通俗講實(shí)質(zhì)上是一種換能器，在某種程度上它是可逆的。一方面，機(jī)械振蕩由電振蕩的能量轉(zhuǎn)變，形成超聲波;另一方面，超聲波的能量轉(zhuǎn)化可以變成電震蕩。所以發(fā)射電路和接收電路這兩個(gè)部分是超聲波傳感器的兩個(gè)重要組成部分。在空氣中傳播、擴(kuò)散的小型超聲波傳感器是一種比較常見(jiàn)的作品。

當(dāng)把超聲波作為常用的檢測(cè)手段時(shí)，我們必須在產(chǎn)生超聲波的情況下同時(shí)能夠接收超聲波。能夠同時(shí)完成這兩樣的的裝置就會(huì)被稱作是超聲波傳感器，但是我們一般習(xí)慣上會(huì)叫他為超聲換能器，還有可能稱作為超聲探頭。超聲探頭的金屬或者塑料外殼里面的壓電晶片就是超聲探頭的最大的核心。有非常之多的材料可以制造成晶片。晶片的大小，如直徑和厚度也是存在非常大的差異的，所以每個(gè)探頭的性能是各不相同的。

2.2超聲波測(cè)距原理

我們使用超聲波的發(fā)射裝置來(lái)發(fā)出超聲波，通過(guò)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差你就能夠計(jì)算出車尾與障礙物之間的距離了。這個(gè)原理與雷達(dá)測(cè)距是很像似的。發(fā)射超聲波的便是超聲波發(fā)生器，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（s），即（s=vt/2）

在超聲波測(cè)距電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔，被測(cè)物距越遠(yuǎn)，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。本次設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測(cè)法。測(cè)距時(shí)由安裝在同位置的超聲波發(fā)射器和超聲波接收器完成超聲波的發(fā)射和接收，由定時(shí)器計(jì)時(shí)。首先有發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，一旦遇到障礙物就會(huì)被反射回來(lái)，當(dāng)接收器接收到反射波后立即停止計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間t(s)。由于常溫下，超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，所以發(fā)射點(diǎn)距障礙物之間的距離為：L=340t/2=170t,公式中，L為車尾與障礙物的距離，單位為米，t為計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間，單位為秒。

由于單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)，實(shí)際上是對(duì)機(jī)器周期T機(jī)的計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率fosc取12MHz，設(shè)計(jì)數(shù)值為N，則

-6(s)

L=0.017×N(cm)

程序中按上面式計(jì)算車尾與障礙物間的距離。

第三章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1方案設(shè)計(jì)

社會(huì)迅速發(fā)展的今天，測(cè)距方法已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的了，我們必須選出一種恰當(dāng)?shù)姆椒ú拍茏屛覀兊脑O(shè)計(jì)變得更加精確和穩(wěn)定。我們使用單片機(jī)來(lái)操控汽車的超聲波測(cè)距儀，首先，超聲波測(cè)距儀發(fā)出一個(gè)信號(hào)出來(lái)，在信號(hào)線的傳輸下，信號(hào)就會(huì)被傳輸?shù)胶桶l(fā)射裝置連在一起的信號(hào)引腳上面，然后這個(gè)發(fā)射裝置就會(huì)隨機(jī)發(fā)射超聲波，并且一發(fā)射就開(kāi)始計(jì)算時(shí)間，傳播的過(guò)程中，如果遇到障礙物，超聲波就會(huì)馬上折射回到原來(lái)的方向上，這時(shí)候，接收裝置接收到超聲波，時(shí)間也會(huì)隨之停止計(jì)時(shí)。聲音的速度是340m/s，當(dāng)熱超聲波的速度也是一樣的，通過(guò)記錄的時(shí)間，我們就可以算出車尾與障礙物之間的距離啦。

3.2處理器

單片機(jī)自從上世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子、家用電器等各行各業(yè)。在一片半導(dǎo)體硅片上有集成中央處理器、并行I/O 口、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線組成的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。本節(jié)將會(huì)介紹AT89S52單片機(jī)的硬件基本結(jié)構(gòu)、引腳功能、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、特殊功能寄存器等幾方面。

單片機(jī)是測(cè)距防撞控制系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)，與前、后向通道和人機(jī)交互接口，共同構(gòu)成這個(gè)系統(tǒng)的核心程序。有的包括一切全部系統(tǒng)，然而有的只包括幾個(gè)小部分，系統(tǒng)規(guī)模取決于系統(tǒng)的要求。單片機(jī)在控制系統(tǒng)中充當(dāng)系統(tǒng)中樞的角色，有作出決策的功用。前向通道是信息的輸入端口。水溫傳感器、氣壓傳感器、位置傳感器、空氣流量計(jì)、電池電壓傳感器等測(cè)得的連續(xù)模擬信號(hào)，參數(shù)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)譯處理后得到的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由前向通道輸送給單片機(jī)。單片機(jī)可以在對(duì)獲取系統(tǒng)運(yùn)行信息進(jìn)行處理輸送，在經(jīng)過(guò)邏輯判斷或微機(jī)計(jì)算后，由后向通道把控制量傳遞給測(cè)距防撞控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保系統(tǒng)按照預(yù)定編譯的程序運(yùn)行。這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是電磁鐵或閥門(mén)等。

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要汽車駕駛者設(shè)定一些參數(shù)和及時(shí)控制運(yùn)行過(guò)程中的一些狀態(tài)變化，所以系統(tǒng)還有設(shè)置必須的人機(jī)交互端口，不同于類似電腦這樣有鍵盤(pán)和顯示器的系統(tǒng)裝置，汽車單片機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)交互系統(tǒng)一般比較簡(jiǎn)單，輸入設(shè)備可以選擇較為簡(jiǎn)單鍵盤(pán)或按鈕，輸出顯示設(shè)備可以采用較為直觀的顯示裝置。

對(duì)于該系統(tǒng)裝置單片機(jī)的選用考慮到各方面因素，應(yīng)選用車載單片機(jī)。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)除了必要的的硬件支持，其中更重要的是設(shè)計(jì)軟件。單片機(jī)開(kāi)發(fā)需要使用專用的開(kāi)發(fā)工具，每一個(gè)單片機(jī)都有相對(duì)的指令系統(tǒng)，可以用Keil C51、匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言等編寫(xiě)。

51 系列單片機(jī)最早期是由Intel 公司所開(kāi)發(fā)的，后來(lái)因?yàn)镮ntel公司轉(zhuǎn)型去研發(fā)電腦處理器從而轉(zhuǎn)讓了51系列單片機(jī)技術(shù)使用的專利權(quán)。AT89S52單片機(jī)內(nèi)集成含256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和4kbytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序的存儲(chǔ)器，片內(nèi)安置有平時(shí)經(jīng)常使用的8位的CPU，也就人們平常說(shuō)的中央處理器，具有這種非常厲害功能的單片機(jī)，就是上面我是用的AT89S52能夠使用在相當(dāng)多的高性價(jià)比的應(yīng)用平臺(tái)，各個(gè)控制領(lǐng)域也可以靈活應(yīng)用。AT89S52具有下面這些非常常見(jiàn)的主要功能：8k字節(jié)Flash閃存，256byte內(nèi)部使用RAM，三十二個(gè)I／O口的接線，2個(gè)十六位定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)五倍向量的可以切開(kāi)兩級(jí)的構(gòu)造，1個(gè)全雙工串行通信接口，單片機(jī)內(nèi)部振蕩器，還有很常見(jiàn)的時(shí)鐘電路。與此同時(shí)，AT89S52不僅能夠一直減少到零赫茲的非動(dòng)態(tài)邏輯操作的狀態(tài)，還能夠存在節(jié)電工作這樣的模式，而且有兩種軟件可提供選擇。在空閑的方式下中斷CPU正常情況下的工作，不過(guò)是能夠同意RAM的，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口和停止系統(tǒng)像之前一樣的進(jìn)行運(yùn)作。掉電方式會(huì)保存RAM中的未存儲(chǔ)內(nèi)容，但振蕩器不再運(yùn)行而且其他的部件也會(huì)一起被禁止工作，一直會(huì)持續(xù)到下一個(gè)硬件的復(fù)位脈沖。

圖3.1 AT89S52

微處理器（CPU）： AT89S52 單片機(jī)中是一個(gè)8 位CPU 處理器，其中CPU 又包括運(yùn)算器和控制器兩個(gè)大部分，運(yùn)算器的主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)、邏輯、算術(shù)、位操作等系列運(yùn)算，控制單片機(jī)中各功能部件能夠協(xié)調(diào)一致地工作。AT89S52 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)集成有256B 的RAM 以高速RAM 集成在片內(nèi)。程序存儲(chǔ)器AT89S52存儲(chǔ)器集成有8KB的Flash存儲(chǔ)器，能夠?qū)崿F(xiàn)編程或擦除等系列功能。中斷系統(tǒng)中擁有6個(gè)中斷源。