基于單片機的超聲波汽車(chē)報警系統的設計

根據設計要求并綜合各方面因素，采用AT89C52單片機作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現LED數字顯示，超聲波驅動(dòng)信號用單片機產(chǎn)生。超聲波測距器的系統框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計
2．1 硬件電路框圖
單片機AT89C52作為主控器，上電復位。XTAL1和XTAL2接12 MHz晶振與電容構成的時(shí)鐘電路。P1．0控制由555定時(shí)器及超聲波換能器CSB40T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波。超聲波信號碰到障礙物時(shí)信號立刻返回，經(jīng)傳感器，濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機的INT0口一個(gè)低電平。P1．1、P1．2、P1．3和P1．7分別控制綠、黃、紅指示燈和蜂鳴器。P0口接4位共陽(yáng)極數碼管，P2口的低四位控制數碼管的位選。其硬件框圖如圖2所示。

2．2 超聲波的計算
超聲波測距的原理如圖3所示，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號，當這個(gè)超聲波信號遇到被測物體后反射回來(lái)，就會(huì )被超聲波接收器R接收到，此時(shí)只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。
該距離的計算公式為：
其中，d為被測物與測距器的距離；s為聲波往返的路程；v為聲速；t為聲波往返所用的時(shí)間。

由于超聲波也是一種聲波，其速度v與溫度有關(guān)，在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可以認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過(guò)溫度補償的方法加以教正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。為了增強系統的可靠性，應在軟硬件上采用抗干擾措施。
2．3 發(fā)射電路設計
超聲波發(fā)送電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分，超聲波探頭(又稱(chēng)“超聲波換能器”)選用CSB40T。40 kHz的超聲波是利用555時(shí)基電路振蕩驅動(dòng)超聲波探頭產(chǎn)生的。
超聲波發(fā)射電路圖如下圖3所示，其中R2為可調電阻的目的是為了調節信號頻率，使之與換能器的40 kHz固有頻率一致。
555定時(shí)器的3腳是復位端，利用它來(lái)控制超聲波脈沖的發(fā)射。當4腳為高電平時(shí)，555有振蕩脈沖輸出；為低電平時(shí)，555定時(shí)器清零，沒(méi)有輸出。因而，將4腳與單片機的控制信號相接就可以控制發(fā)射電路。為保證555時(shí)基電路具有足夠的驅動(dòng)能力，宜采用+12 V電源供電。4腳為超聲波發(fā)射控制信號輸入端，由單片機P1．0進(jìn)行控制。
2．4 接收電路設計
集成電路CX20106A是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率為38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，所以可以利用它做超聲波的檢測接收電路。
超聲波測距系統的接收電路如圖4所示。超聲波接收換能器將接收到的回波信號轉換后經(jīng)過(guò)0．056μF的電容初步濾波后，進(jìn)入CX20106A的1腳，經(jīng)過(guò)CX20106A的前置放大器，限幅放大，帶通濾波器(中心頻率為40 kHz)，檢波器及比較器，最后經(jīng)過(guò)內部的整形電路，從7腳輸出至AT89C52單片機的外部中斷0(P3．2)口。當芯片接收到40 kHz的信號時(shí)，7腳的輸出由高電平轉為低電平，單片機外部中斷0口檢測到輸入信號的下降沿或低電平時(shí)，立即產(chǎn)生中斷，同時(shí)停止定時(shí)／計數器，從而得到超聲波的回波時(shí)間t。