基于超声波的智能车距检测与报警的设计与实现

1、摘要针对汽车拥挤的现状，设计一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞测距仪对当今汽车行驶安全现状势在必行。汽车防撞测距仪是一种向驾驶员报警的装置，此汽车防撞测距仪能在汽车行驶和倒车过程中自动检测障碍物，然后通过超声波测距原理测出汽车与障碍物之间的距离，并将距离显示出来。当汽车与障碍物之间的距离达到极限时，系统发出声光报警，达到提醒司机防止撞车的目的。本设计采用超声波发射和接收模块，模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。如果车辆超过了安全距离，系统可以报

2、警。关键词： 汽车防撞报警系统 单片机 超声波 测距目录第1章绪论21.1课题背景21.2课题设计的意义21.3超声波汽车防撞系统应用的介绍21.4课题主要内容研究3第2章课题的方案设计与论证42.1系统总体设计42.1.1系统总体框图42.1.2传感器位置52.2设计方案的论证62.2.1测距方案的选择62.2.2电源的选择62.2.3控制模块的选择72.2.4显示模块的选择72.2.5 PWM脉冲控制技术7第3章硬件电路设计93.1单片机控制模块93.2超声波模块103.2.1 HC-SR04超声波模块简介103.2.2 HC-SR04模块103.3 PWM电机驱动电路123.4电源电路1

3、33.5显示模块133.6报警模块14第4章系统软件设计154.1主程序流程图154.2子程序流程图164.2.1超声波流程图164.2.2 PWM流程图17第5章实现与调试185.1测试仪器185.2硬件功能测试195.3性能测试195.4测量问题与改善195.4.1测量精度的问题195.4.2提高测量精度的措施21参考文献22致 谢23附录25附录A整机原理图25附录B实物效果图26附录C源程序27第1章绪论1.1课题背景随着经济的发展与汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。同时，随着汽车工业的飞速发展，汽车的产量和保有量都在急剧增加。但公路发展、

4、交通管理却相对落后，导致了交通事故与日剧增，城市里尤其突出。智能交通系统ITS是目前世界上交通运输科学技术的前沿技术，它在充分发挥现有基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通赌塞，改善城市环境等方面的卓越效能，已得到各国政府的广泛关注。中国政府也高度重视智能交通系统的研究开发与推广应用。汽车防撞系统作为ITS发展的一个基础，它的成功与否对整个系统有着很大的作用。从传统上说，汽车的安全可以分为两个主要研究方向:一是主动式安全技术，即防止事故的发生，该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术，即事故发生后的乘员保护。目前汽车安全领域被动安全研究较多，主要从安全气囊、ABS

5、(防抱死系统)和悬架等方面着手，以保证驾乘人员的安全。从经济性和安全性两方面来说，这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护，有很大的局限性，因而车辆的主动安全研究尤为重要，而且随着车辆保有量的增加，城市交通越来越拥堵，在高速行驶公路上各种事故频发。引出了本文研究的基于超声波汽车防撞报警系统基于超声波的汽车防撞报警系统的逐渐崭露头角，它可以是驾驶员们行驶更胜高速行驶时更简单，更直观的在汽车接近障碍物的时候能发出报警，大大的方便了驾驶员驾驶途中安全行驶。这个系统是一种可向司机预先发出视听信号的探测装置。它安装在汽车上，能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物;能使司机及乘员提前发现障

6、碍物并发出危险的信号，促使司机采取应急措施来应付撞车挂碰等，避免损失。1.2课题设计的意义随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，汽车的一些挂碰，一般都是由于驾驶员反应不及所引起的，很多时候都是因为驾驶员对离障碍物的距离判断不准造成的。若驾驶员能够提早知道障碍物的存在或者知道障碍物的远近，那么驾驶员将能及时采取措施，避免事故的发生。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。本设计采用单片机来实现智能超声波测距，虽其在功能上是不能与高精度的智

7、能超声波测距仪相比的，但优点在于系统规模较小，器件更换容易，成本低，有一定灵活性。但不适宜用于测量过于精确或者过大的距离，容易产生误差。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。1.3超声波汽车防撞系统应用的介绍超声波测距仪防撞报警仪( 俗称电子眼)是汽车行驶防撞安全辅助装置 ,能以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂鸣器报警 ,蜂鸣声越急 ,表示车辆离障碍物越近。后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。其大多数产品探测范

8、围在0.41.5 m,有的产品能达到 0.352.5 m,并有距离显示、声响报警、区域警示和方位指示 ,有些产品还具备开机自检功能。目前市场上还出现了具有语音报警功能的产品。这些产品存在的主要问题是测量盲区大 ,报警滞后 ,未考虑汽车制动时的惯性因素 ,使驾驶者制动滞后 ,抗干扰能力不强 ,误报也较多。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能, 主要有超声波这把无形尺子, 它测量最近障碍物的距离, 并告诉给车主。其实超声测距原理简单: 它发射超声波并接收反射回波, 通过单片机计数器获得两者时间差t, 利用公式S=Ct /2计算距离, 其中S为汽车与障碍物之间的距离, C为声波在介质中的传播速度。

9、本文介绍的超声测距系统共有1只超声波换能器( 俗称探头) , 分别布置在汽车的前方位置上。能检测前进方向障碍物距离, 通过后视镜内置的显示单元显示距离和方位, 发出一定的声响, 起到提示和警戒的作用。系统采用一片STC60S2单片机对一路超声波信号进行循环采集。超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发

10、射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算

11、处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。超声波发生器可以分为两类：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。本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现触发单元。利用超声波测距的工作，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法： （1）相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限； （2）声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响； （3）渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时

12、间就是渡越时间。 本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波），通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离。1.4课题主要内容研究本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在倒车的车辆中应用的超声波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波）,通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离，并显示距离，发声报警。课题的主要研究内容是：第一、解决硬件

13、平台搭建。第二、完成软件程序编写。第2章课题的方案设计与论证2.1系统总体设计2.1.1系统总体框图构成超声波防撞报警系统的电路功能模块包括发射电路、接收电路、显示电路、核心功能模块单片机控制器及一些辅助电路。采取收发分离方式有两个好处：一是收发信号不会混叠，接收探头所接收到的纯为反射信号；二是将接收探头放置在合适位置，可以避免超声波在物体表面反射时造成的各种损失和干扰，提高系统的可靠性。 图2.1 超声波汽车防撞原理框图根据设计要求并综合各方面因素，选择的超声波测距传感器是HC-SR04超声波模块，最大探测距离为4m，发射扩散角为15度。超声波传感器有两块压电晶片和一块共振板。当它的两电极加

14、脉冲信号（触发脉冲），若其频率等于晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振,并带动共振板振动，从而产生超声波。相反, 电极间未加电压,则当共振板接收到回波信号时，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。相临两片的压电陶瓷片极化方向相反，芯片的数目成偶数，以使前后金属盖板与同一极性的电极相连，否则在前后盖板与芯片之间要垫以绝缘垫圈，会导致

15、结构不必要的增大，两芯片之间，芯片与金属盖板间通常以薄黄铜片（厚度小于0.1mm），作为焊接电极引线用；芯片，电极铜片用强力胶胶合，在压电组件的中央部分用结合轴与圆锥状谐振子连成一体，圆锥状谐振子的边缘部分装有圆环弹性橡胶减振器，使之与外壳固定，起声阻匹配作用。在电声变换部分的前面的超声波束整形板，是对应圆锥状谐振子的振动模式设置的几个开口，使超声波波束指向尖锐，吸声片吸收多余反射声波。目前市面上出售的超声波传感器种类有通用型，拓宽型，宽带域型，防水型和高频型等这几类。虽然通用型超声波传感器有频率带宽较窄的缺点，但是却可以换来高灵敏度，抗噪声干扰强的优点。超声波基本应用电路主要分为三类： 第一

16、类，直射型，主要用于遥控及报警电路； 第二类，分离反射型，主要用于测距，料位测量等电路；第三类，反射型，主要用于材料的探伤，测厚电路。鉴于成本的考虑，选用了普通的HC-SR04超声波模块。HC-SR04超声波模块典型的工作频率为3941KHz。如图2.2所示。 图2.2 超声波探头2.1.2传感器位置超声波发生器T是一个超声频电子振荡器，当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电陶瓷上时，压电陶瓷组件就在电场作用下产生纵向振动。压电组件在超声振荡时,仿佛是一个小活塞，其振幅很小，约为110. 2Lm，但这种振动加速度很大，约10103gn，于是把电磁振荡能量转化为振动能量，这种巨大的超声波

17、能量，沿着特定方向传播出来。其关键技术是使超声波波束变细，除待测物外不受其它构造物的影响。超声传感器是产生超声波必需的能量转换装置，它把超声电磁振荡的能量转换为声波。通过上述超声换能结构,配以适当的收发电路，可以使超声能量的定向传输,并按预期接收反射波，实现超声遥控、测距、防盗等检测功能 。由于是测距系统是采用超声波发射和接收分离反射型结构，所以发射头和接收头应该在同一平行直线上。出于距离和发射夹角所引起的误差以及超声波信号在传播过程中衰减问题的考虑，发射和接收探头距离不可以太远，而又为了避免发射头对接收头接收信号产生的干扰，二者也不能间隔太近。经过参考前人的经验以及调试时的实际情况，应保持超

18、声波发射头和接收头中心轴线平行并相距3-6cm即可。2.2设计方案的论证2.2.1测距方案的选择超声波探测技术主要用于中程测距、结构探伤、智能控制等领域，超声波换能器是其核心部件，换能器按其工作介质可分为气相、液相和固相换能器；按其发射波束宽度可分为宽波束和窄波束换能器；按其工作频率又可分为38KHz、40KHz等不同等级。本设计选用气相、窄波束、40KHz的超声波换能器。当利用超声波探测器测距时常用两种方法，是强度法和反射时间法，强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离，被测物越远其反射信号越弱，根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近，但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦

19、合信号很难消除，在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效，由于直接耦合信号的影响强度法测距只适合较短距离的且精度要求不高的场合。反射时间法其原理是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式S=V（T/2）其中S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T=T1+T2）计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服，因此这种方法非常适合较远距离的测距，如果对声速进行温度修订，其精度还可进一步提高，本设计中选用此方法。2.2

20、.2电源的选择方案一：采用普通的LM7812稳压管输出12V稳压电源。普通的LM7812稳压管输出电压虽然能够满足，但是该管的输出电压小于1A，而选用风机的额定电压为12V，额定电流为1.35A无法驱动风机。故不采用该方案。方案二：采用钢质外壳的LM7812K稳压管输出12V稳压电源。该管的输出额定电流小3A，能够满足风机的驱动要求。综上所述，故采用方案二。2.2.3控制模块的选择根据设计任务，控制器主要用于产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲，并对电机当前速度进行采集处理，根据算法得出当前所需输出的占空比脉冲。对于控制器的选择有以下两种方案。方案一：采用STC89C52作为控制模块。此

21、类芯片资料多，程序易查找，使用容易。但是其运算能力较低，速度较慢，功能相对单一，且没有PWM调制难以实现较复杂的任务要求。故不采用此方案。方案二：采用STC12C5A60S2作为控制模块。该芯片指令代码完全兼容传统型8051，同时速度快812倍，还具有 2路PWM，能够满足对风机驱动的控制，具有高速、低功耗、超强抗干扰的优点。综上所述，故采用方案二。2.2.4显示模块的选择方案一： 采用1602液晶显示。该方案成本低，程序简单，但占用I/O口多，显示数据少，无法满足本次设计要求。方案二：采用12864液晶显示。该显示器程序易移植，支持并口和串口传输，支持4行汉字显示，占用I/O口较少，符合本次

22、设计要求。综上所述，故选用方案二。2.2.5 PWM脉冲控制技术PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。例如图2.3中a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图2.3的a为矩形脉冲，图2.3的b为三角脉冲，图2.3的c为正弦

23、半波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为如图2.3的d所示的单位脉冲函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。图2.3 冲量相同形状不同的各种窄脉冲根据PWM控制的基本原理可知，一段时间内加在惯性负载两端的PWM脉冲与相等时间内冲量相等的直流电加在负载上的电压等效，那么如果在短时间T内脉冲宽度为t0，幅值为U，由图2.4可求得此时间内脉冲的等效直流电压为：，若令，即为占空比，则上式可化为： (U为脉冲幅值) 图2.4 PWM脉冲 若PWM脉冲为如图2.5所示周期性矩形脉冲，那么与此脉冲等效的直流电压的计算方法与上述

24、相同，即 （为矩形脉冲占空比） 图2.5 周期性PWM矩形脉冲上述可知，要改变等效直流电压的大小，可以通过改变脉冲幅值U和占空比来实现，因为在实际系统设计中脉冲幅值一般是恒定的，所以通常通过控制占空比的大小实现等效直流电压在0U之间任意调节，从而达到利用PWM控制技术实现对直流电机转速进行调节的目的。第3章硬件电路设计3.1单片机控制模块单片机控制电路分为最小系统部分和外部电路部分，最小系统部分主要是时钟电路和复位电路，外部电路部分主要是A/D转换、按键部分及液晶显示，基于STC12C5A60S2芯片P1口进行8路模数转换，其控制电路如图3.1所示。图3.1 控制电路图3.2超声波模块3.2.

25、1 HC-SR04超声波模块简介 采用超声波模块（HC-SR04）来检测小车与障碍物的距离,当小于某一距离时,发声报警。HC-SR04超声波模块可提供2cm400cm的非接触式距离感测功能,测量精度可达到3mm,模块包括超声波发射器、接收器与控制电路，模块如图见3.2所示。 VCC:+5V电源GND:地线 TRIG:触发控制信号输入ECHO:回响信号输出图3.2 HC-SR04模块 表3.1 HC-SR04模块电气参数3.2.2 HC-SR04模块1、工作原理采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号。模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO输出一高电平

26、，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。 图3.3 超声波时序图超声波工作的时序图如3.3所示。由图可知，编程时，只需要提供一个10S以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40khz的周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到接收到回响信号时间间隔可以计算得到距离。建议测量周期在60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。2、超声波模块电路超声波模块是由超声波探头和超声波放大器组成。超声波发射探头将电信号转换为机械波发射出去，超声波接受探头将接收到机械波转换电信号储

27、存下来。此模块可以自动发送8个40kHz的方波脉冲，需要进行放大才能将超声波探头驱动将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大电路。由超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路TL074成的，TL074芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单片机去请求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。超声波模块电路如图3.4所示。图3.4超声波模块电路3.

28、3 PWM电机驱动电路驱动模块是控制器与执行器之间的桥梁，在本系统中单片机的I/O口不能直接驱动电机，只有引入电机驱动模块才能保证电机按照控制要求运行。通过控制器的PWM寄存器产生一个46K的矩形波，由于矩形波的低电平，使得CSD19535导通，高电平使得该管截止，从而在MOS管的漏极形成一个电势，由于PWM的频率较高，从而形成的电势比较稳定（即在负载有一个稳定的电压），PWM的占空比可调，使得负载两端有电压可以在0V12V可调。前面一级电压跟随器增大了驱动电流，就可满足风机的驱动的要求。电路原理图如图3.4所示。图3.4 风机驱动电路原理图3.4电源电路将导线接入的220V/50HZ的正弦交

29、流电源经变压器降压为18V/50HZ的正弦交流电压，经过开关SW1后，交流电经桥堆全波整流，变成脉动直流电，再经过C3、C4的滤波后得到平滑的约21V的直流电压。再经过LM7812K的稳压后得到电流约为1A电压12V的直流电，经过C3、C4的进一步的滤波接入7805稳压输出5V直流电，可满足系统所需。电路原理图如图3.5所示。图3.5 电源电路原理图3.5显示模块点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置

30、的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。本设计要求显示小车模型与障碍物之间的距离和模拟的工作状态，然后显示采取措施方案，显示电路及管教定义如图3.6所示。图3.6 12864液晶显示3.6报警模块有源蜂鸣器是靠压电效应的原理来发声的，压电材料，一般常见的是各种压电陶瓷。这种材料的特别之

31、处在于，当电压作用于压电材料时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生电荷。就是说这种材料能把机械变形和电荷相互转化，压电式蜂鸣器里面的起振片，就是一种压电陶瓷。如上所述，要让它振动，除了压电陶瓷本身，还需要适当大小和频率变化的电压作用于压电陶瓷。有源蜂鸣器内部带有多谐振荡器，可以产生1.52.5kHZ的电压信号。由此有源蜂鸣器才能发声。本设计中P2.7口接有源蜂鸣器，当小车离障碍物的距离小于35cm时，置P2.7为低电平，蜂鸣器发出报警；当小车距离障碍物的距离大于35 cm时，置P2.7为高电平，蜂鸣器停止报警。当小车距离障碍物的距离15cm时，蜂鸣器放出长

32、报警。报警模块如图3.7所示。图3.7 报警模块第4章系统软件设计4.1主程序流程图本设计中通过超声波测距所得距离值S，进行阶梯式比较。当S35cm时小车执行高速行驶设定状态，当35cm=S25cm时小车执行中速行驶设定状态，当25cm=S15cm时小车执行低速行驶设定状态，当S=35CM关高速状态正常35CMx=25CM短显中速状态正常25CMx=15CM快响低速状态正常x15长响制动状态正常5.4测量问题与改善5.4.1测量精度的问题在测距公式S= 12ct中，声波在介质中的传播速度c是一个受多种因素影响的变量，声时t是由计时电路测量得到的，并随着被测距离的改变而变化的，对式(5-1)两边

33、微分得到dS= 12（cdt + tdc） （5-2）式(2-5)说明，超声波测距系统的测量精度是由声时和声速两个参数决定的。1、声时的影响修正在影响声时精度的诸多因素中，计时电路的计时频率和超声波的发射频率有是两个重要因素。(1) 计时电路的计时频率取c为常数，则（5-2）为：dL= 12cdt (5-3)假设计时频率为f，则(2-6)为dL= c2f (5-4)(5-4)表明：计时电路的计时频率越大，测试精度越高。(2) 超声波频率超声波传感器收到回波信号后转换为电信号输出，电信号（接收信号）的幅值随时间的变化规律如图2-4所示。图2-4 接收信号示意图如果将触发计时电路的阀值设为A点所在

34、的水平电信号，那么，计时电路的计时时间比接收信号的开始时间滞后了2个周期，在测量距离时将产生1个波长的误差，即：L=cT/2 (5-5） 式中：T为超声波的周期，L为测量距离内将产生的误差。所以，超声波频率越大，周期就越小，传感器的测量精度越高。并且超声波频率高，绕射能力弱，扩散角小，波束细，则盲区比较小。但在选用超声波换能器时，还应考虑到超声波换能器的频率越大，传播过程中的衰减系数越大，将影响它的有效测试距离。式(5-2)表明：超声波测距系统在测量距离时，必须知道超声波在介质中的传播速度，才能根据计时值中求出所测物体的距离。超声波的传播速度是一个变量，受多种因素影响，即使在传播介质确定的情况

35、下，介质温度、压力、风力等因素的改变，也将影响超声波的传播速度。所以，在超声波测距系统的实际应用中，很难得到一个稳定不变的超声波速度，因此必须对超声波的速度进行实时校正。对于在大气中传播的声波而言，引起声速变化的主要原因是温度的变化。2、温度传感器校正如果传播介质比较稳定，而且温度是影响传播速度的最主要因素，那么就可以采用温度传感器对超声波速度进行实时校正。校正方法：通过试验确定在传播介质中超声波速度与温度之间的关系曲线，按照一定的温度间隔得到一个温度与速度的关系表格，最后将温度与速度的关系表存入超声波测距系统的软件系统。在实时测距时，系统通过温度传感器获得介质的实时温度，然后从速度与温度关系

36、表格中取出对应速度，从而清除温度对超声波的影响，则求出实际测试距离，对应数据如表5.1所示：表5.1 超声波的传播速度与温度关系温度/-30-20-100102030100声速m/s3133193253333383443503885.4.2提高测量精度的措施针对上述测量精度的影响因素，采取如下措施可以提高超声波测距传感器的测量精度。1、提高计时电路的计时频率如果选择1 MHz脉冲频率，则计时频率周期可达到T = 1us，如果c = 340m/s，则测试精度为：L=cT=340110-6/2=0.170mm。可见，如果提高计时电路的计时频率，则精度会提高。2、提高超声波换能器的固有频率如果超声波

37、的固有频率为20 KHz，并假设接收信号滞后两个周期，则式(2-8)得测试误差为：L=cT=340=17.00mm。如果超声波的固有频率为40KHz，则测试误差将缩小2倍。所以通过改变超声波的发送频率，也可以提高测量精度。3、超声波的传播速度与温度关系根据当前的温度情况，对照超声波的传播速度与温度关系，采用适合的声速来进行计算。这样 ，也可以提高计算的精度。参考文献1牛余朋，成曙基于单片机的超声波测距系统J兵工自动化.2005.42苏伟，巩壁建.超声波测距误差分析.传感器技术.2004.3浦昭邦，王宝光.测控仪器设计.机械工业出版社，2007.44张国雄.测控电路（第3版）.机械工业出版社，2

38、008.35九州.放大电路实用设计手册.辽宁科学技术出版社.2002.56时德刚，刘哗.超声波测距的研究.计算机测量与控制.2002.107李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社.2006.128张和生，宋明耀提高超声波测距精度的设计测试测量.2004.79永学等.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20及应用.电子产品世界.2003.1210陈建元.传感器技术.机械工业出版社.2008.1011薛红宣.采用软件抗干扰设计提高微机系统的可靠性.电子产品世界.2004.112占操，梁厚琴，曹燕.单片机系统中的软件抗干扰技术.电子技术.2003.3附录C源程序主程序#includ

39、e #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=P27;uint k,x,time0;#include #include #include /*-报警函数-*/void BEEP1()uchar i;for(i=0;i100;i+)delay(4);beep=!beep;beep=1;void BEEP2()uchar i;for(i=0;i3;i+)delay(1500);beep=!beep;beep=1;void BEEP3()uchar i;for(i=0;i35)PWM1_set (25

40、5);zhaungtaixianshi1();if(x25)PWM1_set (200);zhaungtaixianshi2();BEEP3();if(x15)PWM1_set (150);zhaungtaixianshi3();BEEP2();if(x0;i-)for(j=110;j0;j-); void time0_int(void) interrupt 1flag0=1;TH0=0;TL0=0;void Count0()time0=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0;k=(time0*1.7)/100;void julijisuan()delay(10);TX0=1;dela

41、y(1);TX0=0;while(!RX0);TR0=1;while(RX0);TR0=0;Count0(); void pingjunzhi() uint a,b,d;unsigned long int c;for(b=0;b500;b+)a=k;c+=a;d=c/500;c=0;x=d;write_cmd(0x83);write_dat(d/100+0x30);write_dat(d%100/10+0x30);write_dat(d%10+0x30);/*-初始化函数-*/void chushihua() TMOD=0x01;TH0=0;TL0=0;ET0=1;EA=1;IT0=1;显示程

42、序uchar code dis1 = 距离: CM;uchar code dis2 = 状态: ; uchar code dis3 = 高速前进;uchar code dis4 = 中速前进;uchar code dis5 = 低速前进;uchar code dis6 = 制动停车; uchar code dis7 = 报警: ;uchar code dis8 = 关闭;uchar code dis9 = 短响;uchar code dis10 = 快响;uchar code dis11 = 长响;#define LCD_data P0 /数据口sbit LCD_RS = P20; /寄存器选

43、择输入 sbit LCD_RW = P21; /液晶读/写控制sbit LCD_EN = P22; /液晶使能控制sbit LCD_PSB = P23; /串/并方式控制void delay_1ms(uint x) uint i,j; for(j=0;jx;j+) for(i=0;i110;i+); /*/* */*写指令数据到LCD */*RS=L，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=指令码。 */* */*/void write_cmd(uchar cmd) LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = cmd;delay_1ms(5); LCD_EN = 1;delay_1ms(5); LCD_EN = 0; /*/* */*写显示数据到LCD */*RS=H，RW=L，E=高脉冲，D0-D7=数据。 */* */*/void write_d