毕业设计论文_汽车倒车系统的设计(编辑修改稿)

毕业设计论文_汽车倒车系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

的超声波时刻与经介质反射传播到接收器时刻差。 测量发射点到被测物面到接收点距离 2s，超声波的传播速度约为 V=344m／ s(20。 C 时 )依据公式 s=（ 1／ 2)v t 得距离 s。 图 1超声波测距原理图 测渡越时间测量法 1) 直接计时法 每隔一定时间发射一串超声波脉冲 (一串 10 个 )，在发射脉冲串时刻开始单片机定时器计时，在超声波接收器接收到反射信号时刻，停止单片机 TO 计时。 单片机定时器所计时间，即为传播渡越时间。 超声波是一种声波，其声速与温度有关， V=+， t为摄氏温度，声速高低影响距离值。 2) 相位法 测距仪由震荡电路发出一定频率变化的正弦波，由超声波换能器转换成声波。 发出的声波到达被测面，经被测面反射，超声波换能器接收端获得调制声波的回波，经放大电 路转换后，得到与放大的相位完全相同的电信号，此电信号放大后与光源的驱动电压相比较，测得两个正弦电压的相位差，根据所测相位差就可算得所测距离。 假设震荡电路波形往返一个φ角，声波在被测的距离上往返一次需要的时间 t 为 t=φ／w。 该方法是一种相位测量方法，但是由 f 相位测量存在以 2n 为周期的多值解，从而造成解的不确定性。 为了消除这种小确定性，再引入通常的包络检测来消除这种不确定性，从而实现高精度测距。 发射二个频率不同的声波，测定与这二个并发声对应的回波信号的相位，根据所测相位进行测距的一种高精度的超声波测距方法。 同 时使用二个回波的相位以及包络信息，排除了以 2n 为周期的相位上的不确定性。 因此可以得到较高的测量精度。 从相位检测角度来看。 测量二个不同频率信号的相位和包络相对比较简单快速。 超声波在相同的传播媒体 2020届毕业设计（论文） ７ 里 (如大气条件 )传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化，波动的传播方向与振动方向一致，是纵向振动的弹性机械波，它是借助于传播介质的分子运动而传播的，波动方程描述方法与电磁波是类似的： A=A(X)cos(wt+kx) A(X)=A0eax 频率越高，衰 减得越厉害，传播的距离也越短，同时超声波频率的过高会产生较多的副瓣，引起近场区的干涉。 但是，超声波频率越高，指向性越强，这一点有利于距离测量。 权衡这两点，为达到良好的测距效果，选用频率厂 =40kHZ 的超声波。 采用合适的频率和波长，使用超声波传感器测距，频率取得太低，外界杂音干扰多；频率取得太高，在传播过程中衰减较大。 并且，超声波传感器在测量过程中容易产生盲区，接收端易接收泄漏波。 改善这一缺点，须减少发射波串的长度，增高发射波频率。 但发射波串长过短会使得发射换能器不能被激振或激振达不到最大值；发射脉 冲群含有 8～ 16 个脉冲，具有较好传播能。 测距系统的理论分析 由于超声波也是一种声波，超声波在媒质中传播的速度和媒质的特性有关。 理论上，在13℃的海水罩声音的传播速度为 1500m／ s。 在盐度水平为 35％，深度为 0m 温度为 0℃的环境下，声波的速度为 ／ s。 声音在 25℃空气中传播速度的理论值为 344m／ s，这个速度在 0℃时降为 334m／ s。 声波传输距离首先和大气的吸收性有关，其次温度、湿度、大气压也是其中的因素，而这些因素对大气中声波衰减的效果比较明显。 温度是和其他常数一样决定声 音速度的第二因素。 它和温度的关系可以用以下公式表示： c=+(米／秒 )。 在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。 由超声波被混泥土等墙面反射，只需考虑反射波，不考虑透射波。 超声波方向性强，扩散少，多次被反射，但多次反射的反射波不易被超声波接收器接收，可以不予考虑。 折射波不会被接收，也不予考虑。 超声波在传播过程中存在能量损耗，波束多种路径传播，存在着多种干扰信号，但接收器一般只能接收到被被测面垂自反射的信号，因为这个信号晟强，因此，也就滤掉了其它回波等干扰信号。 使正确地接收正确信号成为可能。 时间由单片机定时器 To 得到。 超声波测距仪己经应用于某些领域，与传统的测距仪相比，它具有原理简单，易于控制，且具有非接触测量、 价格低廉等优点。 超声波测距仪的接收器可能接收到三种干扰信号： 1) 面反射的信号。 2) 侧面物体漫反射的信号。 3) 直达信号，即从超声波发射器自接接收信号。 当三种信号幅值足够大，放大后淹没了有用信号时，将会使处理器产生误解，输出错误结果。 因此，设计中需避免此类信号进入超声波接收器，或者进入接收器后滤掉，或者处理器及时辨识，不予处理。 利用超声波传感器及设计的硬件电路，可以及时辨识有用的超声波回波信号，利用单片机计时，得时间，时间与速度相乘，得距离。 利用超 声波测距方便快捷有效，具有可行性。 2020届毕业设计（论文） ８ 4 系统硬件电路设计 超声波测距系统电路 图 2 超声波测距系统 整个系统由微处理器控制，根据“回波测距”的原理设计的。 由超声波的发射电路发射超声波，超声波在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器接收并转换成电信号，再经滤波、放大、整形后，输入到微处理器的外部中断口 1NT0 处产生中断，计数器停止计数，测出从超声波发射脉冲串时刻到接收回波信号时刻差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温 系统得知，将时刻差与声速相乘，得出距离，并显示。 它的各部分电路的说明如下。 1) 单片机系统是超声波测距仪的核心部分，主要任务有：控制一个 4KHZ 的脉冲驱动振荡电路，启动振荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有频率相同频率，使换能器能最大效率工作；实现串口通讯： T0 计时；完成测距数据的计算和处理软件除干扰。 2) 超声波发射电路作用是将振荡电路振荡出 40KHZ 的脉冲信号，信号幅值是 18V(可调节 )，脉冲信号将驱动超声波发射传感器，发射超声波。 3) 超声波接收电路主要包括微 弱信号放大，电压比较中断信号输出、温度测量电路等部分。 它是用来对接收到的回波进行放大和整形，即将回波信号转换成单片机的中断信号。 通过分析声速受温度的影响，设计温度测量电路，温度测量电路是实时测量出测量时空气中的温度，再将实时温度换成实时的速度，以保证测量距离的精度。 4) 通过显示电路将测距结果实时地显示出来。 5) 电源电路，该电路可以产生稳定的 +5V 和可调的电压 +5～ +37V。 单片机控制电路 单片机的选择 应用最广泛的八位单片机首推 Intel 的 51 系列，由于产品硬件 结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。 世界有许多著名的芯片公司都购买了 51 芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。 有人推测， 51 芯片可能最终形成事实上的标准 MCU芯片。 51 系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。 它的处理对象不是字或字节而是位。 它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行 位的逻辑运算，其功能十分完备，障 碍 物 超声波接收电路 超声波发射电 路 单 片 机 LCD 显示电路 语音报警电路 温度报警电路 超声波传感器 2020届毕业设计（论文） ９ 使用起来得心应手。 虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。 51 系列在片内 RAM 区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址 20H～ 2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合 128 个位，相应位地址为 00H～ 7FH），使用极为灵活。 这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。 而实施这一处理 （包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。 51 系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。 八位除以八位的除法指令，商为八位，精度不够，用得不多。 而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。 作乘法时，只需一条指令就行了，即 MULAB(两个乘数分别在累加器 A 和寄存器 B 中。 积的低位字节在累加器 A 中，高位字节在寄存器 B 中 )。 很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。 在 51 系列中，还有一条二进制 十进制调整指令 DA，能将二进制 变为 BCD 码，这对于十进制的计量十分方便。 而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。 Intel 公司 51 系列的典型产品是 8051，片内有 4K 字节的一次性程序存储器（ OTP）。 Atmel公司就将其改为电可改写的闪速存储器（ Flash），容许改写 1000 次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品 AT89C5 AT89C52 „„等成为了当今最流行的八位单片机。 51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各 I/O 口均置高电平）。 当该脚作输出脚使用时 ，则为高电平或低电平均可。 低电平时，吸入电流可达 20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十μ A甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的），基本上没有驱动能力。 其原因是高电平时該脚也同时作输入脚使用，而输入脚必须具有高的输入阻抗，因而上拉的电流必须很小才行。 作输出脚使用，欲进行高电平驱动时，得利用外电路来实现， I/O 脚不通，电流经 R 驱动 LED发光；低电平时， I/O 脚导。