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1、宁夏大学新华学院课 程 设 计课程名称微机接口技术姓 名学 号专业年 级班 级系别cc计算机计算机班计科系v计算机计算机班计科系d计算机计算机班计科系rrr计算机计算机班计科系分 数任课教师签字批改日期备 注设计名称小构成员倒车雷达代码编写：ttt仿真软件：lkl资料收集及论文编写:eert基于单片机的超声波倒车雷达系统 姓名:fgdgsgsdgf 专业:计算机科学与技术学校:宁夏大学 指引教师:bb摘要STC89C51是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。本次设计重要是运用ST89C51单片机、超声波传感器
2、完毕倒车雷达系统的制作,以STC8C51为主控芯片,运用超声波对距离的检测,将前方物体的距离探测出来，然后单片机解决运算,与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离不不小于设定值时，STC89C51发出指令控制蜂鸣器报警。核心词：超声波传感器 STC9C51 绪论1. 项目研究背景及意义 由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其他仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境,具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水解决厂、污水解决厂、农业用水、环保检测、食品(酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品)、防汛、水文、
3、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离精确度在线标定,可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示多种液位罐的液位、料位高度。因此,超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。运用超声波检测往往比较迅速、以便、计算简朴、易于实现实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的指标规定，因此为了使移动机器人可以自动规避障碍物行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同步由于超声波测距系统具有以上的这些长处,因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。2 总体设计方案及论证.1
4、总体方案设计 本设计涉及硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路构造可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。就此设计的核心模块来说,单片机就是设计的中心单元,因此此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件构成。硬件涉及单片机、输入输出设备、以及外围应用电路等构成的系统,软件是多种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程涉及总体设计、硬件设计、软件设计等几种阶段。系统采用STC8951单片机作为核心控制单元,当测得的距离不不小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较解决。然后控制蜂鸣器报警。系统总体的设计方
5、框图如图1所示。电源STC89C51主控制器模块超声波传感器模块按键控制4位数码管显示模块蜂鸣器报警模块图1系统方框图 硬件实现及单元电路设计3. 主控制模块主控制最小系统电路如图2所示。 图2 最小系统硬件电路总设计见图3,从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件: STC89C、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等某些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作批示灯。电路中用到4个按键,一种是设定键, 一种加键,一种减键。图 总设计电路图3.2 电源设计电源部分的设计采用节5号干电池.5V供电。3.3 超声波测试模块 超声波模块采用现成的HCSR0超声波模块，该模块可提供 m-0c的非接触
6、式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块涉及超声波发射器、接受器与控制电路。基本工作原理：采用 I 口G 触发测距,给至少 0us 的高电平信号;模块自动发送 8个khz的方波，自动检测与否有信号返回；有信号返回，通过 IO口 ECH 输出一种高电平，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(40/S)/2。实物如下图4。其中VC 供5V电源,GND为地线,TG 触发控制信号输入，ECO 回响信号输出等四支线。图4 超声波模块实物图超声波探测模块-R的使用措施如下:O口触发，给Ti口至少1s的高电平，启动测量；模块自动发送个0hz的方波，自动检测与否有信号返
7、回;有信号返回,通过IO口Echo输出一种高电平,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*)2，单位为m。程序中测试功能重要由两个函数完毕。 实现中采用定期器0进行定期测量,8分频，CNT0预设值0XCE,当mer0溢出中断发生250次时为25ms,计算公式为(单位：ms）：T (定期器0溢出次数* （FF - 0XC） 1000 其中定期器0初值计算根据分频不同而有差别。3.1 超声波的特性声音是与人类生活紧密有关的一种自然现象。当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限（根据大量实验数据记录,取整数为0赫兹)时,人们就会察觉不出周边声的存在,因而称这种高频率的声为“
8、超”声。人的听觉范畴如图5所示。图5人的听觉范畴 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同样,可以反射、折射，也能聚焦，并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，也就是要变化它的传播方向,两种物质的密度差别愈大,则折射率也愈大。(2）吸取特性声波在多种介质中传播时，随着传播距离的增长,其强度会逐渐削弱，这是由于介质要吸取掉它的部分能量。对于同一介质,声波的频率越高,介质吸取就越强。对于一种频率一定的声波,在气体中传播时吸取尤为历害,在液体中传播时吸取就比较弱，在
9、固体中传播时吸取是最小的。（3)超声波的能量传递特性超声波之因此能在各个工业部门中得到广泛的应用,重要因素还在于比声波具有强大得多的功率。为什么有这样强大的功率呢?由于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自身的质量有关外,重要是由分子的振动速度的平方决定的，因此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。超声波的频率比一般声波要高出诸多，因此它可以使物质分子获得很大的能量;换句话来说，超声波自身就可以供应物质分子足够大的功率。 （)超声波的声
10、压特性当声波进入某物体时,由于声波振动使物质分子互相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。3.3.2 超声波换能器完毕产生超声波和接受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。超声波探头重要由压电晶片构成,既可以发射超声波,也可以接受超声波。小功率超声探头多用作探测方面。它有许多不同的构造,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（一种探头反射、一种探头接受）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
11、小,如直径和厚度也各不相似,因此每个探头的性能都是不同的,我们使用前必须预先理解清晰该探头的性能参数。超声波传感器的重要性能指标涉及:（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，敏捷度也最高。(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，因此工作温度比较低,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）敏捷度。重要取决于制造晶片自身。机电耦合系数大，敏捷度高。人类能听到的声音频率范畴为:20Hz0H，即为可听声波，超过此频率范畴的声音，即20H如下
12、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,运用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。此外，超声波在空气中的传播速度较慢,为40m/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,是运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；而运用正压电效应，将超声振动波转换成电信号，可作为接受探头。为了研究和运用超声波,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：
13、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。电气方式涉及压电型、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似，因而用途也各不相似。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 图6 超声波传感器构造 压电式超声波发生器事实上是运用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部构造如图所示，它有两个压电晶片和一种共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压,当共振板接受到超声波时，将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它
14、就成为超声波接受器了。如图6所示。34 超声波传感器原理市面上常用的超声波传感器多为开放型,其内部构造如图7所示，一种复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是由谐振器以及一种金属片和一种压电陶瓷片构成的双压电晶片元件振动器。谐振器呈喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波汇集在振动器的中央部位。当电压作用于压电陶瓷时，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，则会产生一种电荷。运用这一原理,当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一种金属片构成的振动器,所谓叫双压电晶片元件,施加一种电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反,当向双压电晶片元件施加超声振动时,就会产生一种电信号。基于以上作用,便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。图7 超声波内部构造超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体
