基于單片機(jī)的超聲波汽車報警系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，采用AT89C52單片機(jī)作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機(jī)產(chǎn)生。超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計
2．1 硬件電路框圖
單片機(jī)AT89C52作為主控器，上電復(fù)位。XTAL1和XTAL2接12 MHz晶振與電容構(gòu)成的時鐘電路。P1．0控制由555定時器及超聲波換能器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(jī)的INT0口一個低電平。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位共陽極數(shù)碼管，P2口的低四位控制數(shù)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在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波信號遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器R接收到，此時只要計算出從發(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，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右越陶?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。為了增強系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)在軟硬件上采用抗干擾措施。
2．3 發(fā)射電路設(shè)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)射控制電路兩個部分，超聲波探頭(又稱“超聲波換能器”)選用CSB40T。40 kHz的超聲波是利用555時基電路振蕩驅(qū)動超聲波探頭產(chǎn)生的。
超聲波發(fā)射電路圖如下圖3所示，其中R2為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號頻率，使之與換能器的40 kHz固有頻率一致。
555定時器的3腳是復(fù)位端，利用它來控制超聲波脈沖的發(fā)射。當(dāng)4腳為高電平時，555有振蕩脈沖輸出；為低電平時，555定時器清零，沒有輸出。因而，將4腳與單片機(jī)的控制信號相接就可以控制發(fā)射電路。為保證555時基電路具有足夠的驅(qū)動能力，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(jī)P1．0進(jìn)行控制。
2．4 接收電路設(shè)計
集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)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(tǒng)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(zhuǎn)換后經(jīng)過0．056μF的電容初步濾波后，進(jìn)入CX20106A的1腳，經(jīng)過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)過內(nèi)部的整形電路，從7腳輸出至AT89C52單片機(jī)的外部中斷0(P3．2)口。當(dāng)芯片接收到40 kHz的信號時，7腳的輸出由高電平轉(zhuǎn)為低電平，單片機(jī)外部中斷0口檢測到輸入信號的下降沿或低電平時，立即產(chǎn)生中斷，同時停止定時／計數(shù)器，從而得到超聲波的回波時間t。