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我的毕业设计倒车雷达正式892020年4月19日文档仅供参考摘 要超声波汽车倒车探测器是一种能够实时显示车后障碍物状况的汽车倒车辅助装置。在现实生活中应用十分广泛。本文根据声波在空气中可定向发射和反射的原理，以超声波换能器为接口部件，应用单片机技术设计了一套超声波测距系统。文章提出了微处理器控制的超声波汽车倒车测距系统的设计方案。微处理器计算超声波从发射到接收的时间，在数据处理中采用温度补偿技术对超声波在空气中的传播速度进行修正，计算出距离，并根据障碍物与车尾的距离远近情况发出不同等级的报警声，同时显示车后障碍物与车体的距离。论文概述了超声波探测器的发展状况及基本原理。对测距系统发射、接收、检测、显示等部分的设计方案进行了分析。从系统的性能需求、实用要求出发，对系统组成、检测原理和方法作出选择并对软硬件进行了设计。文章详细叙述了系统的硬件设计过程，并给出了系统软件设计程序流程图，经过误差分析，说明了系统应用的实用性。关键词：超声波 距离测量 单片机Abstract The ultrasonic wave automobile back-draft detector is one kind auxiliary unit that can display the condition of the obstacle behind the vehicle in real timeIt applies extremely widely in the real lifeIn this paper，according to the transmission reflection theory of wave in the air，using supersonic transducer as interface unit and applying monolithic machine techniques to design a series of bus ultrasonic measuring systemThis paper introduces the design of ultrasonic range system in Back Car based on microprocessorThe microprocessor control the time and transmitting and reflecting back of ultrasonic，the distance can measure through calculating the speed of ultrasonic in car, and use the temperature compensation amendment in the data of the speed processingThe system can alert according to the changing distance, the distance could be displayed on real time as well This paper summarizes the development and fundamental principle of ultrasonic detection. And then the transmission, receiver, detection, displays chime of this distance meter system is brought out. Starting from the performance demand and requirement of utility，the opinion is to choose the system component，testing theory and methods，design both the hard and soft wareIt describes the hardware design of the system in detail，and provides the procedural flow chart of software designIt explains the applied function of the system through the error analysisKey words: ultrasonic distance measurement microcomputer目 录前言.11 概述21.1 选题的意义21.2 超声波汽车倒车探测器的应用和发展现状22 设计方案分析52.1 测距方式和提示方式比较52.1.1 测距方式52.1.2 预警提示方式72.2 方案确定82.2.1 测距探测器方案102.2.2 超声波发射方案112.2.3 超声波回波接收方案112.2.4 温度测量及补偿方案122.2.5 显示及报警方案123 硬件电路设计133.1 硬件框图133.2 单片机最小系统设计143.3 超声波发送电路设计153.4 超声波接收电路设计173.5 温度测量电路设计203.6 报警电路设计213.7 显示电路设计223.8 电源电路设计243.8.1 +5V和+12V稳压电源243.8.2 稳压电源电路253.9 器件说明263.9.1 AT89C2051单片机263.8.2 超声波传感器274 软件设计284.1 系统软件结构284.2 初始化程序314.3 测温电路程序314.4 中断程序设计364.5 报警及显示驱动程序385 效能分析40结 论41致 谢42参考文献43附 录44前 言随着社会的发展，汽车数量不断增加，人们便对汽车操作的便捷性愈加挑剔。汽车倒车时的不便被汽车制造行业所重视。人们希望有一种装置能够实现汽车“后视”功能，在倒车时能够提示人们汽车后方是否有障碍物以及障碍物与汽车的大致距离等。基于以上原因,出现了超声波汽车倒车探测器。超声波汽车倒车探测器是一种汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除视野死角，提高驾驶的安全性。本文设计了一种超声波汽车倒车探测器，用超声波传感器发射和接收超声波测距，DS1820芯片测温，AT89C2051单片机做处理器，处理数据并计算声速及距离，用LED数码管显示距离，报警器及示意指示灯报警。本课题的主要研究内容有以下几个方面:(1) 简述了设计和设计超声波汽车倒车探测器的目的和意义，以及超声波汽车倒车探测器的应用及发展状况。(2) 简要论述了超声波汽车倒车探测器的工作原理、基本组成，以及系统的方案，工作流程和系统的性能要求。(3) 重点对超声波汽车倒车探测器硬件部分进行了分析与设计。主要是对超声波发射、接收、温度测量，报警及显示电路的分析与设计。(4) 较为详细的说明了系统软件流程，关键部分还给出了流程图和相关程序。(5) 最后对超声波汽车倒车探测器研制过程中所做工作进行了总结。1 概述1.1 选题的意义汽车倒车探测器一般被称为“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。1.2 超声波汽车倒车探测器的应用和发展现状超声波汽车倒车探测器，种类繁多，应用广泛，当前在市场上呈现了一种各种档次并存，高低搭配的局面。因为它实用性强，技术成熟，因此发展很快。从第一代经过短短几年时间便发展到第五代，从纯电路模式到使用高速处理器；从单纯轰鸣器报警到显示器显示，语音报警。另外安装使用更加方便，精度及稳定性也有极大提高。在现实生活中的作用越来越大。(1) 第1代使用超声波探头、轰鸣器倒车时，超声波探头发送，接收超声波，车体与障碍物距离的改变使电路中电压或电流产生变化给轰鸣器不同的信号，如果车后1.5-1.8m处有障碍物，轰鸣器就会开始工作。轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。第一代探测器没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对司机帮助不大。(2) 第2代使用超声波探头、微处理器、数码波段显示器倒车时，超声波探头发送，接收超声波，处理器进行处理，将处理后的信号送给距离显示设备，能够显示车后障碍物与车体的距离。如果是物体，在1.8m左右的距离开始显示；如果是人，在0.9m左右的距离开始显示。 这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别距离：绿色代表安全距离，表示障碍物与车体的距离有0.8m以上；黄色代表警告距离，表示与障碍物的距离只有0.6-0.8m；红色代表危险距离，表示与障碍物之间只有不到0.6m的距离，必须停止倒车。第二代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，能够作到一目了然，但没有声响，警示效果不好。(3) 第3代使用超声波探头、处理器、液晶荧屏显示器这一代产品较前两代有了质的飞跃，特别是荧屏显示的使用表明开始出现动态显示系统。不用挂倒挡，只要发动汽车，超声波探头及处理器就开始工作，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，能够直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，因此误报也较多。 (4) 第4代使用超声波探头、处理器、魔幻镜显示器结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2m以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话结合起来，并设计了语音功能，是当前市面上比较先进的倒车雷达系统。因为其外形就是一块倒车镜，因此能够不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。而且颜色款式多样，能够按照个人需求和车内装饰选配，不过造价较高。(5) 第5代使用超声波探头、后视摄像机、控制器、监视器超声波信号接入显示控制器，同时将视频监视子系统中的摄像探头信号接入显示控制器，经过安装在汽车内部的显示控制器的自动切换电路、字符叠加器、微处理器，将显示控制器的输出再接入监视器，这样实现自动切换图像、监视、超声波倒车测距、自动报警等功能。车载电视显示车后景物图像和车后障碍物距离。倒车探测器具有精确判断距离的优点，后视摄像对车后方的水沟、山崖、凸出的钢筋、竹竿等倒车安全上的死角极为有效；后者图像直观真实，前者可获得精确的距离，两者精确结合非常实用。此系统技术非常复杂，也不是很成熟，不宜普及。虽然各代探测器各有特点可是它们有着此类产品固有的缺点。车用倒车探测器首先要解决的技术难题就是误报。由于道路状况十分复杂，以及道路两旁的静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气的影响等，使得探测器对目标的识别十分困难，误报率很高。要想完全解决好误报问题，还需要采取多传感器的信息融合技术。实现信息综合分析，利用数据间的冗余性和互补特性进行容错处理，克服单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效地降低探测器的误报机率。生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为车用探测器推广应用的瓶颈。能够预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的车用探测器的实现和普及成为可能。超声波的汽车倒车探测器的发展趋势是:使用的处理器速度越来越快，系统反应时间越来越短；使用的传感器技术越来越先进，系统稳定性越来越高；使用的显示报警技术更加先进，探测器显示、报警方式会更加直观，更加人性化。各种减小误差电路的出现，会使系统准确性大大提高。总之，超声波汽车倒车探测器用起来会更加方便，更加令人放心。2 设计方案分析2.1 测距方式和提示方式比较2.1.1 测距方式测距方式对系统测量精度及稳定性都有较大影响。因此选择一种合适的测距方式对系统性能提高有很大帮助。当前汽车倒车探测器使用的距离测量方式多种多样，主要有激光测距、红外线测距、CCD摄象机和超声波测距这几种，它们各有优缺点，下面对它们各自的特点进行详细分析和比较。(1) 激光测距激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。当前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其它目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内的光电二极管，利用计数器计算激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，经过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成像速度。在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值。同成像式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境是处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。当前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。(2) 红外线测距红外线的波长比可见光线长，是肉眼看不见的光，波长为0.751000m。有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。车载传感器经过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。但其由于波长及大小很难准确分辩，因此红外传感器角度分辨率高，而距离分辨率低。由于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。可是,它比较容易受到光源和热源影响。(3) CCD 摄像机CCD ( Charge Coupled Device)摄像机即电荷耦合器摄像机，它是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常见于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像，经过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但当前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。(4) 超声波测距超声波一般指频率在40KHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波在空气中传播的速度会受到温度、湿度、大气压力等因素的影响，在这些因素中，温度对其速度的影响更大一些，而且环境温度的变化更为经常。研究表明，声速v与热力学温度的平方根成正比，温度越高声速越大，温度越低声速越小。0时，空气中声速的实验值为331.45m / s，而空气中声速的近似表示式为：(m/s)，根据计时器记录的时间t，能够计算出发射点距障碍物的距离s，即: 。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距仪原理简单，在自身特性谐振点40KHz附近可获得较高的灵敏度；谐振带宽、波束角能够经过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计；超声波测距系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常见于在短距离测距，最佳距离为4-5m，一般应用在汽车倒车防撞系统上。经过对以上几种测距方式的分析比较，能够看出超声波测距方式在短距和低速测量方面比上述其它几种技术更具优越性。因此本设计采用超声波测距方式。2.1.2 预警提示方式预警提示方式好坏是设计的汽车倒车探测器是否实用的重要标志。当前主要有轰鸣器提示、数码波段显示、液晶荧屏显示，魔幻镜显示，音响提示等单个或多种方式相结合的提示方式，下面对这几种提示方式进行分析和比较。(1) 轰鸣器提示车体与障碍物距离的改变使电路中电压或电流变化不同给蜂鸣器不同信号，轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。此方式没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对司机帮助不大。(2) 数码波段显示数码和波段组合在一起，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别：绿色代表安全距离，一般表示障碍物与车体的距离有0.8m以上；黄色代表警告距离，一般表示与障碍物的距离只有0.60.8m；红色代表危险距离，一般表示与障碍物之间只有不到0.6m的距离。这种方式比较实用，一目了然，但没有声响，警示效果不好。(3) 液晶荧屏显示动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，能够直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，因此误报也较多。 (4) 魔幻镜显示，音响提示其外形就是一块倒车镜，因此能够不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置，颜色款式多样。语音提示比较方便，避免驾驶员过度关注显示器，分散注意力。但需要专业集成芯片，技术上较为复杂。此方案造价较高，比较适合高档汽车，能够按照个人需求和车内装饰选配。 (5) 声音数码距离显示指示灯数码管显示距离，声音、指示灯提示，比较实用，直观，方便。经过对预警提示方式的分析，综合其特点，采用声音、LED数码管和二极管指示灯相结合的提示方式。2.2 方案确定本次设计方案采用超声测距方式，DS1820芯片测温，AT89C2051单片机做处理器，处理数据并计算声速及距离，用LED数码管显示距离，用报警器、示意指示灯报警。AT89C2051单片机系统超声波换能器驱动电路超声波换能器CSB40T超声波换能器CSB40R隔直滤波三级放大电压比较器，阀值电压可调扩音器报警电路温度测量DS1820数码管距离显示发光二极管图2.1 系统结构框图倒车时倒档启动探测器系统，单片机AT89C2051作为主控器，控制DS1820芯片并处理所测得的温度数据。控制由555定时器及超声波换能器 CSB40T组成的发射电路发射超声波，同时启动内部定时器T0开始计时。当超声波信号碰到障碍物时信号马上返回，经滤波电容，放大器，电压比较器传给单片机的INT0口。如果INT0接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返回，微处理器进入中断，关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算结合由所测温度值换算出的声速值就能够得出车体与障碍物之间的距离。根据计算的车体与障碍物之间的距离值及其与设定距离值的比较结果给显示电路及提醒电路不同提醒信号，产生不同的声光效果，引起驾驶人员注意，以便采取相应行动。系统结构如图2.1所示。2.2.1 测距探测器方案除了上述方案分析比较中讲述的超声波测距所独有的优点外超声波测距在某些特定场合还有着显著的优点，超声波测距系统是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量，因此它能够在某些特定场合或环境比较恶劣的环境下使用。考虑到所设计产品是主要服务于普通用户，而且要求结构简单、制作方便、成本低廉实用性强。因此选择利用超声波传感器来作为探测器。由发射波束特性知，由于扩散角的原因，超声波的角度分辨率较低，但距离分辨率较高(1cm左右)，当前最大探测距15m，最小盲区0.3-0.4m。超声波传感器具有反应灵敏、探测速度快(一个测量周期仅需几十毫秒)的优点，而且结构简单，体积小，成本低。传感器的工作频率是测距系统的主要技术参数，它直接影响超声波的扩散和吸收损失，障碍物反射损失、背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。工作频率的确定主要基于以下几点考虑:(1) 如果测距的能力要求很大，声波传播损失就相对增加，由于介质对声波的吸收与声波频率的平方成正比，为减小声波的传播损失，就必须降低工作频率。(2) 工作频率越高，对相同尺寸的换能器来说，传感器的方向性越尖锐，测量障碍物复杂表面越准，而且波长短，尺寸分辨率高，“细节”容易辩识清楚，因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看，工作频率要求提高。(3) 从传感器设计角度看，工作频率越低，传感器尺寸就越大，制造和安装就越困难。综上所述，由于本测距仪最大测量量程不大 因而选择测距仪工作频率在40KHz，发射角与接收角均为60度的锥角。这样传感器方向性尖锐，且避开了噪声，提高了信噪比；虽然传播损失相对低频有所增加，但不会给发射和接收带来困难。因此本方案选用的探头是收发分体式40KHz的超声传感器。2.2.2 超声波发射方案发射电路一般有调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈(有时装在探头内)，调谐频率由调谐电路的电感、电容决定。发射出的超声脉冲频带较窄。在非调谐式电路中没有调谐元件。发射出的超声频率主要由压电晶片的固有参数决定，频带较宽。本文采用非调谐式。为了将一定频率、幅度的交流电压加到发射传感器的两端，使其振动发出超声波，电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率40KHz。这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的特性。发射电压从理论上是越高越好，因为对同一个发射传感器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，这样能够在接收传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收电路的设计就相对简单一些。可是，每一个实际的发射传感器有其工作电压的极限值，即当工作电压超过了这个极限值以后，会对传感器的内部造成不可回复的损害。因此，工作电压不能超过这个极限值。发射部分的点脉冲电压很高，可是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压只达毫伏级，甚至微伏。要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。本文采用由555定时器构成的多谐震荡器驱动超声波传感器，驱动频率为40KHz。2.2.3 超声波回波接收方案在超声波发射完毕后，再延迟一小段时间才能进行接收，目的是为了避免单片机对发射头直接传送到接收头的信号进行响应而不能正常工作。超声波回波经过超声波接收传感器，电容隔直滤波，一、二级放大，三级增益放大后进入比较器LM324，这样在比较器的输出端将得到40KHz的方波输入到单片机INT0引脚以产生中断。可是由于超声波传感器固有特性，即盲区的存在，对回波的接收和处理造成了一定程度的影响。2.2.4 温度测量及补偿方案温度对超声波波速影响非常大，极大的影响测距精度，需要进行温度补偿。本设计采用DS1820芯片进行测温。由单片机处理后进行补偿。DS1820芯片是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，温度测量范围是-55到+120 ，可编程为9位到12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625。2.2.5 显示及报警方案倒车探测器在其侦测区内检测到障碍物时，LED指示灯及扩音器会根据车与障碍物的距离发出警告声。同时数码管显示相应距离。这样用户不但能够很快的判断出障碍物的大概距离，还能够清楚的知道详细距离。障碍距离指示灯与报警器响应方式：A段：150100cm指示灯慢闪亮、扩音器以相应频率的叫声提示。B段：10050cm指示灯快闪亮、扩音器以相应频率的叫声提示。C段：50cm以内对应方位指示灯长亮，扩音器长鸣。扩音器由555定时器组成电路驱动，指示灯由单片机直接驱动。显示器由四个七段数码管组成，由串行输入显示接口芯片MC14499驱动。 3 硬件电路设计3.1 硬件框图P1.4P1.3 RESETINT0XTAL1XTAL2P1.6P1.5P1.0P1.2超声波接收电路超声波发送电路测温电路声音报警电路复位电路晶振电路显示电路图3.1 硬件框图LED报警电路单片机AT89C2051作为主控器，复位端接上电+按钮复位电路。XTAL1和XTAL2接12MHZ晶振构成的时钟电路。P1.5脚控制DS1820芯片并接收所测得的温度数据。P1.3控制由555定时器及超声波换能器 CSB40T组成的发射电路发射超声波。超声波信号碰到障碍物时信号马上返回，经传感器，滤波电容，放大器，电压比较器传给单片机的INT0口一个低电平。P1.4和P1.6分别控制声音和LED报警电路。P1.0-P1.2接由MC14499控制的数码管显示电路。硬件框图如图3.1所示。3.2 单片机最小系统设计单片机复位是使CPU和系统中的其它功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，复位后PC0000H，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位的条件是：必须使RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。本文中时钟频率为12MHz，每个机器周期为1s，则只需2s以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。复位电路由电容串联电阻构成，由图并结合电容电压不能突变的性质，能够知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，而且，这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。适当组合RC的取值就能够保证可靠的复位。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按RESET键，此时电源经电阻、分压，在RESET端产生复位高电平。时钟电路主要任务是提供一个工作频率。单片机内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出端分别是XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路。有内部和外部两种时钟产生方式。本设计采用内部时钟产生方式。电路接法如图3.2所示，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体谐振器（振荡频率为12MHZ），与内部反相器构成自激震荡器。其发出脉冲直接送入片内定时控制部件。另外，电容对频率有微调作用，因为外接晶振，电容选择20pF，实际应用时谐振器和电容尽可能安装在单片机附近，减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的工作。图3.2 最小应用系统电路图3.3 超声波发送电路设计超声波发送电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能器”）选用CSB40T。40KHz的超声波是利用555时基电路振荡驱动超声波探头产生的。由555定时器构成的多谐振荡器（如图3.3所示）。接通电源后，电源经过和对电容充电，当时，=0，为低电平:当时，=-，为高电平。当 LM324 检测到超声波回波信号时，它输出低电平信号，此时LM324的输入电压就小于阀值电压，因此LM324就输出高电平信号，通向PC的数据采集端。反之，则输出为低电平信号到PC的数据采集端。比较器这一部分如果调节不当也可能会出现一些问题，如在输出端会有高频输出等。这因为比较器非常灵敏，信号的微小变化就导致输出值和的相互转变。利用比较器的正反馈产生滞环特性来降低比较器的灵敏度，能够减少干扰。因为放大后的回波信号幅值已经较大，这样再经过设置合适的阀值就能够稳定的得到有效信号。采用可调电位计是较为方便的方法。比较器的输入端需要稳定的基准电压需要加电容稳定。合理调节电位器，选择比较基准电压，可使测量更加准确和稳定。图3.5 电位比较器电路图图3.6 超声波接收电路图3.5 温度测量电路设计温度对超声波波速影响非常大，超声波波度c与环境温度的关系有如下经验公式： (m/s)，因此温度每变化1，声波的速度变化约为0.16m /s 。当温度从040变化时，将会产生大约7 的声速变化，在超声波测距仪中，把声速作为一个标准量，为了获得较精确的声速，引入温度补偿是必要的。本文采用了DS1820进行测温。DS1820是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，电路连接非常简单，可是必须保证时序与单片机严格同步。温度测量范围是-55-+125，可编程为9-12位A/D转换精度，未编程时默认精度为12 位，测量精度一般为0.5，软件处理后可达0.1。温度输出以16 位符号扩展的二进制数形式提供，低位在前，以0.0625/LSB（最小可分辨信号）形式表示，高五位为扩展符号位。转换周期与转换精度设定有关，9位精度时，最大转换时间为93.75ms；12位精度时，最大转化时间为750ms。在本系统中采用默认的12位精度。测温分辨率可达0.0625。DS1820温度传感器有两个晶振，低温度系数晶振和高温度系数晶振。低温度系数晶振的震荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其震荡率明显改变，所产生信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预制在55摄氏度所对应的一个基数。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1摄氏度，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数产生的脉冲信号进行计数，如此循环至计数器2计数到0，停止温度寄存器累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。实际测温电路如图3.7所示，图中DS1820管脚2与单片机P1.5口相连，单片机经过它以串口数据传诵方式读取测温结果。DS1820利用单线控制信号在总线上与单片机进行通信。由于所用设备经过漏极开路端（2脚）连在总线上，控制线需要一个上拉电阻。图3.7 温度测量电路图3.6 报警电路设计报警电路如图3.8所示，采用典型的555振荡电路，单片机经过控制4脚(手动复位脚)的电平来控制振荡器的工作，高电平时工作，低电平时停止。振荡频率为800Hz。单片机的P1. 4控制555 电路根据测量结果，产生不同频率的信号使报警电路发出不同长短报警声。在扬声器发出报警声时，时基电路555 处于暂稳态，此时电源向电容充电，从而使555 结束暂稳态回复到稳定状态 输出低电平，使扬声器停止发出报警声。LED指示灯由单片机管脚控制，高电平点亮，低电平熄灭，其闪烁频率与声音报警频率相同。图3.8 报警电路图3.7 显示电路设计超声波测距仪的显示要求比较简单，测量结果采用十进制数字显示。显示位数按照该装置可测量的长度(与采用的超声波传感器有关)以及测量的精度来确定，要能显示出09这些数字以及小数点等，并要求显示稳定，无闪烁。长度单位一般为“m”，能够不显示，因此显示器件可选用BS202型共阴极7段LED显示器。经过对一般测距仪的分析，发现一般只需要4位的LED即可满足