超声波车距报警器——程序设计

超声波车距报警器——程序设计

作者：00000000 李XX 指导老师：刘XX 高级讲师

1 前言

1.1概述

超声波是指超过人的听觉范围以上(16KHZ)的声波。近二、三十年,特别是近十年来，由于电子技术及压电陶瓷材料的发展，使超声检测技术得到了迅速的发展。超声技术是一门以物理、电子、机械、及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等）来实现对非声学量（如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的测定。它的基本原理是基于超声波在介质中传播时遇到不同的界面，将产生反射，折射，绕射，衰减等现象，从而使传播的声时，振幅，波形，频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。与传统超声技术完全不同，新的超声技术具有以下特点：在不破坏媒质特性的情况下实现非接触性测量，环境适应能力强，可实现在线测量。

1.2超声波测距特性

1.2.1 超声波用于距离测量的优势

由于超声波频率较高，沿直线传播，绕射小，穿透力强，指向性强，传输过程中衰减少，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，遇到杂质或分界面时会产生反射波，因而超声波经常用于距离的测量。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播，它的应用就是按照这两个特点展开的。

超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几

何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比。超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。

1.2.2 超声波测距仪

一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸泡于水中或其它液体中，极易被腐蚀电解，失去灵敏性利用超声波测量距离可以解决这些问题，因此超声波测量技术在工业控制勘测，机器人定位和安全防范等领域得到了广泛应用。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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，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）。

超声波测距仪广泛应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如联合收获机割台割幅、液位、井深、管道长度等的实时测量场合，也可用于使移动机器人能自动避障行走。要求测量范围在0.10～6.00 m，测量精度1mm，测量时与被测物体无自接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

1.3设计要求

1.3.1 内容及任务

熟悉掌握单片机与传感器的相关知识。具备基本的模块电路设计能力，例如：温度检测电路，超声波发射及控制电路，超声波接受及信号处理电路，显示电路，以及RS—232通信接口等等。具备宏观设计硬件能力,利用所掌握的语言(汇编或C语言)实现软件设计，要求硬件布局合理,软件设计精练。

１.熟悉单片机与传感器相关知识

２.设计出相关电路模块的硬件

３.超声波测距仪的软件设计

1.3.2 拟达到的要求或技术指标

（1）测量距离范围要求为<6M

（2）精度要求优于1%

（3）进行温度补偿

（4）显示方式为数码管显示

（5）具有RS-232通信功能，便于扩展

2 总体设计

2.1方案的选择

2.1.1传感器的选择

●方案一

磁致式传感器：按结构方式不同，磁致式传感器可分为动圈式和磁阻式。磁致式超声波传感器主要由铁磁材料和线圈组成。超声波的发射原理是:把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。其接收原理是:当超声波作用在磁致材料上时，使磁致材料振动，引起内部磁场变化，根据电磁感应原理，使线圈产生相应的感应电势输出。

但由于受外界温度、压力、电磁场的影响及自身结构的限制，在实际操作中产生了各种误差。

●方案二

压电式传感器：压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和磷酸二氢胺等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

室外用途的超声波传感器必须具有良好的密封性，以便防止露水、雨水和灰尘的侵入。压电陶瓷被固定在金属盒体的顶部内侧。底座固定在盒体的开口端，并且使用树脂进行覆盖。工作频率就是压电芯片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和芯片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。误差产生小。综合上面所叙，系统的设计中选择用压电式超声波传感器。

2.1.2单片机的选择

单片机是微电子技术与计算机技术的结晶，单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价

比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。单片机现在成为集成电路大家族的重要成员。单片机技术正日臻完善，国内外的单片机热更是经久不衰。单片机不仅用于智能仪器，电器设备，数据采集，自动控制及国防工业等技术领域，而且进入亿万家庭。目前，单片机正朝着兼容性，单片系统化，多功能和低功耗的方向发展。

51系列单片机引脚与封装如图2.1所示。

图2.1 51系列单片机封装图

5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的I／O端：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。

5l系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条I／O 线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。

5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分