基于超声波测距的倒车防撞系统的设计毕业论文(35页).doc

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1、-基于超声波测距的倒车防撞系统的设计毕业论文-第 28 页基于超声波测距的倒车防撞系统的设计论文作者姓名： 申请学位专业： 申请学位类别： 指导教师姓名(职称)： 论文提交日期： 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名：

2、日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

3、意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日基于超声波测距的倒车防撞系统的设计摘 要随着社会经济的发展和交通运输业的不断兴旺，汽车的数量在不断的增加。交通拥挤状况也日益严重，撞车事件也经常发生，造成了很多不可避免

4、的人声伤亡和经济损失，面对这种情况，设计一种响应快、可靠性高并且比较经济的汽车防撞预警系统显得非常的重要。超声波测距法是一种最常见的距离测量方法。本文介绍的就是利用超声波测距法设计一种倒车防撞报警系统。本文的内容是基于超声波测距的倒车防撞系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和STC89C52单片机结合于一体，设计出一种基于STC89C52单片机得倒车防撞系统。本系统采用软硬结合的方法，具有模块化和多用化的特点。论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。

5、通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。关键词：倒车防撞；超声波；测距；STC89C52The Design of Reversing Collision Avoidance System Based on Ultrasonic DistanceAbstractionWith the social and economic development and transportation continues to boom, the aut

6、omobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serous, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickly, the reliability was hig

7、h also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collisio

8、n avoidance system.The paper is based on the ultrasonic distance reversing collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration STC89C52 monolithic integrated circuit, STC89C52 monolithic integrated cir

9、cuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of modular and multi-use characteristics.The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultra

10、sound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basic, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various system design module

11、s principles introduced. On the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function.Key word: reversing collision avoidance; ultrasonic wave； range finder；STC89C5

12、2目 录论文总页数：33页1 引言11.1 课题背景11.2 国内应用现状11.3 本课题研究的意义21.4 本课题的研究方法22 超声波测距原理22.1 超声波检测概述22.2 超声波传感器介绍32.3 超声波测距的原理52.4 系统主框图及各模块电路62.4.1 发射框图和电路图62.4.2 接收框图和电路图72.4.3 显示框图和电路图82.4.4 单片机复位电路92.4.5 时钟电路102.4.6 超声波测距电路103 芯片的介绍113.1 系统主控芯片的介绍113.2 CX20106A124 系统软件设计144.1 算法设计144.2 主程序154.3 超声波发生子程序164.4 超

13、声波接收中断程序175 系统调试与误差分析195.1 系统的调试195.2 系统测量数据及误差分析195.2.1 测量数据195.2.2 误差分析195.2.3 针对误差产生原因的系统改进方案216 系统设计与制作的问题与特点226.1 多次反射问题226.2 超声波传感器的盲区226.3 可测障碍物的极限参数226.4 测量距离与信号强度的关系22结 论23参考文献24致 谢25声 明26附 录271 引言1.1 课题背景随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与

14、车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警

15、声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。1.2 国内应用现状近年来，由于导航系统、工业机器人的自动测距、机械加工自动化等方面的需要，自动测距变得十分重要。与同类测距方法相比，超声波测距法具有以下优势：（1）相对于声波，超声波有定向性较好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力强等优势。（2）和光学方法相比，超声波的波速较小，可以直接测量较近的目标，纵向分辨率高；对色彩、光照度、电磁场不敏感，被测物体处于黑暗、烟雾、电磁干扰、有毒等比较恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘测具有独特的优点。（3）超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，便于小型化和集成化。随着科学技术的快速发

16、展，超声波的应用将越来越广泛。但就目前技术水平来说，人们利用超声波的技术还十分有限，因此，这是一个正在不断发展而又有无限前景的技术。超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用，目前对超声波的精度要求越来越大。超声波作为一种新型的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。未来超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展。1.3 本课题研究的意义随着人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市车辆逐渐增多，因为停车不当而造成的交通事故也越来越多。为了避免事故的发生，一个能够直观的测出汽车与障碍物之间距离的装置变得十分必要。它可以及时准确

17、的将车辆与障碍物之间的距离反映出来，给司机准确的信息和更多的反映时间，减少事故的发生。通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在LED数码管上。1.4 本课题的研究方法本设计选用TCT40-16T/R超声波传感器。了解超声波测距的原理的，只有对理论知识有一定的学习才能运用到实际操作中。根据原理设计超声波测距仪的硬件结构电路。对设计的电路进行分析能够产生超声波，

18、实现超声波的发送和接收，从而实现利用超声波测距的方法测量物体之间的距离。具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，LED显示电路。2 超声波测距原理2.1 超声波检测概述超声波是一种频率超过20的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性反射、折射、干涉、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。利用超声检测往往比较迅速，方便，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业使用的要求，主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长

19、度等场合。超声波在介质（固体、液体、气体）中传播时，利用不同介质的不同声学特性对超声波传播的影响来探查物体和进行测量的技术称为超声波检测。当超声波以脉冲形式在介质中传播时，利用反射这一性质，在金属、非金属中用来探测缺陷的位置和性质，从而对钢板、锻件、焊缝、混凝土等进行探伤检验；在水中，根据反射波可以探测潜水艇和鱼群，测量海底深度以及探查海底低层等；在人体中则可以协助临床诊断疾病和探测胎儿等。利用超声波连续性的共振性质，可以测量高压电容器，锅炉，轮船甲板等的厚度或者腐蚀程度，也可制成机械滤波器。利用超声波的衰减特性，可以研究或测量材料的物理特性。当超声波射到运动体时，利用多普勒效应，可以测量流速

20、流量，探测心脏血管搏动等。若将超声波作为载波传送某些信号，则可制成水中电话，水中遥测仪等，以进行水中通信。利用超声波在固体，液体中传播的速度远小于电磁波这一特性，可制成超声波延迟线和存储装置以及进行电视制式的转换。还可利用超声波检漏、测量液位、粘度、硬度和温度等。超声波测量在国防、航空航天、电力、石化、机械、材料等众多领域具有广泛的作用，它不但可以保证产品质量、保障安全，还可起到节约能源、降低成本的作用。超声波与光波、电磁波、射线等检测相比，其最大特点是穿透力强，几乎可以在任何物体中传播，了解被测物体内部情况。超声检测设备还具有结构简单，成本低廉的优点，有利于工程实际使用。近十几年来，由于微机

21、技术、现代电子技术、信号处理技术以及超声波产生和接收新技术的发展，突破了常规超声检测的限制，进一步开拓了其适用范围。2.2 超声波传感器介绍超声波传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声波传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要包括压电传感器、磁致伸缩传感器、静电传感器。流体动力型包括有气体和液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声波传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声波传感器称为探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”。压电传感器属于超声波传感

22、器中电声型的一种。探头由压电晶片、楔块、接头等组成，是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分。压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。属于晶体的如石英、铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。其具有下列的特性：把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；相反，对这种材料施以外力，则由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。因此，用这种材料可以制成超声传感器。传感器的主要组成部分是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶

23、片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷上加上有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会产生超声波。如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的

24、，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波相同的电信号。压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的逆向压电效应来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个锥形振子，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，并带动锥形振子振动，便产生超声波。反之，如果两极间未外加电压，当锥形振子接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。图1 压电式超声波传感器结构图压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率。发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。这样，超声传感器才有较高的灵敏度。

25、当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可非常方便的改变其固有谐振频率。利用这一特性可制作成各种频率的超声波传感器。一般常用的超声波传感器有两种：专用型和兼用型。专用型是发送器用作发送超声波，接收器用作接收超声波；兼用型就是发送器和接收器是一体的传感器，既可以发送超声波，又可以接收超声波。本设计选用的超声波传感器是专用型，其型号为TCT40-16T和TCT40-16R，其中40表示传感器工作的中心频率为40,16表示传感器的外径为16，T和R分别表示发射器和接收器1。2.3 超声波测距的原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就

26、立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离，如图2所示图2 超声波测距原理图2中被测距离为H，两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用表示，由图可得： (1) (2)将式(2)带入式(1)得： (3)在整个传播过程中，超声波所走过的距离为： (4)式中：为超声波的传播速度，为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。将式(4)带入式(3)可得： (5)当被测距离H远远大于M时，式(5)变为： (6)这就是所谓的时间差测距法。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍

27、的声源与障碍物之间的距离2。由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。2.4 系统主框图及各模块电路超声波测距系统的结构框图如图3所示超声波发射超声波接收单片机控制器4位数码管显示图3 超声波测距系统的结构框图超声波测距系统的设计中用超声波传感器作为测量器件，用单片机中的程序进行处理，最

28、后通过LED数码管显示出测量的距离值。超声波测距仪由四部分组成，包括单片机、超声波接收电路、超声波发送电路和数码管显示。由系统的主框图，可以把系统分成三部分：2.4.1 发射框图和电路图图4为系统发射框图。超声波发射部分由发射调制电路和超声波发射探头构成。调制电路用作电流放大。主控芯片STC89C52发射调制电路超声波发射探头图4 系统发射框图超声波在空气中传播功率与频率成正比，比较和分析几种常用的超声波频率的特点，最终选取频率为38.5。超声波发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射器T构成，74LS04用于增强驱动能力，使输出方波更加标准。单片机端口输出的38.5的间断方波信号，此时定

29、时器开始计时，该方波信号一路经一级反相器后送到超声波发射器的一个电极，另一路经两级反相器后送到超声波发射器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波发射器的两级，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反相器并联，可以提高驱动能力。上拉电阻、可以提高反相器输出高电平的驱动能力，还可以增加超声波发射器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。超声波发射电路原理图如图5所示。图5 超声波发射电路2.4.2 接收框图和电路图图6为系统接收框图。超声波接收探头接收反射回来的声波信号，经放大后把信号引进一个带通滤波器，然后把信号再次放大后引入比较电路，最后进入单片机进行处理。超声波接收探头放大电路滤波电路放

30、大电路比较电路主控芯片STC89C52图6 系统接收框图超声波接收电路采用CX20106A集成电路，对超声波接收器收到的信号进行放大、滤波。它是一款红外线检波接收的专用芯片，有较强的抗干扰性和灵敏度。超声波接收器将收到的返回超声波转成微弱电信号，经CX20106A放大、整形后再输出。通过外接电阻，将CX20106A内部带通滤波电路的中心频率设置为40，就可接收和放大超声波电信号，并整形和输出。采用CX20106A实现超声波放大和整形，可避免采用多级集成运放组成高增益放大电路易产生自激等问题。超声波接收电路原理图如图7所示。图7 超声波接收电路2.4.3 显示框图和电路图图8为系统显示框图。单片

31、机对经处理过的反射信号进行最终的数学处理，把最终结果显示在数码管上。经处理的反射信号主控芯片STC89C52数码管显示图8 系统显示框图显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅仅在于显示器的结构类型不同。最简单的显示器可以使用LED发光二极管，而复杂的较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏。综合设计的实际要求以及考虑单片机的接口资源，采用4位LED数码管显示。其显示电路如图9所示。图9 系统显示电路2.4.4 单片机复位电路在单片机应用系统工作中，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状

32、态时，为摆脱困境，为需按复位键以重新启动。所以，系统的复位电路必须准确、可靠地工作。单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠的复位，在设计复位电路时，通常使RST保持高电平，只要RST保持高电平，则单片机就循环复位。单片机复位电路通常采用以下几种方式：上电自动复位，上电自动复位是通过外部复位电路的点容充电来实现的，在电容充电的过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。系统复位，在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠工作，常将RC电路接施密特电路后再接入单片机复位端和外围

33、电路复位端。适用于应用现场干扰大、电压波动大的工作环境，并且，当系统有多个复位端时，能保证可靠的同步复位。按键电平复位，按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的。考虑本设计结构简单，干扰小，故采用按键电平复位。电路图如图10所示。图10 按键电平复位电路2.4.5 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。该时钟电路由两个电容和一个晶体振荡器构成。XTAL1是接外部晶体管的一个引脚，在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。输

34、出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成一个稳定的自激振荡器。电路中的电容一般取30左右，而晶体振荡器的频率范围通常是1.2到12，电路中采用12，晶体振荡器的频率越高，振荡频率就越高。其电路如图11所示。图11 时钟电路2.4.6 超声波测距电路电路中用P1.0口输出超声波传感器所需的38.5方波信号，利用外中端口检测超声波接收电路的返回信号，显示电路采用简单的4位LED数码管。采用STC89C52来实现对CX20106A红外接收芯片和超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送。然后利用单片机的INTO，当INTO

35、引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所记的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射到接收往返时间的计时。其电路图如图12所示。图12 超声波测距电路图3 芯片的介绍3.1 系统主控芯片的介绍选择STC89C52单片机作为该系统的主控芯片。STC89C52片内含有8K的可反复擦写的只读Flash程序存储器和512 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。40个引脚，32个双向输入/输出（I/O）端口，同时含有3个16位可编程定时器，2个串行中断，2个外部中断源和2个读写中断口线。性能卓

36、越，保密性好，因为采用串口烧写所以烧写更方便更安全，不用担心会烧坏芯片，STC单片机可重复烧写10万次,是普通51单片机的100倍。STC89C52完全兼容AT89C51、AT89C52 、AT89S51、 AT89S52 ,扩展性比AT89S52强很多。STC89C52的管脚图如图13：图13 STC89C52管脚I/O端口的编程实际上就是根据应用电路的具体功能和要求对I/O寄存器进行编程。具体步骤如下：根据实际电路的要求，选择要使用哪些I/O端口，用EQU伪指令定义其相应的寄存器；初始化端口的数据输出寄存器，应避免端口作为输出时的开始阶段出现不确定状态，影响外围电路正常工作；根据外围电路功

37、能，确定I/O端口的方向，初始化端口的数据方向寄存器。对于用作输入的端口可以不考虑方向初始化，因为I/O的复位缺省值为输入；用作输入的I/O管脚，如需上拉，再通过输入上拉使能寄存器为其内部配置上拉电阻；最后对I/O端口进行输出（写数据输出寄存器）和输入（读端口）编程，完成对外围电路的相应功能。3.2 CX20106ACX20106A红外接收专用集成电路IC性能优越，封装形式及体积与许多遥控信号接收器IC相同或相似，可用来代替多种信号的遥控集成电路。CX20106A采用8脚单列直插式塑料封装，内部结构框图如图14.图14 CX20106A内部结构框图CX20106A的脚接收外部的电信号，CX20

38、106A的总放大增益约为80dB，以确保其脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5伏到5伏范围内。总增益大小由脚外接的电阻和电容决定，电阻越小或电容越大，增益越高。电容取值过大时将造成频率响应变差，通常取1.脚需要连接一个检波电容，一般取3.3.CX20106A采用峰值检波方式，当容量较大时将变成平均值检波，瞬态响应灵敏度会变低，较小时虽然仍为峰值检波，且瞬态响应灵敏度很高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易造成解调出错而产生误操作。带通滤波器中心频率需接一个外部电阻,改变阻值，可改变载波信号的接受频率，当偏离载波频率时，放大增益会显著下降。脚外接积分电容，一般取330，取值过大，虽然可使抗干

39、扰能力增强，但也会使输出编码脉冲的低电平持续时间增长，造成遥控距离变短。脚为输出端，CX20106A处理后的脉冲信号由脚输出给后续电路再加工处理推动负载工作。CX20106A各管脚的功能：脚为红外信号输入端，该脚的输入阻抗约为40脚为增益调节端，该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻或减小电容，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但电容的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为电阻为4.7，电容为1.脚为检波端，该脚与地之间连接检波电容，电容量大的时候为平均值检波，瞬间响应

40、灵敏度地，当容量小时，则是峰值检波，瞬间响应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3.脚为接地端。脚为带通滤波器调整端，该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率，阻值越大，中心频率越低。脚为积分端，该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。为信号输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接一个上拉电阻到电源端，推荐值为22，没有接受信号时该端输出为高电平，有信号时则产生低电平。为电源端3。4 系统软件设计超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。C语言程序有利于

41、实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。在系统硬件构架了超声波测距的基本功能之后，系统软件所实现的功能主要是针对系统功能的实现及数据的处理和应用，系统软件需要实现以下功能：（1）信号控制在系统硬件中，已经完成了发射电路、接收电路、显示电路等的设计。在系统软件中，要完成增益控制信号、发射脉冲信号、远近控制信号的时序及输出。（2）数据存储为了得到发射信号与接收回波间的时间差，要读出此刻计数器的计数值，然后存储在RAM中，而且每次

42、发射周期的开始，需要对计数器清零，以备后续处理。（3）信号处理RAM中存储的计数值并不能作为距离值之间显示和输出，因为计数值与实际的距离值之间要通过公式转换，其中t为发射信号到接收之间经历的时间，为方波信号作为计数脉冲时计数器的时间分辨率，N为计数器的值。在这部分中，信号处理包括计数值与距离值的换算，二进制数与十进制数的转换。（4）数据传输与显示经软件处理得到的距离送到LED数码管显示。由于距离值的得出及显示是在中断子程序中完成的，因此在初始化发射程序后进入中断响应的等待。在中断响应之后，原始数据经计数值与距离值换算子程序，二进制与十进制转换子程序后显示输出。整个系统软件的功能的实现可以分为主

43、程序、中断服务程序几个主要部分。4.1 算法设计超声波测距的原理是超声波发生器T在某时刻发出一个超声波信号，当这个超声波信号遇到障碍物后反射回来，就被超声波接收器R所接收。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与障碍物之间的距离。距离的计算公式为： (6)其中，H为障碍物与测距仪的距离，s为超声波往返的路程，为超声波的速度，为超声波往返所用的时间。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和接收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片

44、机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。4.2 主程序主程序是单片机程序的主体，整个单片机端系统软件的功能的实现都是在其中完成的，在此过程中主程序调用了子程序及中断服务程序。主程序首先要对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA并对显示端口P0和P2清零；然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时0.1（这也就是超声波测距器会有一个最小可测距离的原因）后才打开外中断0接收返回的超声波信号，由于采用的是12的晶振，计数器每计一个数就是1，所以当主程序检测到接收成

45、功的标志后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式（7）计算，即可得被测物体与障碍物之间距离，设计时取20时的声速为344，则有 （7）其中：为计数器T0的计数值。测出距离后，结果将以十进制BCD码方式送往数码管显示。图15所示为主程序流程图。图15 主程序流程图4.3 超声波发生子程序超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送两个左右的超声波脉冲信号（频率约38.5的方波），脉冲宽度为12左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波发生子程序较简单，但要求程序运行时间准确，所以采用汇编语言编程。其部分源程序如下所示：超声发生子程序（12M晶振38.5KHz） NAME CS_T?PR?CS_T?CS_T SEGMENT CODE PUBLIC CS_T RSEG ?PR?CS_T?CS_TCS_T: PUSH ACC MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H MOV ACC, #10 SETB TR0CS_T1: CPL P1.0 NOP