1、山西大學(xué)畢 業(yè) 論 文 論文題目 基于單片機倒車防撞雷達的設(shè)計研究學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年 級 姓 名 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 2021年6月學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當。學(xué)位論文作者簽名親筆： 年 月 日學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計版權(quán)使用授權(quán)書專業(yè)： 論文設(shè)計題目：本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)

2、位論文的規(guī)定，本科生在校攻讀期間學(xué)位論文設(shè)計工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，同意學(xué)校保存并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或局部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 畢業(yè)后發(fā)表與本研究有關(guān)的文章，作者單位署名應(yīng)為“山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，可以在備注中注明本人現(xiàn)工作單位。本研究成果的知識產(chǎn)權(quán)歸屬山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，未經(jīng)指導(dǎo)教師和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)同意。本人不私自從事與課題有關(guān)的任何開發(fā)和盈利性活動。學(xué)位論文作者簽名親筆： 年 月 日導(dǎo)師簽名親筆： 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計論 文評 價 表指導(dǎo)教師

3、意見 簽 字： 年 月 日評閱人意見 簽 字： 年 月 日辯論委員會意見 主任委員簽字： 年 月 日評分或評語 院長簽字： 年 月 日基于單片機倒車防撞雷達的設(shè)計研究摘要隨著我國經(jīng)濟飛速開展，越來越多的人擁有了自己的汽車，同時由泊車和倒車所引發(fā)的事故也越來越多。這些事故常常給駕駛員帶來許多麻煩，因此，有助于駕駛員泊車和倒車的倒車雷達應(yīng)運而生。倒車雷達，是汽車泊車平安輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況。本文介紹了一種利用超聲波測距原理研究的高性價比倒車雷達，它可以提醒駕駛員進入警戒區(qū)域，同時進行三級聲光報警。無須占用司機的視覺資源，使司機可以把全部注意力用于觀察車前及

4、車旁的路況。超聲發(fā)射局部由89C51單片機產(chǎn)生40kHz的信號，通過CD4069驅(qū)動發(fā)射探頭；系統(tǒng)接收局部由接收探頭拾取反射回來的微弱信號，當接收電路接收到反射信號就中斷89C51計數(shù)器停止計數(shù)，從而得到超聲波從發(fā)射到接收信號的時間差。關(guān)鍵詞：倒車雷達、超聲波、單片機畢業(yè)設(shè)計說明書論文中文摘要Based on monolithic integrated circuit back-draft anticollision radar design research修改對應(yīng)的英文文摘AbstractAlong with our country economy rapid development, m

5、ore and more many people had own automobile, simultaneously by parks the accident which initiates with the back-draft more and more to be also many. These accidents frequently bring many troubles to the pilot, therefore, is helpful in the pilot parks with the back-draft back-draft radar arises at th

6、e historic moment.The back-draft radar, is the automobile parks the safe auxiliary unit, can or a more direct-viewing demonstration informs around the pilot by the sound the obstacle situation, the puzzle which relieved the pilot to have parked with start vehicles when all around visits causes, and

7、helped the pilot to clean the field of vision dead angle and the line of sight fuzzy flaw. This article introduced one kind of use ultrasonic ranging principle research the high performance-to-price ratio back-draft radar, it may remind the pilot to enter the zone of security, simultaneously carries

8、 on three levels of acousto-畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)外文摘要optics to report to the police. Does not need to take drivers visual resources, enables the driver to be possible to use in the complete attention observing in front of nearby the vehicle and the vehicle state of roads. The supersonic launch part produces t

9、he 40kHz signal by the 89C51 monolithic integrated circuit, Through CD4069 actuation launch probe head; The system receive part the weak signal which reflects by the receive probe head collection, When the accepting circuit receives the reflection signal to interrupt the 89C51 counter stop counting,

10、 thus obtains the ultrasonic wave from to launch to the receive signal time difference.Keywords :Reversing radar, Ultrasonic, SCM目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202115682 1引言 PAGEREF _Toc202115682 h 1 HYPERLINK l _Toc202115683 1.1 倒車雷達研究的背景及意義 PAGEREF _Toc202115683 h 1 HYPERLINK l _Toc202115684 1

11、.2 國內(nèi)外倒車雷達的開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc202115684 h 2 HYPERLINK l _Toc202115685 1.3 雷達的開展 PAGEREF _Toc202115685 h 2 HYPERLINK l _Toc202115686 2 超聲波倒車雷達的工作原理 PAGEREF _Toc202115686 h 3 HYPERLINK l _Toc202115687 2.1 超聲波 PAGEREF _Toc202115687 h 3 HYPERLINK l _Toc202115688 2.2 超聲波發(fā)生器 PAGEREF _Toc202115688 h 4 HYPERL

12、INK l _Toc202115689 2.3 超聲波測距原理 PAGEREF _Toc202115689 h 4 HYPERLINK l _Toc202115690 2.4 超聲波測距誤差分析 PAGEREF _Toc202115690 h 6 HYPERLINK l _Toc202115691 溫度誤差 PAGEREF _Toc202115691 h 6 HYPERLINK l _Toc202115692 2.4.2 時間誤差 PAGEREF _Toc202115692 h 6 HYPERLINK l _Toc202115693 25 影響超聲波探測的因素 PAGEREF _Toc2021

13、15693 h 7 HYPERLINK l _Toc202115694 2.6 如何提醒車主 PAGEREF _Toc202115694 h 9 HYPERLINK l _Toc202115695 3 系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc202115695 h 10 HYPERLINK l _Toc202115696 3.1 倒車雷達的工作原理圖 PAGEREF _Toc202115696 h 10 HYPERLINK l _Toc202115697 3.2 系統(tǒng)硬件電路原理圖 PAGEREF _Toc202115697 h 11 HYPERLINK l _Toc202115699 4 系統(tǒng)硬件

14、電路介紹 PAGEREF _Toc202115699 h 12 HYPERLINK l _Toc202115701 4.1 AT89C51單片機 PAGEREF _Toc202115701 h 12 HYPERLINK l _Toc202115702 4.2 電源局部 PAGEREF _Toc202115702 h 15 HYPERLINK l _Toc202115703 4.3 放大電路 PAGEREF _Toc202115703 h 17 HYPERLINK l _Toc202115704 4.4 音頻解碼電路分析 PAGEREF _Toc202115704 h 18 HYPERLINK

15、l _Toc202115705 4.4.1 LM567芯片介紹 PAGEREF _Toc202115705 h 19 HYPERLINK l _Toc202115707 譯碼電路工作原理分析 PAGEREF _Toc202115707 h 20 HYPERLINK l _Toc202115708 4.4.3 LM567在使用要注意以下幾個方面 PAGEREF _Toc202115708 h 21 HYPERLINK l _Toc202115709 4.5 聲光報警電路 PAGEREF _Toc202115709 h 21 HYPERLINK l _Toc202115710 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 P

16、AGEREF _Toc202115710 h 22 HYPERLINK l _Toc202115711 計算超聲波傳播時間 PAGEREF _Toc202115711 h 22 HYPERLINK l _Toc202115712 超聲波發(fā)生子程序 PAGEREF _Toc202115712 h 23 HYPERLINK l _Toc202115713 超聲波接收中斷程序 PAGEREF _Toc202115713 h 24 HYPERLINK l _Toc202115714 參考文獻 PAGEREF _Toc202115714 h 26 HYPERLINK l _Toc202115715 致

17、謝 PAGEREF _Toc202115715 h 271引言11 倒車雷達研究的背景及意義隨著我國經(jīng)濟的快速開展，交通運輸車輛及私家用車的不斷增加，不可防止的交通問題瞬時成為人們關(guān)注的問題。其中由于倒車事故發(fā)生的頻率高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來許多麻煩，不僅經(jīng)濟上，更有人身傷害，例如撞上別人的車，如果傷及兒童更是不堪設(shè)想，基于此根底，汽車高科技產(chǎn)品中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車雷達應(yīng)運而生，倒車雷達的加裝可以解決司機的不少麻煩，大大降低了倒車事故的頻率

18、。由于存在視覺盲區(qū)，無法看清車后狀況，司機在倒車時很容易發(fā)生事故。為了減少帶來的損失，需要有一種專門幫助司機平安倒車的裝置。目前市場上用于輔助司機倒車的裝置主要有：語音告警裝置、后視系統(tǒng)以及倒車雷達等。語音告警裝置用于播放提示語以提醒車后的行人注意避讓正在倒車的汽車。這種裝置價格廉價且使用方便，缺點是只能對車后的行人起告警作用，對于其他障礙物那么不起作用，所以其應(yīng)用范圍有限。后視系統(tǒng)是由視頻捕捉裝置和視頻播放裝置組成，通過視頻司機可以很直接地看到車后的障礙物。由于這類裝置的價錢較高，目前還沒有普及。倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達，也叫“泊車輔助裝置，是汽車泊車平安輔助裝置，能以聲音或者后視鏡的顯

19、示通告司機車后的狀況，解除了司機泊車和啟動車輛時前后左右探視所引起的麻煩，并幫助司機解決由視覺引起的缺陷，提高駕駛的平安性。倒車雷達的原理與普通雷達一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車雷達體積大小及實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。司機在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，

20、再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使司機倒車時不至于撞上障礙物。1.2 國內(nèi)外倒車雷達的開展現(xiàn)狀通常的倒車雷達主要由感應(yīng)器、主機、顯示設(shè)備等三局部組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接收到的信號傳輸?shù)街鳈C，再通過顯示設(shè)備顯示出來。感應(yīng)器裝在后保險杠上，以角45輻射，檢查目標，能探索到那些低于保險杠而司機從后窗又難以看見的障礙物并報警，如花壇，蹲在車后玩耍的兒童等：顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車據(jù)后面物體還有多少距離，到危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，提示司機停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車雷達可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。轉(zhuǎn)帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險杠上：鉆孔式感應(yīng)器是

21、在保險杠上鉆一個洞，然后把感應(yīng)器嵌進去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，倒車雷達又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過幾年的開展，倒車雷達系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改進，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車雷達這3種。13 雷達的開展1) 第1代倒車雷達“倒車請注意!想必不少人還記得這種聲音它只能算作最早的有關(guān)于倒車的一個產(chǎn)品,不能稱為雷達,現(xiàn)在只有小局部商用車還在使用。只要駕駛員

22、掛上倒檔,它就會響起， 提醒周圍的人注意。從某種意義上說,它對駕駛員并沒有直接的幫助,根本屬于淘汰產(chǎn)品。最初的倒車雷達是蜂嗚器,它標志著倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時,如果距車1.51.8M處有障礙物,蜂鳴器就會開始工作,蜂鳴聲越急,表示車距障礙物越近。該裝置既沒有語音提示,也沒有距離顯示,雖然駕駛員知道車后有障礙物,但不能確定障礙物距離車究竟有多遠。2) 第2代倒車雷達第2代產(chǎn)品采用數(shù)碼波段顯示,可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果車后是物， 在1.8M開始顯示;如果是人,在0.9M左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有2種顯示方式， 數(shù)碼顯示產(chǎn)品直接顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由3種顏色來區(qū)別：

23、綠色代表平安距離，表示障礙物離車體距離有08M以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.60.8M；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6M的距離，必須停止倒車。第2代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比擬實用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。3) 第3代倒車雷達第3代產(chǎn)品是液晶熒屏顯示，這一代產(chǎn)品較以前有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。其外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便，給人以舒適的感覺，顯示的距離也更準確些。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強，所以誤報也較多。4) 第

24、4代倒車雷達第4代產(chǎn)品是魔幻鏡倒車雷達，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)，配以高速微機控制，可全天候準確地測知2M以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提 、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能，其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配，不過價格稍高。5) 第5代倒車雷達第5代產(chǎn)品是整合影音系統(tǒng)，它是專為高檔轎車生產(chǎn)的，在上一代產(chǎn)品的根底上新增了很多功能，它整合了高檔轎車的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。

25、當然其價格也相當?shù)牟环啤５管嚴走_的開展實際上已經(jīng)融入了整車的設(shè)計，隨著技術(shù)的成熟，價格的降低，倒車雷達將會逐漸普及成為標準配置。2 超聲波倒車雷達的工作原理2.1 超聲波我們知道，當物體振動時會發(fā)出聲音。科學(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為2020，000HZ。當聲波的振動頻率大于20000HZ或小于20HZ時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000HZ的聲波稱為“超聲波。超聲波廣泛地應(yīng)用在多種技術(shù)中。超聲波有兩個特點，一個是能量大，一個是沿直線傳播。由于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)。聲波是物體機械振動狀態(tài)

26、或能量的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。 超聲波具有以下的特點：1 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 2 超聲波可傳遞很強的能量。 3 超聲波會產(chǎn)生反射、干預(yù)、疊加和共振現(xiàn)象。 4 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象22 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大

27、類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。23 超

28、聲波測距原理在超聲波探測電路中, 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間間隔, 被測物距越遠, 脈沖寬度越大, 輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的方法有多種, 如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高, 但檢測范圍有限可檢測到汽車倒車中, 其障礙物與汽車的距離；聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文硬件設(shè)計采用超聲波往返時間檢測法, 其測量原理圖如圖1所示。圖1 超聲波測距原理圖其原理為: 在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ 脈沖串, 脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振子, 振蕩產(chǎn)生機械波, 并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面, 由被測面反射到超聲波接收

29、器接收, 在超聲波接收器兩端, 信號是毫伏級的正弦波信號, 超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間, 即為往返時間。超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測距。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 ,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波, 超聲波在空氣中傳播至障礙物, 經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖, 測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間, 再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離, 即： L=ct/2 (1)式1中, L為超聲傳感器與被測障礙物之間的距離, c為超聲波在介質(zhì)(空氣)中的傳輸速率, t為超聲波從發(fā)射到接收的時間。超聲波在空氣中的傳播速度為: , 其中T為

30、絕對溫度數(shù)值, ,。在測量精度不是很高的情況下, 一般可以認為c為常數(shù)340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素是使用超聲測距引起誤差的原因。2.4 超聲波測距誤差分析根據(jù)超聲波測距公式L=ct/2，可知測距的誤差是由超聲波的溫度誤差、傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。2.4.1 溫度誤差由于超聲波也是一種聲波。其聲速C與溫度有關(guān)。表1列出了幾種不同溫度下的聲速表1聲速與溫度關(guān)系溫度()3020100102030100聲速(米秒)313319325323338344349386這是超聲波的溫度效

31、應(yīng)特性，超聲波的傳播速度“C可以用公式(2)表示：C331.50.607tm/s,式中t=溫度。因此要精確測量與某個物體之間的距離時，那么應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?.4.2 時間誤差 當要求測距誤差小于1mm時，假設(shè)超聲波速度C=344m/s (20室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測距誤差st0.6V時，那么T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了T8的過多負擔，使IC8的變化范圍縮小。 4保護電路減流式保護電路減流式保護電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護的目的主要是使調(diào)整管主要是T11能在平安區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮

32、一種簡單的情況。假設(shè)圖11中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PCPCM并且輸出電流IO在額定值以內(nèi)，流過R11的電流使 =IOR110.6V時，使T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡單限流保護電路的缺乏之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值，又使PCVZ3+ VZ4，那么DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的值為經(jīng)整理后得顯然，VI VO越大，即調(diào)整管的VCE值越大，那么IO越小，從而使調(diào)整

33、管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護稱為減流式保護。5過熱保護電路 電路由DZ2、T3、T14和T13組成。在常溫時，R3上的壓降僅為0.4V左右，T14、T13是截止的，對電路工作沒有影響。當某種原因過載或環(huán)境溫升使芯片溫度上升到某一極限值時，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而到達過熱保護的目的。電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。值得指出的是：當出現(xiàn)故障時，上述幾種保護

34、電路是互相關(guān)聯(lián)的。43 放大電路 本超聲波測距電路放大局部采用雙運算放大器LM358，由于是單電源供電，需要在輸入端加直流偏置電壓，并設(shè)置適宜的靜態(tài)輸出電壓，以便能放大正負兩個方向的變化信號。圖12 LM358管腳圖LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。特性：內(nèi)部頻率補償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約

35、1MHz) 電源電壓范圍寬單電源(332V)雙電源(1.5一15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入失調(diào)電壓：2mV 共模輸入電壓范圍寬 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)4.4 音頻解碼電路分析集成鎖相環(huán)音頻譯碼器LM567是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相環(huán)路中的一種，它設(shè)計精巧，電路簡潔，良好的噪聲抑制能力和中心頻率穩(wěn)定性，在各種譯碼電路中得到了廣泛的應(yīng)用。鎖相環(huán)是一個閉環(huán)的相位負反響控制系統(tǒng)，它由相位檢波器，低通濾波器和壓控振蕩器三個根本部件組成:圖13 鎖相環(huán)的原理框圖相位檢波器是一個誤差檢測元件，它比擬輸入電壓相位與VCO輸出電

36、壓相位，并輸出一個誤差電壓，它的大小決定于兩個輸入電壓的相位差；然后，這個誤差電壓通過低通濾波器濾除高頻分量，輸出控制電壓去控制VCO輸出電壓的頻率，從而減小輸入電壓和輸出電壓之間的相位差。當環(huán)路處于穩(wěn)態(tài)時，當輸出信號和輸入信號頻率相等時，它們的瞬時相位差為一常量；而且，假設(shè)瞬時相位差為一常量，那么輸入信號和輸出信號頻率相等，這時環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。這是鎖相環(huán)路的一個特點，用這個方法可以得到十分精確的頻率控制。電路的捕獲帶寬定義為環(huán)路能通過捕獲過程而進入鎖定狀態(tài)所允許的最大固有頻差。因此，鎖相環(huán)能夠在一定范圍內(nèi)，使輸出信號和輸入信號保持固定的相位差，從而到達輸出信號頻率跟蹤輸入信號頻率的目的。4

37、.4.1 LM567芯片介紹 鎖相環(huán)音頻譯碼采用雙列8腳直插式圖14 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖(重畫這個圖) 它的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由正交相位探測器、鎖相環(huán)、放大器等組成。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從可達500KHZ，靜態(tài)工作電流僅8mA。第3腳是信號輸入端，要求輸入信號大于25mV。第8腳是邏輯輸出端，從圖中可以看出，它是一個集電極開路的晶體管輸出，允許最大灌電流為100mA。第5、6腳外接的電阻、電容決定了IC內(nèi)部的壓控振蕩器中心頻率，F(xiàn)T1.1/RC。第1、2腳通常是分別對地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中第2腳所接電容決定了鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，電容數(shù)值越大

38、，環(huán)路帶寬越窄。當音頻譯碼器LM567工作時，其鎖相環(huán)內(nèi)部電壓控制振蕩器產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號，此信號連同引腳3輸入的信號頻率一起送入正交相位探測器進行比擬，假設(shè)連續(xù)輸入的信號頻率落在給定的通頻帶時，鎖相環(huán)即將這個信號鎖定，同時LM567的內(nèi)部晶體管受控導(dǎo)通，引腳8輸出端輸出低電平。LM567的引腳5輸出內(nèi)部振蕩器的矩形信號，引腳6輸出鋸齒波脈沖，二者的頻率都與內(nèi)部振蕩器的中心頻率相同。4.4.2 譯碼電路工作原理分析 其5、6腳外接的電阻RP2和電容C7決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率FT，F(xiàn)T1.1/( RP2C7)。2腳所接電容C8決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，C8確實定方法是：C8= 130F

39、T (RP2+10RP2 )。1腳所接電容C9的容量應(yīng)至少是2腳電容的2倍。當LM567的3腳輸入信號幅度25mV、頻率在捕捉帶寬范圍內(nèi)時，8腳由高電平變成低電平。我們可利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后8腳輸出低電平這一特性，來形成對控制對象的控制。電路在工作時，要先將LM567的中心頻率FT調(diào)到與超聲波探頭的中心頻率F0相同，即使FT =F0。超聲波接收探頭未接收到反射回來的波時，LM567的3腳輸入信號頻率不在捕捉帶寬范圍內(nèi)，8腳內(nèi)部三極管截止，此時為集電極開路輸出；當恰巧40KHZ頻率電信號被接收并放大的話，LM567的3腳輸入信號頻率便進入了捕捉范圍內(nèi)，這時8腳內(nèi)部三集管導(dǎo)通

40、，輸出變?yōu)榈碗娖健Ｔ谶M行電路調(diào)試時，先使溫度到達控制點，測出多諧振蕩器輸出信號頻率F0，調(diào)節(jié)RP2使LM567的5腳信號頻率FT=F0，這時8腳應(yīng)為低電平，在溫度為其它值時，8腳應(yīng)為高電平，證明電路可以正常工作。4.4.3 LM567在使用要注意以下幾個方面(1) 精確而適當?shù)脑O(shè)置LM567的工作頻率和帶寬。LM567內(nèi)部振蕩頻率FT可在0.01HZ500KHZ范圍內(nèi)預(yù)先設(shè)定,其對應(yīng)帶寬可在10%14%FT范圍內(nèi)按要求確定，因此要在被探測信號確定后，設(shè)置FT使它與被測信號中心頻率重合，并設(shè)置適當帶寬。在使用時要防止5腳外接電阻的短路或斷路，否那么無論有無輸入信號，8腳都將輸出低電平。2腳外接電

41、容可以改變捕捉帶寬，電容值越小，帶寬越寬，但不能一味的減小電容來增加帶寬，以免造成抗干擾能力下降，甚至造成誤觸發(fā)，而影響電路可靠性。(2) 盡可能使通頻帶中心頻率與振蕩中心頻率相重合，以提高電路可靠性和靈敏度。LM567的工作電壓要穩(wěn)定，以保證有穩(wěn)定的振蕩頻率。(3) 防止輸出端在通電時誤動作。LM567在接通電源瞬間，8腳輸出一低電平，因而可在輸出端加上延時電路，以免在通電瞬時產(chǎn)生誤動作。45 聲光報警電路聲光報警是指當探測到的距離小于或大于所設(shè)定的平安值時，發(fā)出聲音提醒人們，聲光電路設(shè)計如下圖。M3720是單聲一閃燈報警音效集成電路，芯片內(nèi)存儲一種報警音效，可直接驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲或經(jīng)外接功放

42、 HYPERLINK :/ 51base /my/tag_31649a26497a19977/ t _blank 三極管推動揚聲器放音，同時還能驅(qū)動一只 HYPERLINK :/ 51base /my/tag_68a69a76/ t _blank LED閃爍。該芯片各引腳功能為：5腳VDD；1腳VSS分別為電源輸入端與負端，VDD電壓33.5V；8腳X和1腳Y分別為芯片外接振蕩電阻器；6腳TG為觸發(fā)控制端，低電平觸發(fā)有效；3腳BZ和2腳BB分別為報警音效輸出端，可直接外接壓電陶瓷蜂鳴器，如果驅(qū)動揚聲器那么由3腳BZ端引出；4腳L為閃燈輸出端，可直接驅(qū)動LED發(fā)光。圖9 聲光報警電路圖重畫5 系

43、統(tǒng)軟件設(shè)計超聲波測距儀采用AT89C51單片機開發(fā)設(shè)計的，該單片機和其開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語言簡潔、可移植性好、表達能力強、表達方式靈活、可進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計、可以直接控制計算機硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等諸多優(yōu)點。 51計算超聲波傳播時間 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷效勞子程序，讀取時間差，計算距離。其局部源程序如下： 圖10 定時中斷子程序 圖11 外部中斷子程序52超聲波發(fā)生子程序4

44、0KKHZ 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射，測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用TR40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。puzel： mov 14h, #12h；超聲波發(fā)射持續(xù)200shere： cpl p1.0 ；輸出40KHZ方波nop ；nop ；nop ；djnz 14h，here；ret測距電路的輸入端接單片機端口，單片機執(zhí)行上面的程序后，在P1.0 端口輸出一個40KHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭40T，發(fā)出40KHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200s。53超聲波接收中斷程序接收頭采用與發(fā)射頭配對的40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘枺?jīng)運算放大器U1A和U1B兩極放大后加至U2。U2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0R8C3，電容C3決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)