摘 要
随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。
论文的内容是基于AT89C51单片机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AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的倒车防撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法，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。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。最后，通过对系统的误差分析，给出了系统的改进方案。
关键字：单片机 超声波 AT89C51
Abstract
Is day by day prosperous along with the social economy development transportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serious, 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 high 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 back-draft hits the alarm system.
The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51 monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics.
The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various system design modules 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. Finally, through the analysis of system error, giving the system improvement programme.
Key word：monolithic integrated circuit；ultrasonic wave；AT89C51
本论文的主要内容，章节安排
本论文第一章绪论部分主要介绍了超声波的发展状况，以及目前的现状和前景。第二章超声波测距原理主要介绍了超声波传感器，超声波传感器的特性，传感器的检测概述和超声波测距的原理及实现。第三章单片机倒车防撞报警系统总体构想主要介绍了超声测距系统的总体方案，系统主要参数考虑和超声测距系统的总体构成。第四章超声波测距系统各组成单元方案设计(包括发射接收电路设计、显示电路设计、报警电路设计、晶振电路设计、复位电路设计等)。并详细介绍了最终确定的各单元设计方案以及最终方案的设计原理。第五章系统硬件软件实现部分主要介绍了各模块中的硬件部分以及软件的实现。第六章给出系统的误差分析和系统改进。
超声波传感器介绍
超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而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。超声波测距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、管道长度等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。
超声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。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1 压电传感器；2 磁致伸缩传感器；3 静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声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传感器称作探头，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传感器中电声型的一种。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 f0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，便会发出超声波。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，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。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 超声检测发展综述 1
1.2 论文主要内容和章节安排 3
1.3 本设计时间安排 3
第2章 超声波测距原理 5
2.1 超声波传感器介绍 5
2.1.1 超声波传感器特性 6
2.2 超声波检测概述 7
2.2.1 超声探伤 8
2.3 超声测距原理及实现 9
第3章 单片机超声波测距系统构想 10
3.1 超声波测距系统总体方案 10
3.2 系统主要参数考虑 11
3.2.1 传感器指向角 11
3.2.2 测距仪的工作频率 12
3.2.3 声速 12
3.2.4 发射脉冲宽度 12
3.2.5 测量盲区 13
第4章 单片机倒车防撞报警系统各组成单元方案设计 14
4.1 发射接收电路方案设计 14
4.2 显示报警单元方案设计 22
4.2.1 系统显示电路设计 22
4.2.2 系统报警电路设计 23
4.3 单片机复位电路 24
4.4 时钟电路 25
4.5 稳压电源 25
第5章 系统硬件及软件实现 27
5.1 单片机硬件介绍 27
5.1.1 单片机AT89C51介绍 27
5.1.2 8155芯片介绍 28
5.1.3 74LS244芯片介绍 29
5.1.4 74LS06芯片介绍 30
5.2 运算放大器 31
5.3 LM567芯片介绍 32
5.4 探头UCM介绍 33
5.5 系统软件结构 34
5.5.1 主程序 34
5.5.2 显示子程序和蜂鸣报警子程序 37
第6章 系统误差分析及改进 39
6.1 误差产生原因分析 39
6.1.1 温度对超声声速的影响 39
6.1.2 回波检测对时间测量的影响 40
6.1.3 超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响 40
6.2 针对误差产生原因的系统改进方案 40
参考文献 42
致谢 43
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