基于单片机超声波测距仪汽车防撞系统毕业设计说明书论文(编辑修改稿)

基于单片机超声波测距仪汽车防撞系统毕业设计说明书论文(编辑修改稿)内容摘要：

2KP231234P1VCCGNDTrigEchoTrigEcho 图 3 总设计电路图 电源选择 电源部分的设计采用 3 节 5 号干电池 供电。 超声波传感器模块 超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供 2cm400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。 模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 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 口 ECHO 输出一个高电平，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。 实物如下图 4。 其中 VCC 供 5V 电源， GND 为地线， TRIG 触发控制信号输入， ECHO 回响信号输出等四支线。 图 4 超声波 模块实物图 4 超声波探测模块 HCSR04 的使用方法如下： IO 口触发，给 Trig 口至少 10us 的高电平，启动测量；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 口 Echo 输出一个高电平，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 *340） / 2，单位为 m。 程序中测试功能主要由两个函数完成。 实 现中采用定时器 0 进行定时测量， 8 分频， TCNTT0 预设值 0XCE，当 timer0溢出中断发生 2500 次时为 125ms，计算公式为（单位： ms）： T = （定时器 0 溢出次数 * （ 0XFF 0XCE）） / 1000 其中定时器 0初值计算依据分频不同而有差异。 ． 1 超声波的特性 声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象。 当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限 (根据大量实验数据统计，取整数为 20xx0 赫兹 )时， 人们就会觉察不出周围声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。 人的听觉范围如图 5所示。 图 5 人的听觉范围 超声波的特性有： （ 1）束射特性 由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射，也能聚焦，而且遵守几何光学上的所有定律。 即超声波射线从一种物质表面反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射现象，也就是要改变它的传播方向，两种物质的密度差别愈大，则折射率也愈大。 5 （ 2）吸收特性 声波在各种介质中传播时，随着传播距离的增加，其强度会逐渐减弱，这是 因为介质要吸收掉它的部分能量。 对于同一介质，声波的频率越高，介质吸收就越强。 对于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收尤为历害，在液体中传播时吸收就比较弱，在固体中传播时吸收是最小的。 （ 3）超声波的能量传递特性 超声波之所以能在各个工业部门中得到广泛的应用，主要原因还在于比声波具有强大得多的功率。 为什么有这么强大的功率呢 ?因为当声波进入某一介质中时，由于声波的作用使物质中的分子也随之振动，振动的频率和声波频率 — 样，分子振动的频率决定了分子振动的速度。 频率愈高速度愈大。 物资分子由于振动所获得的能量除了与分子 本身的质量有关外，主要是由分子的振动速度的平方决定的 ,所以如果声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量。 超声波的频率比普通声波要高出很多，所以它可以使物质分子获得很大的能量；换句话来说，超声波本身就可以供给物质分子足够大的功率。 （ 4）超声波的声压特性 当声波进入某物体时 ,由于声波振动使物质分子相互之间产生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变化。 由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。 超声波换能器 完成产生超声波和接收超声波这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或 者超声波探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。 小功率超声探头多用作探测方面。 它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。 构成晶片的材料可以有许多种。 由于晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能都是不同的，我们使用前必须预先了解清楚该探头的性能参数。 超声波传感器的主要性能指标包括： （ 1）工作频率。 工作频 率就是压电晶片的共振频率。 当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （ 2）工作温度。 由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。 医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （ 3）灵敏度。 主要取决于制造晶片本身。 机电耦合系数大，灵敏度高。 6 人类能听到的声音频率范围为： 20Hz～ 20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即 20Hz 以下频率的声音称为低频声波， 20kHz 以上频率的声 音称为超声波。 超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。 为此，利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。 另外，超声波在空气中的传播速度较慢，为 340m／ s，这就使得超声波传感器使用变得非常简便。 我们选用压电式超声波传感器。 它的探头常用材料是压电晶体和压电陶瓷，是利用压电材料的压电效应来进行工作的。 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波，可作为发射探头；而利用正压电效应，将超声振动波转换成电信号，可作为接收探头。 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多种超声波发生 器。 总体上讲，超声波发生器大体可以分为两大类：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。