汽車倒車測距儀設(shè)計

1、汽車倒車測距儀設(shè)計（實訓(xùn)）密 級學(xué) 號070410306院、電子信息工係）程學(xué)院題目：汽車倒車測距儀設(shè)計學(xué)位申請人：指導(dǎo)教師:學(xué)科專業(yè)：學(xué)位類別:2011年 06 月汽車倒車測距儀設(shè)計摘要隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波在傳感器的應(yīng)用中越來越廣。但就目前技術(shù)水平 來說，人們可以具體利用的傳感技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有 無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。本文介紹一種基于 AT89C2051 單片機(jī)的超聲波測距儀系 統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)超聲波在空氣中傳播的反射原理，以超聲波傳感器為接口部件，應(yīng)用單 片機(jī)技術(shù)利用超聲波在空氣中的時間差來測量距離，從而設(shè)計了一套超聲波檢測系統(tǒng)。本文提出了微處理器

2、控制的超聲波汽車倒車測距系統(tǒng)的設(shè)計方案。微處理器計算超 聲波從發(fā)射到接收的時間，在數(shù)據(jù)處理中采用溫度補償技術(shù)對超聲波在空氣中的傳播速 度進(jìn)行修正，計算出距離，并根據(jù)障礙物與車尾的距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出不同等級的報警聲， 同時顯示車后障礙物與車體的距離。文章概述了超聲波探測器的發(fā)展?fàn)顩r及基本原理。對測距系統(tǒng)發(fā)射、接收、檢測、顯 示等部分的設(shè)計方案進(jìn)行了分析。從系統(tǒng)的性能需求、實用要求出發(fā)，對系統(tǒng)組成、檢測 原理和方法做出選擇并對軟硬件進(jìn)行了設(shè)計。本文詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程，并給 出了系統(tǒng)軟件設(shè)計程序流程圖，通過誤差分析，說明了系統(tǒng)應(yīng)用的實用性。關(guān)鍵詞：超聲波；測距儀；單片機(jī)The design

3、of Car parking rangefinderAbstractAs scienceand technologyis developing rapidly, ultrasonic sensorto 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

4、 for the technical and industrial fields. This article introduces an ultrasonic range finder based on the AT89C2051 microcomputer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination .and it usesthe ultrasound sensoras interface components for the application of

5、the distance measure based by microcomputer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasound test comes into being.This paper introduces the design of ultrasonic range system in Back Car based on microprocessor The microprocessor control

6、the time and transmitting and reflecting back of ultrasonic，the distance can measure through calculating the speed of ultrasonic in car, and use the temperature compensation amendment in the data of the speed processTinhge system can alert according to the changing distance, the distance could be di

7、splayed on real time as wellThis paper summarizes the development and fundamental principle of ultrasonic detection. And then the transmission,receiver, detection, displays chime of this distance meter system is brought out. Starting from the performance demand and requirement of utility ，the opinio

8、n is to choose the system compon，entet sting theory and method，s design both the hard and soft ware It describes the hardware design of the system in det，ailand provides the procedural flow chart of software designIt explains the applied function of the system through the error analysisKey words: ul

9、trasonic; range finder; microcomputer、八前言在現(xiàn)代信息高度發(fā)達(dá)、生活節(jié)奏如此快的社會中，電子信息技術(shù)的應(yīng)用隨處可見。在 本文的生活中，已投入使用的有：電視機(jī)、手機(jī)、電腦、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、通信雷達(dá) 系統(tǒng)和衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，甚至是汽車倒車、無人偵查飛機(jī)等無一例外的不使用到電子信息技 術(shù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)主要包括計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。其中，計算機(jī)相當(dāng)于人 的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。由于傳感器的重要性，各發(fā) 達(dá)國家都將它視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵， 我國在 20世紀(jì) 80年代以來也已將其列為國 家高新技術(shù)發(fā)展的重點。 21 世紀(jì)

10、是人類信息電子化的時代， 作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱 之一的傳感器技術(shù)必將有更大的發(fā)展空間。有專家認(rèn)為，我國今后傳感器方面的研究和開 發(fā)應(yīng)是：微電子機(jī)械系統(tǒng)、汽車傳感器、環(huán)保傳感器、工業(yè)過程控制傳感器、醫(yī)療衛(wèi)生和 食品業(yè)檢測傳感器以及新型敏感材料等。本文設(shè)計了一種基于AT89C2051單片機(jī)控制的超聲波汽車倒車測距儀。用超聲波傳感 器發(fā)射和接收超聲波測距，DS18b20芯片進(jìn)行溫度補償，經(jīng)過單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并計算聲速 及距離，用 LED 數(shù)碼管顯示距離，并適時報警。根據(jù)以上，本文的主要研究內(nèi)容有以下幾個方面 :(1) 概述超聲波汽車倒車測距儀設(shè)計的目的和意義，發(fā)展現(xiàn)狀及意義。(2) 簡要論述超聲

11、波汽車倒車測距儀的工作原理、基本組成，以及系統(tǒng)的方案，工作 流程和系統(tǒng)的性能要求。(3) 重點對超聲波汽車倒車測距儀硬件部分進(jìn)行了分析與設(shè)計。 主要是對超聲波發(fā)射、 接收、溫度測量，報警及顯示電路的分析與設(shè)計。(4) 較為詳細(xì)的分析了超聲波汽車倒車測距儀的測量誤差及精度控制，并給出了流程 圖和相關(guān)程序。(5) 最后對超聲波汽車倒車測距儀的研究作了結(jié)論。目錄摘 要 ABSTRACT 前 言 I.I.I.1 緒 論11.1 選題目的及意義 11.1.1 超聲波概述及其應(yīng)用 1.1.1.2 超聲波汽車倒車測距儀的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 2.1.2 本章小結(jié) 32 方案設(shè)計與論證 4.2.1 測距及提示方式介

12、紹 42.1.1 測距方式 42.1.2 報警提示方式 52.2 方案確定 62.2.1 測距儀測距方案 7.2.2.2 發(fā)射方案 72.2.3 接收方案 82.2.4 溫度補償方案 82.2.5 顯示及報警方案 8.2.3 本章小結(jié) 83 系統(tǒng)硬件設(shè)計 93.1 系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計 93.2 單片機(jī)選型及復(fù)位電路設(shè)計 1.0.3.3 超聲波發(fā)送電路設(shè)計 1.1.3.4 超聲波接收電路設(shè)計 1.2.3.5 溫度補償電路設(shè)計 1.4.3.6 報警電路設(shè)計 1.5.3.7 顯示電路設(shè)計 1.6.3.8 電源電路設(shè)計 1.7.3.9 本章小結(jié) 1.7.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 1.8.4.1 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 1

13、.8.4.1.1 超聲波信號控制 1.8.4.1.2 誤差分析及超聲波信號處理 1.8.4.1.3 數(shù)據(jù)顯示 1.9.4.2 主程序及系統(tǒng)初始化子程序設(shè)計 1.9.4.2.1 主程序設(shè)計 1.9.4.2.2 系統(tǒng)初始化子程序 2.1.4.3 超速波測距模塊子程序設(shè)計 2.1.4.3.1 超聲波測距模塊子程序設(shè)計 2.1.4.3.2 數(shù)據(jù)處理子程序設(shè)計 2.2.4.4 溫度補償子程序設(shè)計 2.3.4.6 本章小結(jié) 3.6.5 結(jié) 論3.7.參考文獻(xiàn) 3.8.致 謝 4.0.畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 4.1畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 4.2.附 錄 4.3.11選題目的及意義隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

14、和人們生活水平的不斷提高，汽車的數(shù)量逐年增加，例如截止2010年年底，我國汽車產(chǎn)銷量雙雙突破1800萬輛，不僅蟬聯(lián)世界第一，且創(chuàng)全球歷史新高。這樣 就造成了公路、街道、停車場、車庫等越來越擁擠不堪。汽車駕駛員越來越為駕車的安全 擔(dān)心了，其中倒車就是一個典型。比如在繁忙、擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員即要瞻前” 又要顧后”往往一不小心，就會與汽車尾部障礙物發(fā)生碰撞事件。因此，泊車就成為很多 車主頭痛的問題，這時汽車倒車測距儀，即倒車?yán)走_(dá)就成為了你的好助手， 這樣可以使駕駛 者倒車時做到心中有 數(shù)”，使倒車變得更輕松。超聲波概述及其應(yīng)用自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)

15、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。經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，超聲波應(yīng)用技術(shù)十分廣泛。人們可聽到的聲音頻率為20Hz20kHz，即為可聽見波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波，一般說話的頻率范圍為 100Hz 8kHz。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此，利用超 聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中傳播速度較慢，大約為 340m/s,這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡單。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成

16、正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大.在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理.如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難使藥物通過血流到達(dá)患病的部位.利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效.利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結(jié)石做劇烈的 受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達(dá)到治愈的目的。超聲波在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用非常廣 泛，像現(xiàn)在的彩超、B超、碎石（例如膽結(jié)石、腎結(jié)石祛眼袋之類的）等等。根據(jù)超聲波沿直線傳播的特性，本文可以利用它進(jìn)行定向發(fā)射。例如，聲納

17、”可以用來探測水中的暗礁、敵人的潛艇，測量海水的深度。根據(jù)同樣的道理也可以用超聲波探測 金屬、陶瓷混凝土制品，甚至水庫大壩，檢查內(nèi)部是否有氣泡、空洞和裂紋。人體各個內(nèi) 臟的表面對超聲波的反射能力是不同的，健康內(nèi)臟和病變內(nèi)臟的反射能力也不一樣。平常 說的“B超”就是根據(jù)內(nèi)臟反射的超聲波進(jìn)行造影，幫助醫(yī)生分析體內(nèi)的病變。而且，很多 動物都有完善的發(fā)射和接收超聲波的器官。以昆蟲為食的編幅，視覺很差，飛行中不斷發(fā)出超聲波的脈沖，依靠昆蟲身體的反射波來發(fā)現(xiàn)食物。海豚也有完善的聲納”系統(tǒng)，使它能在混濁的水中準(zhǔn)確地確定遠(yuǎn)處小魚的位置?，F(xiàn)代的無線電定位器-雷達(dá)，質(zhì)量有幾十、幾百、幾千千克，蝙蝠的超聲定位系統(tǒng)只

18、有幾分之一克，而在一些重要性能上，如確定目 標(biāo)方位的精確度、抗干擾的能力等都遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)代的無線電定位器。本文主要是利用超聲波反射的特點，來研究超聲波在測距方面的應(yīng)用。超聲波汽車倒車測距儀的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀倒車測距儀（倒車?yán)走_(dá)）的快速發(fā)展始于20世紀(jì)末21世紀(jì)初，經(jīng)過幾年的時間，隨著 技術(shù)發(fā)展和用戶需求的變化，倒車?yán)走_(dá)在幾年的時間里大致經(jīng)過了六代的演變。第一代：倒車時通過喇叭提醒 。想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第 一代產(chǎn)品，只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起 倒車請注意”的報警聲，提醒周圍的人注意， 不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_(dá)系

19、統(tǒng)的真正開始。倒車時， 如果車后1.8m1.5m處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙 物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物 離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯 示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 1.8m開始顯示；如果是人，在0.9m左右的 距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn) 品由3種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離；黃色代表警告距離；紅色代表危險距離，必須 停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實用，但

20、安裝在車內(nèi)影響美觀。第四代：液晶屏動態(tài)顯示。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案 以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝 很方便。不過LCD外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報也較多。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)， 配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2m以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和 直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示 和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能。因為其外形就是一塊倒 車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間

21、，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可 以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：專為高檔轎車生產(chǎn)。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上 看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還 整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD影像。對于汽車倒車?yán)走_(dá)來說，目前后裝市場上倒車?yán)走_(dá)品牌多達(dá)幾十種，基本上國產(chǎn)品牌 占90%，而進(jìn)口產(chǎn)品較少，以采用 24探頭的產(chǎn)品居多，價格在 2002000元之間。探 頭越多，價格越貴。因此有很多廠家生產(chǎn)倒車?yán)走_(dá)，比如，主要品牌有鐵將軍、奇科、固地、泊車寶、豪 迪、伊萊、全安、CISBO視博、佐敦、PL

22、C、車侶、贏時通、飛達(dá)、視安、永泰和等。1.2本章小結(jié)本章為課題的準(zhǔn)備部分，主要對超聲波這一技術(shù)進(jìn)行闡述。并對超聲波汽車倒車測距 儀的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，為后期工作做好準(zhǔn)備。2方案設(shè)計與論證2.1測距及提示方式介紹測距方式測距方式發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有很多種，但由于測量精度和穩(wěn)定性的要求，選擇一種合適 的測距方式對系統(tǒng)的性能提高有很大幫助。目前，汽車倒車測距儀的距離測量方式多種多 樣，主要有超聲波測距、激光測距、紅外線測距、CCD攝像機(jī)這幾種，下面對它們各自的特點進(jìn)行詳細(xì)的介紹：(1) 超聲波測距超聲波一般指頻率在40KHz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等 特點，超聲波測距儀

23、器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時，超聲 波發(fā)射器發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在 接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處 理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進(jìn)行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波在空氣中傳播的速度會受到溫度、濕度、大氣壓力等因素的影響，在這些因素 中，溫度對其速度的影響更大一些，而且環(huán)境溫度的變化更為經(jīng)常。研究表明，聲速c與熱力學(xué)溫度B的平方根成正比，溫度越高聲速越大，溫度越低聲速越小。0C時，空氣中聲速的實驗值為331.45m / S,而空氣中聲速的近似表達(dá)式為：c = 3

24、314. 1二/273 (m/s),根據(jù)計時器記錄的時間t，可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離s，即：s=vt/2=ct/2這就是所謂的時間差測距法。(2) 激光測距激光測距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點，在 許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷 達(dá)和成像式激光雷達(dá)。非成像式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時間確定距離。它的工作原理是： 從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回 輸光纖，被導(dǎo)入到信號處理裝置內(nèi)的光電二極管

25、，利用計數(shù)器計算激光二極管啟動脈沖與 光電二極管的接收脈沖間的時間差，即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器 測定反射鏡的角度即可測出目標(biāo)的方位。成像式激光雷達(dá)又可分為掃描成像激光雷達(dá)和非 掃描成像激光雷達(dá)。掃描成像激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來，利用掃描 器控制激光的射出方向，通過對整個視場進(jìn)行逐點掃描測量，即可獲得視場內(nèi)目標(biāo)的三維 信息。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光 后沿不同方向射出，照射待測區(qū)域。由于非掃描成像激光雷達(dá)測點數(shù)目大大減少，從而提 高了系統(tǒng)三維成像速度。在汽車測距系統(tǒng)中，非成像式激光雷達(dá)更具有實用價值。同成像 式

26、激光雷達(dá)相比，具有造價低、速度快、穩(wěn)定性高等特點。但由于激光雷達(dá)測距儀器工作 環(huán)境是處于高速運動的車體中，振動大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積 也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價、對人眼安全等因素。目前，在汽車上， 上述各種激光雷達(dá)測距儀均有應(yīng)用，但成像式激光雷達(dá)還在進(jìn)一步研究之中。(3) 紅外線測距紅外線的波長比可見光線長，是肉眼看不見的光，波長為 0.751000ym。有顯著的熱 效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。同時，任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線。車載傳感器 通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號的強(qiáng)弱及波長的不同，同時分析時間 差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與

27、汽車的距離。但其由于波長及大小很難準(zhǔn)確分辯，因此 紅外傳感器角度分辨率高，而距離分辨率低。由于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強(qiáng)的 隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作， 故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上。 但是，它比 較容易受到光源和熱源影響。(4) CCD攝像機(jī)CCD (Charge Coupled Device攝像機(jī)即電荷耦合器攝像機(jī)，它是一種用來模擬人眼 的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準(zhǔn)確等優(yōu) 良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。 只使用一個CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)

28、， 在 汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目 標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機(jī)同時對同一景物成像， 通過對這兩幅圖像進(jìn)行計算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng) 稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價格較高，同 時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。隨著計算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到 廣泛應(yīng)用。通過以上介紹可以看出，超聲波測距儀原理簡單，在自身特性諧振點40KHz附近可獲得較高的靈敏度；諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設(shè) 計；不受無線電頻譜資源限

29、制，易于抗電磁干擾設(shè)計；超聲波測距系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定 可靠，應(yīng)用前景好。但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因為超聲波的傳 輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠(yuǎn)距離的障 礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距常用于在短距離測距，最佳 距離為45m，般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。綜上，通過幾種測距方式相比較，超聲波測距根據(jù)其特點，它在短距離和低速測量上 更具優(yōu)越性。因此本設(shè)計采用超聲波測距這種方式。報警提示方式報警提示方式好壞是設(shè)計的汽車倒車探測器是否實用的重要標(biāo)志。目前主要有轟鳴器提示、數(shù)碼波段顯示、液晶熒屏顯示，魔幻鏡顯示，音響提示

30、等單個或多種方式相結(jié)合的 提示方式，下面對這幾種報警提示方式進(jìn)行介紹：(1)轟鳴器提示車體與障礙物距離的改變使電路中電壓或電流變化不同給蜂鳴器不同信號，轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。此方式?jīng)]有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障 礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對司機(jī)幫助不大。(2) 數(shù)碼波段顯示數(shù)碼和波段組合在一起，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由3種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，一般表示障礙物與車體的距離有0.8m以上；黃色代表警告距離， 一般表示與障礙物的距離只有0.6 0.8m；紅色代表危險距離，一般表示與障礙物之間只有 不到0.6m的距離。這種方式比較實用，一目

31、了然，但沒有聲響，警示效果不好。(3) 液晶熒屏顯示動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報也較多。(4) 魔幻鏡+音響提示其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置， 顏色款式多樣。語音提示比較方便，避免駕駛員過度關(guān)注顯示器，分散注意力。但需要專 業(yè)集成芯片，技術(shù)上較為復(fù)雜。此方案造價較高，比較適合高檔汽車，可以按照個人需求 和車內(nèi)裝飾選配。(5) 聲音+數(shù)碼距離顯示+指示燈數(shù)碼管顯示距離，聲音、指示燈提示，比較實用，直觀，方便。通過對預(yù)警提示方式的分析，綜合其特點，

32、采用聲音、LED數(shù)碼管相結(jié)合的提示方式。2.2方案確定根據(jù)超聲波測距其特點，本方案采用AT89C2051單片機(jī)作為主控制器，利用DS18b20 測溫芯片進(jìn)行溫度補償來達(dá)到一定測量精度要求，用LED數(shù)碼管顯示距離，用擴(kuò)音器報警提示。當(dāng)駕駛員在倒車時掛入倒檔，測距儀系統(tǒng)啟動。AT89C2051單片機(jī)控制由555定時器及超聲波換能器 NU40C16-T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波，同時啟動內(nèi)部定時器 T0開始計時。本方案確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1所示。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)超聲波信號碰到障礙物時信號立刻返回，經(jīng)過超聲波換能器NU40C16- R接收，然后經(jīng)濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機(jī)的INT

33、O 口。如果INTO接收的信號由高電平變?yōu)榈碗娖剑藭r表明信號已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷，關(guān)閉定時器。再把定時器 中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算結(jié)合由所測溫度值換算出的聲速值就可以得出車體與障礙物之間的距 離。根據(jù)計算的車體與障礙物之間的距離值及其與設(shè)定距離值的比較結(jié)果給顯示電路及預(yù) 警提示電路不同提醒信號，產(chǎn)生不同的聲音效果，以便能夠引起駕駛?cè)藛T注意，并且能夠 米取相應(yīng)的措施和行動。測距儀測距方案除了上述方案分析比較中講述的超聲波測距所獨有的優(yōu)點外超聲波測距在某些特定 場合還有著顯著的優(yōu)點，超聲波測距系統(tǒng)是利用計算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間 的傳輸來測量距離的，因此它是一種非接觸式的測量，所以它能夠

34、在某些特定場合或環(huán)境 比較惡劣的環(huán)境下使用。考慮到所設(shè)計產(chǎn)品是主要服務(wù)于普通用戶，而且要求結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉 實用性強(qiáng)。因此本設(shè)計選擇利用超聲波傳感器來作為探測器。由發(fā)射波束特性知，由于擴(kuò)散角的原因，超聲波的角度分辨率較低，但距離分辨率較 高（1cm左右），目前最大探測距15m，最小盲區(qū)0.3- 0.4m。超聲波傳感器具有反應(yīng)靈敏、探 測速度快（一個測量周期僅需幾十毫秒）的優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低。傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴(kuò)散和吸收損 失，障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。工作頻率的確定主要基于以下幾點考慮：（1）如果測距

35、的能力要求很大，聲波傳播損失就相對增加，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，就必須降低工作頻率。（2）工作頻率越高，對相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長短，尺寸分辨率高，細(xì)節(jié)”容易辯識清楚，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。（3）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。綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大因而選擇測距儀工作頻率在 40KHz，發(fā)射角與接收角均為60度的錐角。這樣傳感器方向性尖銳，且避開了噪聲，提高了信噪比；雖 然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)

36、射和接收帶來困難。所以本方案選用的探頭是 收發(fā)分體式40KHz的超聲傳感器。發(fā)射方案發(fā)射電路通常有調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈（有時裝在探頭內(nèi)），調(diào)諧頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定。發(fā)射出的超聲脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中 沒有調(diào)諧元件。發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數(shù)決定，頻帶較寬。本文采用 非調(diào)諧式。為了將一定頻率、幅度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的兩端，使其振動發(fā)出超聲 波，電路頻率的選擇應(yīng)該滿足發(fā)射傳感器的固有頻率 40KHz。這樣才能使其工作在諧振頻 率，達(dá)到最優(yōu)的特性。發(fā)射電壓從理論上是越高越好，因為對同一個發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超 聲功率就越大，這樣

37、能夠在接收傳感器上接收的回波功率就比較大，對于接收電路的設(shè)計 就相對簡單一些。但是，每一個實際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)工作電壓 超過了這個極限值以后，會對傳感器的內(nèi)部造成不可回復(fù)的損害。因此，工作電壓不能超 過這個極限值。發(fā)射部分的點脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射 頻電壓只達(dá)毫伏級，甚至微伏。要對這樣小的信號進(jìn)行處理就必須放大到一定的幅度。本 文采用由555定時器構(gòu)成的多諧震蕩器驅(qū)動超聲波傳感器，驅(qū)動頻率為 40KHz。223接收方案在超聲波發(fā)射完畢后，再延遲一小段時間才能進(jìn)行接收，目的是保證超聲波距離測量 的精度。超聲波回波經(jīng)過超聲波接收傳感器，電容隔直濾

38、波，三級增益放大后進(jìn)入比較器 LM324，這樣在比較器的輸出端將得到40KHz的方波輸入到單片機(jī)INTO引腳以產(chǎn)生中斷。 但是由于超聲波傳感器固有特性，即盲區(qū)的存在，對回波的接收和處理造成了一定程度的 影響。溫度補償方案溫度對超聲波波速影響非常大，極大的影響測距精度，需要進(jìn)行溫度補償。本設(shè)計采 用DS18b20芯片進(jìn)行測溫。由單片機(jī)處理后進(jìn)行補償。DS18b20芯片是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，溫度測量范圍是-55T到+125C ，可編程為9位到12位 A/D轉(zhuǎn)換 精度，測溫分辨率可調(diào)。顯示及報警方案倒車探測器在其偵測區(qū)內(nèi)檢測到障礙物時，擴(kuò)音器會根據(jù)車與障礙物的距離發(fā)出警告聲。

39、同時數(shù)碼管顯示相應(yīng)距離。這樣用戶不僅可以很快的判斷出障礙物的大概距離，還可 以清楚的知道詳細(xì)距離。本方案采用以下3個頻率段進(jìn)行預(yù)警提示（通過軟件實現(xiàn)）：A段：測量距離w 50cm擴(kuò)音器則長鳴。B段：測量距離為50cm100cm擴(kuò)音器以相應(yīng)較高的頻率的報警提示；C段：測量距離為100cm150cm擴(kuò)音器以相應(yīng)較低的頻率報警提示；距離大于 150cm 報警器則關(guān)閉。本方案采用555定時器組成電路驅(qū)動擴(kuò)音器。顯示器由四個八段數(shù)碼管組成，由串行 輸入顯示接口芯片 MC14499驅(qū)動。2.3本章小結(jié)本章主要是對課題研究方案的闡述。分別對測距及提示方式進(jìn)行了介紹，并且對方案 進(jìn)行了確定。包括超聲波測距儀測

40、距方案、發(fā)射及接收方案、溫度補償和顯示報警部分的 方案作了詳細(xì)闡述，為后面的硬件部分研究工作做好準(zhǔn)備。3系統(tǒng)硬件設(shè)計對一個系統(tǒng)的硬件設(shè)計來說，其設(shè)計的好壞決定著控制效果、精度和成本等問題。隨 著時代科技的迅猛發(fā)展，傳感器技術(shù)水平的不斷提高，在非接觸測量領(lǐng)域中，利用超聲波 傳感器測量距離的技術(shù)也日趨成熟?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測距儀具有很強(qiáng)的抗干擾能力、 高精度、低功耗、體積小等優(yōu)點使得它在勘探測量領(lǐng)域、汽車倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人定位和其 他安全防范等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)第2章的設(shè)計方案及要求，綜合設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分，再結(jié)合后面的軟件部分使系統(tǒng)控制達(dá)到最佳效果。3.1系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計根據(jù)第2章

41、方案的設(shè)計與論證，結(jié)合超聲波測距原理，本文采用AT89C2051單片機(jī)作為主控制器， XTAL1和XTAL2接12MHz晶振構(gòu)成的時鐘電路P1.3 口控制由555定時器及超聲波探頭 NU40C16-T組成的超聲波發(fā)射模塊發(fā)射超聲波。P1.0P1.2 口控制顯示電路部分，P1.4 口控制報警電路，P1.5 口控制測溫電路。當(dāng)超聲波信號碰到障礙物時, 經(jīng)過超聲波探頭NU40C16-R接收信號立刻返回，經(jīng)濾波電容，放大器，電壓比較器傳給 單片機(jī)的INTO 口一個低電平。超聲波聲速經(jīng)過溫度補償后，再根據(jù)發(fā)射和接收的時間差 來計算距離，然后根據(jù)距離大小來驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示，并根據(jù)實際所測得的距離報警提

42、示。系統(tǒng)硬件框圖如圖3.1所示。LT +5復(fù)位電路晶振電時亠超聲波接收模塊超聲波發(fā)送模塊測溫1路AT89C2'示051GN圖3.1系統(tǒng)硬件框圖3.2單片機(jī)選型及復(fù)位電路設(shè)計對一個設(shè)計方案來說，單片機(jī)的選擇的好壞對整個系統(tǒng)的影響，包括系統(tǒng)硬件和軟件 方面的影響，而且對設(shè)計的可行性和設(shè)計成本影響很大。根據(jù)設(shè)計要求和考慮成本等問題，綜合其他因素，本設(shè)計選擇AT89C2051單片機(jī)。AT89C2051系列單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片 內(nèi)含2k byteS勺可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 （PEROM）和128 byteS勺隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲 器（RAM ）

43、，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89C2051還有以下 特點：15根I/O線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量二級中斷結(jié)構(gòu)、1個全雙向的串行口、并 且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有4.25V至5.5V的電壓工作范圍和12MHz/24MHz工作頻率，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖、掉電和時鐘電路等。此外， AT89C2051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式?？臻e時，CPU停止，而讓RAM、定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作?？傻綦姳４鍾AM的內(nèi)容，但可使振蕩器停振以

44、禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件復(fù)位。AT89C2051單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng) 用場合。單片機(jī)復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號，通過 RST引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位 電路的好壞直接影響單片機(jī)的系統(tǒng)工作的可靠性。單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功 能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，復(fù)位后PC= 0000H，使單片機(jī)從第一個單元取指令。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后 都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST引腳加上持續(xù)兩個機(jī)器周期（即24個振蕩周期） 以上的高電平。本文中時鐘頻率為12MHz，每個機(jī)器周期為1血，因此只需2血以上時間的

45、高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。AT89C2051單片機(jī)的時序PORT 1pa,2 (PROG)RST (Vpp)DATA IN:DATA OUTWGLHULLOGIC CBUSYREADY圖如圖3.2所示。(ENABLE)P3J_ (RDY/BSY)XTAL1(INCREMENTADDRESS)圖3.2AT89C2051單片機(jī)時序圖復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，根據(jù) 電容電壓不能突變”的性質(zhì)，結(jié)合圖3.3可以知 道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的= RC值來決定。適當(dāng)組合 RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。放電時間按照可以求得。

46、該電路 除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按 RESET鍵，此時電源Vcc經(jīng)電阻R32、R33分 壓，在RESET端產(chǎn)生復(fù)位高電平。單片機(jī)本身是一個復(fù)雜的同步時序系統(tǒng)，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，單片機(jī)必須有 時鐘信號，以使其系統(tǒng)在時鐘信號的控制下按時序協(xié)調(diào)工作。時鐘電路由振蕩電路和分頻 電路組成，主要任務(wù)是提供一個工作頻率。單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成震蕩器的高增益反 相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是 XTAL1和XTAL2。在XTAL1和XTAL2上 外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路。時鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部和外部兩種。本方案采用內(nèi)部時鐘產(chǎn) 生方式。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體諧振器（晶振頻

47、率為12MHz），與內(nèi)部反相器 構(gòu)成自激震蕩器。其發(fā)出脈沖直接送入片內(nèi)定時控制部件。 此外，電容對頻率有微調(diào)作用， 因為外接晶振，本方案電容選擇 20pf（可選范圍30pf±0pf）。在實際應(yīng)用時諧振器和電容 盡可能安裝在單片機(jī)附近，減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。單片機(jī)復(fù)位及時 鐘電路接法如圖3.3所示。-5VR335 C14 IH 22i;fRBETAT39C2051c.7.6J£3d.lJ0.7VCPLP1FP1P1P1PLP1円ZB更-5VIP181716圖3.3單片機(jī)復(fù)位及時鐘電路圖3.3超聲波發(fā)送電路設(shè)計超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也

48、可具有發(fā)送和接收雙重作 用，即為可逆元件。一般市場上出售的超聲波傳感器有專用型和兼用型，專用型就是發(fā)送 器用作發(fā)送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發(fā)送器和接收器為一體的傳感器， 即可發(fā)送超聲波，又可接收超聲波。超聲波傳感器的諧振頻率（中心頻率）有23kHz>40kHz、 75kHz、200kHz、400kHz等。諧振頻率變高，則檢測距離變短，分解力也變高。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是 可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。超聲波發(fā)送電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分。在本方案中， 超聲波發(fā)射探頭選用 NU40

49、C16- T探頭。超聲波產(chǎn)生是利用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩 器驅(qū)動超聲波探頭產(chǎn)生40KHz的超聲波。當(dāng)電源接通后，電源 VCC通過R34和R35對電容C15充電，當(dāng)Ucvl/3Vcc時，振蕩器Q 端輸出為高電平，即 Q=1，放電管截止。當(dāng)Uc充電到弟/3Vcc后，振蕩器Q端翻轉(zhuǎn)為低 電平，即 Q=0，此時放電管導(dǎo)通，使放電端(DIS)接地，電容 C15通過R35對地放電，使 Uc下降。當(dāng)Uc下降到0/3Vcc后，振蕩器Q端又翻轉(zhuǎn)成高電平，電管又截止，使放電端 (DIS)不接地；電源Vcc通過R34和R35又對電容C15充電，又使Uc從1/3Vcc上升到2/3Vcc， 觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此

50、周而復(fù)始，高低電平翻轉(zhuǎn)，從而在輸出端Q端得到連續(xù)變化的振 蕩脈沖波形。根據(jù)555定時器的特點，輸出正脈沖寬度 t1=0.693(R34+R35)C15，由電容C15充電時間決 定；輸出負(fù)脈沖寬度t2=0.693(R35)C15，由電容C15放電時間決定，振蕩周期T= t1+ t2。其振 蕩頻率計算式為 f=1/T=1.44/( R34+2R35)C15)。為了實現(xiàn)產(chǎn)生40KHz的超聲波，需要確定R34、R35、C15的值。根據(jù)頻率周期換算公 式f=1/T，經(jīng)過計算，確定R34=1K,R35=5K,C15=3300pf。超聲波發(fā)射電路圖(如圖3.4所示) 中將R35設(shè)計為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)

51、信號頻率， 使之與換能器的40kHz固有頻率一 致。圖3.4超聲波發(fā)射電路圖3.4超聲波接收電路設(shè)計超聲波接收電路由超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分組成。超聲 波接收探頭必須采用與發(fā)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本方案采用NU40C16- R超聲波接收探頭，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至可能無法接收。由于超聲波接收到的輸入信號為正弦波，因此必須將放大電路設(shè)計成交流放大電路。 為減少負(fù)電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了 LM324通用運算 放大器，前三級為放大器設(shè)計，后一級為比較器設(shè)計。LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿足

52、本設(shè)計使用要求。基于LM324的反相交流放大器電路如圖3.5所示：放大器采用單電源供電，由 R1、R2 組成1/2V+偏置電路，C1是消振電容。放大器電壓放大倍數(shù) Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=- Rf/Ri。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Rio 一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf0 Co和 Ci為耦合電容。圖3.5 LM324反相交流放大器電路圖在超聲波接收電路中最后一片 LM324作反相電位比較器，電路如圖 3.6所示，有一 個閥值電壓Ui ,Un為反相電壓比較器輸入電壓。調(diào)節(jié)電位器可得到閥值電

53、壓 Ui。當(dāng)Ui >Un 時，Uo = 0,為低電平；當(dāng)Ui <Un時，Uo = Un -Ui，為高電平。當(dāng)LM324檢測到超聲波回 波信號時，它輸出低電平信號，此時 LM324的輸入電壓就小于閥值電壓，通向PC的數(shù)據(jù) 采集端。反之，則輸出為高電平信號到 PC的數(shù)據(jù)采集端。比較器這一部分如果調(diào)節(jié)不當(dāng) 也可能會出現(xiàn)一些問題，如在輸出端會有高頻輸出等。這因為比較器非常靈敏，信號的微 小變化就導(dǎo)致輸出值Voh和Vol的相互轉(zhuǎn)變。圖3.6LM324反向電位比較器圖利用比較器的正反饋產(chǎn)生滯環(huán)特性來降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。因為放大 后的回波信號幅值已經(jīng)較大，這樣再通過設(shè)置合適的閥值就

54、可以穩(wěn)定的得到有效信號。采 用可調(diào)電位計是較為方便的方法。比較器的輸入端需要穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓需要加電容穩(wěn)定。 合理調(diào)節(jié)電位器R16，選擇比較基準(zhǔn)電壓，可使測量更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。當(dāng)超聲波接收探頭接收到信號后，由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必 須經(jīng)放大電路放大。由于正弦波信號不能直接被單片機(jī)接收，必須進(jìn)行波形變換。按照時 間差測距方案的原理，單片機(jī)需要的只是第一個回波的時刻。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號越弱，通常在1mV1V之間。不同接收探頭的輸出信號強(qiáng)度存在差異。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，

55、以適應(yīng)小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應(yīng)信號變化范圍大的需要。距離較近時，兩級放大的增益已能夠輸出足夠強(qiáng)度的 信號了，第三級有可能出現(xiàn)信號飽和，但距離較遠(yuǎn)時，必須采用三級放大。超聲波接收電 路如圖3.7所示。圖3.7超聲波接收電路圖3.5溫度補償電路設(shè)計在現(xiàn)實測距當(dāng)中，溫度對超聲波波速影響非常大，根據(jù)超聲波速度c 與環(huán)境溫度二的關(guān) 系有如下經(jīng)驗公式：c =331.4 .1二/273 (m/s),所以溫度每變化1C,聲波的速度變化約 為0.16m /s。當(dāng)溫度從040C變化時，將會產(chǎn)生大約7%的聲速變化。在超聲波測距儀中， 把聲速作為一個標(biāo)準(zhǔn)量，為了獲得較精確的聲速，引入溫度補償是必要

56、的，本文采用了 DS18b20進(jìn)行測溫。DS18b20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，電路連接非 常簡單，但是必須保證時序與單片機(jī)嚴(yán)格同步。DS18b20溫度測量范圍為-55 C+125C，在-10C+85C范圍內(nèi)，精度為±).5C。適應(yīng)電壓為3V5V,912位分辨率可調(diào)。DS18b20溫度傳感器有兩個晶振，低溫度系數(shù)晶振和高溫度系數(shù)晶振。低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產(chǎn)生信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)制在-55攝氏度所對應(yīng)的一個基數(shù)。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號 進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1攝氏度，計數(shù)器1的預(yù) 置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)至 計數(shù)器2計數(shù)到0,停止溫度寄存器累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。實際測溫電路如圖3.8所示，圖中DS18b20管腳2與單片