52 单片机的超声波测距系统，该系统根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为接口部件，应用单片机技术利用超声波在空气中的时间差来测量距离，从而设计了一套超声波检测系统。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声

2、波接收模块和显示模块及距离计算模块等五个模块构成。该仪器是由+5v和+12v两种稳压电源提供驱动，利用超声波在空气中传播遇障碍物反射的原理，以超声波探头为接口部件，应用单片机技术计算超声波在空气中传播的时间（超声波的速度为声速）并处理成相应的距离，然后再通过四位七段数码管显示实测的距离的数字仪表。该超声波测距仪具有集成度高、反应速度快、测量精度高、性能价格比高等特点。全文前半部分主要对系统的设计思路和不同方案之间的比较进行论述，后半部分详细介绍了系统硬件设计、软件设计及各模块的实现。实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合，如汽车倒车等方面。【关键词】：测距仪；超声波；传感器；单片机【

3、abstract】as science and technology is developing rapidly, ultrasonic sensor to the increasing application of canton. however, the present level of technology, people can use the specific sensor technology was very limited. therefore, it is a booming and have unlimited prospects for the technical and

4、 industrial fields. this article introduces an ultrasonic range finder based on the stc89c52 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination .and it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance m

5、easure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasound test comes into being. the system primarily composed by the four modules: the controller module, ultrasound launch module, ultrasound receiving module a

6、nd display modular. the instrument is +5 v and +12 v power supply with two drivers, ultrasonic transmission in the air encountered obstacles reflection principle, ultrasonic probe of interface components, scm application of ultrasonic technology in the calculation of the air-borne time (speed of the

7、 ultrasonic velocity) and processed into the corresponding distance outgoing, then through 4 paragraphs 7 of digital control show actual measurement distance from the digital instrument the ultrasonic range finder with high integration, reaction speed, high accuracy, high ratio of performance to cos

8、t. the beginning of the article mainly have a discussion about the design ideas of the system and comparisons between the different options, and there are some detailed description in the behind half of design about the hardware design, software design and the modelers implementation. the successful

9、 works can be used to achieve the applications occasions of measurement of distance parameters.【key words】：range finder；ultrasound；sensor；single-chip computer【前 言】信息高度发达、生活快节奏的现代社会中，电子信息技术的应用随处可见，在生活中已投入使用的有：电视机、手机、电脑、先进的工业控制系统、通信雷达系统和卫星遥感系统，甚至是汽车倒车、无人侦查飞机等无一例外的不使用到电子信息技术。现代信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术，

10、其中，计算机相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。由于传感器的重要性，各发达国家都将它视为现代高新技术发展的关键，我国在20世纪80年代以来也已将其列为国家高新技术发展的重点1。21世纪是人类进入信息电子化的时代，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有更大的发展空间。有专家认为，我国今后传感器方面的研究和开发应是：微电子机械系统、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生和食品业检测传感器以及新型敏感材料等。超声波测距主要应用于汽车倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。现代电子技术和计算机为信息转换和处理提供了极其

11、完善的手段，使检测与控制技术发展到崭新阶段。但设想一下如果没有传感器去检测各种原始数据并提供真实的信息，那么光有计算机也无法发挥其应有的作用。传感器的作用就是把自然界的各种物理量和化学量等精确地变成为电信号，再经电子电路或计算机进行处理，从而对这些量进行监测或控制。由于传感器千差万别，种类繁多，在这里我们只按其功能用途分为：计测用、监视用、检查用、诊断用、控制用和分析用等传感器。而我这次毕业设计则使用了传感器的计测作用，接下来我就对它作详细的分析。目 录【摘 要】i【abstract】ii【前 言】iii第一章 绪论1第二章 超声波的介绍22.1 超声波的发展史22.1.1 超声波的含义22.

12、1.2 国际方面：22.1.3 国内方面：22.2 超声波的特点22.4 超声波的应用3第三章 单片机的介绍53.1 单片机的定义53.2 单片机的发展过程53.3 单片机的特点53.4 单片机的应用63.5 stc89c52单片机的介绍63.5.1 系统概述63.5.2 时钟电路73.5.3 复位及复位电路83.5.4 stc89c52具体介绍10第四章 汽车倒车测距仪的硬件设计124.1 设计的思路124.2 设计的重点与难点124.3 硬件设计的基本原理及原理图124.3.1 超声波发生器124.3.2 压电式超声波发生器134.3.3 超声波发射器基本原理134.3.4 电路原理图13

13、第五章 超声波汽车倒车测距仪软件设计175.1 主程序编制及流程图175.1.1 编制要点及流程图175.1.2 主程序的编制185.2 中断服务程序的流程图及编制195.3 显示距离子程序和延时子程序195.4 信号处理程序215.4.1 信号处理程序的编制要点215.4.2 信号处理程序流程图235.4.3 信号处理程序23参考文献25汽车倒车测距仪的设计第一章 绪论汽车倒车测距仪能测量并显示车辆后部障碍物离车 辆的距离,同时用间歇嘟嘟声报警,间歇时间随障碍物距 离缩短而缩短。驾驶员不但可以直接观察被显示的距 离,还可以用听觉判断车后障碍物距离的远近。特别适 用于长车身车辆倒车。仪器共有三

14、部分组成:监控器、 接线盒与探测器。 监控器由单片计算机为核心的集成电路组成,发射 ,并接收频率稳定的40khz超声波,根据发射信号与回波 信号之问的时问差计算障碍物与车辆后部的距离。监控, 器安装在驾驶室驾驶员便于观察的位置,面板上有3位 led数码管显示器,清晰悦目,小数点固定在第一位数后, 显示单位 利用超声测距技术与单片机设计制作出超声波汽车倒车测距仪。该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。目前国内一般使用专用集成电路设计超

15、声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便，而本设计研究的测距器成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义，在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，甚至还能防止盗贼扒车。近年来随着科技的飞速发展，单片机

16、的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 第二章 超声波的介绍2.1 超声波的发展史2.1.1 超声波的含义当物体振动时会发出声音，科学家们将每秒振动的次数称为声音的频率，他的单位是hz。我们人类耳朵能听到声波频率为20-20000hz，当声波的频率大于20000hz或小于20hz时，我们便听不到。因此我们把频率高于20000hz的声波称为超声波。2.1.2 国际方面：自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们

17、解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。 1922年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利。 1939年发表了有关超声波治疗取得临床效果的文献报道。 40年代末期超声治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。 2.1.3 国内方面： 国内在超声治疗领域起步稍晚，于20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工作，从1950年首先在北京开始用800khz频率的超声治疗机治疗多种疾病，至50

18、年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于1957年。到了70年代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。 40多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪(hifu)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。 2.2 超声波的特点(一) 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 （二) 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。(三)

19、超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应）。（治疗） 超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如b超等用作诊断）。 声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。2.3超声效应 当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热的、电磁的和化学的超声效应，包括以下4种效应：机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时 ,悬

20、浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化（见电介质物理学和磁致伸缩）。空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸汽或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴

21、随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。热效应。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收，这表明空化作用使分子结构发生了改变 。2.4 超声波的应用超

22、声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面：超声检验。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不

23、同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现，通常用摄像机和电视机作实时观察。超声处理。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究

24、等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。基础研究。超声波作用于介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质 。但对频率在1012赫兹以上的超声波 ，波长可与固体中的原子间距相比拟，此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的 ，称为声子（见固体物理学）。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固

25、体中特超声的产生、检测和传播规律的研究，以及量子液体液态氦中，声现象的研究构成了近代声学的新领域量子声学。第三章 单片机的介绍3.1 单片机的定义单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：cpu、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。3.2 单片机的发展过程单片机技术发展十分迅速，产品种类琳琅满目。纵观整个单片机技术发展过程，可分为以下三个阶段：一单片机微机形

26、成阶段此阶段的主要特点是：在单个芯片内完成了cpu,存储器，i/o接口，定时/计数器，中断系统，时钟等部件的集成。但存储器容量较小，范围寻址小，无串行接口，指令系统功能不强。二性能完善提高阶段此阶段的主要特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在mcs-51已成为公认的单片机经典机种。三微控制器化阶段此阶段的主要特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动控制系统及设备。至此“微控制器的称谓更能反应单片机的本质。3.3 单片机的特点系统单片机主要有如下特点：1.有优异的性能价格比。2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集

27、成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3.控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、i/o口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5.外部总线增加了i2c（inter-integrated circuit）及spi(serial peripheral interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6.单片机的系统扩展和系统配置较典型

28、、规范，容易构成各种规模的应用。3.4 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 主要表现在以下几方面的应用。 1单片机在智能仪表中的应用2单片机在机电一体化中的应用 3单片机在实

29、时控制中的应用 4单片机在分布式多机系统中的应用 5单片机在人类生活中的应用3.5 stc89c52单片机的介绍3.5.1 系统概述stc89c52是一种带8k字节闪烁可编程可檫除只读存储器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低电压，高性能comos8的微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图41：图41单片机总控制电路3.5.2 时钟电路stc89c52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚rxd和t

30、xd分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图42(a) 所示，在rxd和txd引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212mhz之间选择，电容值在530pf之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图42（b）所示，rxd接地，txd接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。示，rxd接地，txd接外部振荡器。对外

31、部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。rxd接地，txd接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图42时钟电路3.5.3 复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把pc初始化为0000h，使单片机从0000h单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作

32、错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除pc之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表一所示。表一 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0-p3ffhscon00hipxx000000bsbuf不定ie0x000000bpcon0xxx0000btmod00h（2）复位信号及其产生rst引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6mhz的晶振，则复

33、位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图43所示：图43复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(rst)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的s5p2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图44（a）所示。这佯，只要电源vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻

34、与vcc电源接通而实现的，其电路如图44（b）所示；而按键脉冲复位则是利用rc微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图44（c）所示：（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位图44复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于6mhz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图44（b）上电复位方式。3.5.4 stc89c52具体介绍 主电源引脚（2根）vcc(pin40)：电源输入，接5v电源gnd(pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）xtal1(pin19)：片内振荡电路的输入端xtal2(pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）rs

35、t/vpp(pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ale/prog(pin30)：地址锁存允许信号psen(pin29)：外部存储器读选通信号ea/vpp(pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）stc89c52单片机有4组8位的可编程i/o口，分别位p0、p1、p2、p3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。po口（pin39pin32）：8位双向i/o口线，名称为p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位准双向i/o口线，名称为p1.0p1.7 p2口（p

36、in21pin28）：8位准双向i/o口线，名称为p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位准双向i/o口线，名称为p3.0p3.7stc89c52主要功能表二 stc89c52主要功能主要功能特性兼容mcs51指令系统8k可反复擦写flash rom32个双向i/o口256x8bit内部ram3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24mhz2个串行中断可编程uart串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能第四章 汽车倒车测距仪的硬件设计4.1 设计的思路本系统的设计思想是采用以stc89c52单片机为核心，来设计

37、一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。超声波测距可测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用s=ct/2就可以算出距离，再在lcd1602上显示出来。当然还可以设置若干个键，以用来控制电路的工作状态。限制的最大可测距离存有四个因素:超声波的幅度，反射面的质地，反射面和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。根据设计要求并综合各方面因素，采用stc89c52单片机作为主控制器，用lcd1602液晶屏以动态扫描法作数字显示，超声波驱动信号可以用单片机的定时器和计数器来完成。4.2 设计的重点与难点本设计的任务是设计一个超声波测距仪，可

38、以应用于汽车倒车位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量范围在0.10-4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，能够手工设定报警量值。系统组成的设计：各部分硬件的选取很有讲究，要十分合理。设计的难点是：1、超声波信号的接收、发射的设计2、显示电路设计3、流程图及程序的设计4.3 硬件设计的基本原理及原理图4.3.1 超声波发生器由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度

39、方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。为了使汽车能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的超声波测距系统，就是为汽车了解其后方环境而提供一个运动距离信息。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。4.3.2 压电式超声

40、波发生器 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 4.3.3 超声波发射器基本原理超声波超声波接收电路报警指示超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的

41、时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。 超声波在空气中的传播速度与声速相当，约为340m/s.从信号放射到遇障碍物反射接收，有几毫秒至几十毫秒的时间间隔，可以根据这个时间间隔来计算出障碍物到超声波信号发射体的距离。电路流程图如图4.1所示。嘟声声响电路图4.1电路流程图4.3.4 电路原理图电路如图4.2所示。图为汽车倒车测距仪的电原理图，其中lcd1602用来显示所测距离，由p0口输出,其电路分析如下。图4.2 汽车倒车测距仪电路原理图1.40khz超声波发射电路电路如图4.3所示。4011的两个“与非”门e,f组成多谐振荡器，调节

42、rp1可调节谐振频率。p2.4口控制多谐振荡器的振荡。p2.4输出高电平时，电路振荡，发射40khz超声波；p2.4输出低电平时，停止发射。下图为超声波发射电路原理图图4.3 40khz超声波发射电路2.嘟声音响电路电路如图4.4所示。4011的另外两个“与非”门g,h组成多谐振荡器，谐振频率约为800hz。p2.5控制多谐振荡器振荡，高电平时发出嘟声，低电平时无声。cpu可根据距离远近控制p2.5输出方波的频率，即控制嘟声的间隙时间。lm386是集成功率放大器，作为功率放大器件，驱动扬声器发声。下图为嘟声音响电路：图4.4嘟声音响电路图3.回波接收电路电路图如图4.5所示。它接收由障碍物反射

43、回来的超声波。其中，lm324的3个运算放大器a,b,c组成3级回波信号放大电路。其中l1,c9组成选频电路，滤除40khz以外的干扰信号。d2,c12组成信号整流滤波电路，将接收 到的40khz反射波交流信号转化为直流电压信号。lm324的第四个运放d作为电压比较器，将信号直流电压与设定的基准电压比较，当信号电压大于基准电压时，比较器输出正脉冲，v5导通，p0.0接收负脉冲信号，cpu中断，记录发射信号与接收信号之间的时间，并换算为距离。图4.5 回波接收电路第五章 超声波汽车倒车测距仪软件设计5.1 主程序编制及流程图5.1.1 编制要点及流程图 图5.1为主程序流程图，。开机后先显示“-

44、”亮灯并发声约0.5s，表示开始工作。t0用于记录发射至接收的时间间隔t(单位为ms)。初始化后，程序控制发射40khz的超声波信号，发射开始立即启动定时器0开始计时。发射时间为1ms。cpu接收回波信号后，立即产生int0中断同时t0立即停止计数。定时器t0专门用于记录cpu发射脉冲信号前沿至回波脉冲信号前沿之间的距离t,由此时间可换算出障碍物的距离，并决定嘟声间隙。可设定t1的定时值，用来控制嘟声间隙时间和闪烁显示时间。考虑到汽车倒车测距精度不高，为了使计算简化，取空气中声速为340m/s,或34cm/ms,则障碍物距离为d=(t*34cm/ms)/2=t*17cm/ms.y有回波否？、？

45、n开始初始化调信号处理子程序显示，等待回波中断发射。t0开始计时，延时1ms,停止发射图5.1主程序流程图5.1.2 主程序的编制#include /器件配置文件#include #define rx p2_1#define tx p2_0#define bb p2_7#define lcm_rw p2_5 /定义lcd引脚#define lcm_rs p2_4#define lcm_e p2_6#define lcm_data p0/*#define key_data p2_0 /定义keyboard引脚#define key_clk p3_2*/#define busy 0x80 /用于检

46、测lcm状态字中的busy标识void lcminit(void);void displayonechar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char ddata);void displaylistchar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char code *ddata);void delay5ms(void);void delay400ms(void);void decode(unsigned char scancode);void writedatalcm(unsigned char

47、 wdlcm);void writecommandlcm(unsigned char wclcm,buysc);unsigned char readdatalcm(void);unsigned char readstatuslcm(void);unsigned char code mcustudio =chao sheng bo;unsigned char code email = liang yao xing;unsigned char code cls = ;unsigned char code ascii15 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,m;static unsi

48、gned char disnum = 0; /显示用指针 unsigned int time=0; unsigned long s=0; bit flag =0; unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,;5.2 中断服务程序的流程图及编制int0中断 void zd0() interrupt 1 /t0中断用来计数器溢出,超过测距范围 flag=1; /中断溢出标志t0停止取计数值置有回波标志 中断返回5.3 显示距离子程序和延时子程序显示距离子程序 void conut(void) time=th0*256+tl0; th0=0; tl0=0; s=(time*1

49、.7)/100; /算出来是cm if(s=50) bb=1; if(s=700)|flag=1) /超出测量范围显示“-” flag=0; displayonechar(0, 1, ascii11); displayonechar(1, 1, ascii10);/显示点 displayonechar(2, 1, ascii11); displayonechar(3, 1, ascii11); displayonechar(4, 1, ascii12);/显示m else disbuff0=s%1000/100; disbuff1=s%1000%100/10; disbuff2=s%1000%

50、10 %10; displayonechar(0, 1, asciidisbuff0); displayonechar(1, 1, ascii10);/显示点 displayonechar(2, 1, asciidisbuff1); displayonechar(3, 1, asciidisbuff2); displayonechar(4, 1, ascii12);/显示m 延时子程序/5ms延时void delay5ms(void)unsigned int tempcyc = 5552;while(tempcyc-);/400ms延时void delay400ms(void)unsigned char tempcyca = 5;unsigned int tempcycb;while(tempcyca-)tempcycb=7269;while(tempcycb-);5.4 信号处理程序5.4.1 信号处