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1、摘要 进入21世纪以来我国汽车行业发展迅速，汽车让人们的出行更加方便，但是汽车的增多也引发了一系列安全问题。其中最突出的为追尾事故和倒车停车造成的剐蹭，这小则让汽车损坏花钱修理，大则会有生命危险。而汽车安全距离的检测与实现是基于这一突出问题来给予驾驶员必要的技术硬件设施。这个设计是利用超声波测距，来判断车体与障碍物之间的距离从而辅助驾驶员安全地倒车。汽车安全距离的检测与实现的核心芯片为AT89C52单片机，这一设计由超声波发射和接收电路，显示报警电路，复位电路组成。软件部分的设计由主程序和几个发射接收，计算，显示子程序组成。该设计用单片机来控制计时，计算超声波在发射端与障碍物的速度来获得距离。
2、该设计结构简单，性能好，误差小，可以满足在日常生活中安全地辅助倒车。关键词：51单片机 超声波传感器 测距 Abstract Since the beginning of the 21st century, Chinas automobile industry has developed rapidly, and automobiles have made people more convenient to travel, but the increase of automobiles has also caused a series of safety problems. Among the
3、m, the most prominent ones are rear-end accidents and backlashes caused by back-up parking. This can damage the car and cost money to repair, and most of them can be life threatening. The detection and implementation of vehicle safety distances are based on this outstanding problem to give drivers t
4、he necessary technical hardware facilities. This design uses ultrasonic distance measurement to determine the distance between the car body and obstacles to assist the driver in reversing the car safely. The core chip for the detection and realization of the safety distance of the car is the AT89C52
5、 single-chip microcomputer. This design consists of an ultrasonic transmitting and receiving circuit, a display alarm circuit and a reset circuit. The design of the software part consists of the main program and several transmit, receive, calculation, and display subprograms. The design uses a singl
6、e-chip microcomputer to control the timing and calculate the distance between the ultrasonic wave and the obstacle to obtain the distance. The design is simple in structure, good in performance and small in error, and can meet the requirement of safely assisting reversing in daily life.Key words：51S
7、ingle Chip Microcomputer Ultrasonic sersor Ranging目 录1 绪论11.1 开发背景11.1.1 项目背景11.1.2 国内外发展状况11.1.3 关于汽车安全距离的检测与实现12 超声波概述22.1 超声波基本理论22.1.1 超声波发展史22.1.2 超声波的本质22.1.3 超声波的特性32.2 超声波测距方法与原理42.2.1 方法种类介绍42.2.2 超声波测距原理52.2.3 超声波传感器63 系统电路设计83.1 电路设计83.1.1 发射与接收电路83.1.2 复位电路93.1.3 显示报警电路103.2 电路调试及性能分析113
8、.2.1 电子元件的焊接113.2.2 电路调试与分析124 系统硬件设计134.1硬件设计135 系统软件设计155.1软件设计156 误差分析与改进186.1 误差分析186.1.1 温度对超声波的影响186.1.2 超声波衰减对时间测量的影响186.2 针对误差所改进的方案197 总结与展望207.1 项目开发总结207.2 不足与展望20参 考 文 献21致谢22附录一23附录二24广东东软学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 开发背景1.1.1 项目背景随着汽车制造业的日益壮大，运输业蓬勃发展，我国汽车数量逐年增加。另外，随着中国城市化进程的加快，这一数字将长期保持高水平增长。由于
9、汽车数量每年都以一个恐怖数字的增长，造成了出行的拥挤，在道路上拥挤，在大街小巷也拥挤，停车场的车位早就供不应求。汽车能给我们的生活带来便利，但在这便利的同时也带来了很多问题。在倒车时或在等红绿灯时经验不足的驾驶员往往不能准确地判断距离，再加上有限的视野往往会在倒车或者停车时发生剐蹭碰撞，给驾驶员造成损失。后视镜中的障碍物的高度不足以通过镜子观察清楚，或者障碍物太靠近车身的“盲区”。这些问题都可能在驾驶员的盲区或模糊视野中。这样，一方面对驾驶员的停车和倒车造成不便，而另一方面也带来一些危险。 1.1.2 国内外发展状况目前为止，国外公司占领了我国的大部分倒车雷达市场，而我国的一些企业则占据一小部
10、分市场。造成这样的原因是我国的倒车雷达产品质量不比别人高，生产成本也比外国的高。在这些劣势下国内的倒车雷达它无法与国外制造的相提并论。甚至一些核心部件，同样的国内产品无法达到国外标准或无法生产。1950-1969年我国从波兰进口了超声仪，随后进行了规模生产。1976年，N2701型超声波测试仪被罗马尼亚研制成功，这种仪器具有波形和数码显示功能，它的重要组成是晶体管分立元件。1970年，英国CN.S公司研制成功了一款轻便的便携式超声仪。直到1978年10月，中国建筑科学院才研制出一款便携式超声波检测仪。现在停车入口导航系统已经出现在国外。1.1.3 关于汽车安全距离的检测与实现汽车安全距离的检测
11、与实现是由单片机控制系统，LED液晶显示屏和蜂鸣器组成。它的主要功能是利用超声波测距原理在倒车入库或靠近障碍物行驶时，超声波传感器发送超声波，在设定的距离内遇到障碍物时，超声波会反射到超声波传感器上，单片机就会运行计算出障碍物离车子的距离。在液晶显示屏上会显示物体之间的实际距离和所在环境的温度，显示屏上的信息会给驾驶员一个参考，避免发生剐蹭和碰撞，实现停车和倒车安全化。1广东东软学院本科毕业设计（论文）2 超声波概述2.1 超声波基本理论2.1.1 超声波发展史一天晚饭后意大利科学家Spalltier在大街上散步。他抬头看发现有很多蝙蝠在天上飞，它们的速度非常快，但是却没有和任何东西发生碰撞，
12、总是能够轻易地躲开障碍物。即使是拿棍子在它们面前晃，蝙蝠依旧可以躲开。于是他停下来注目思考：在这昏暗的环境里蝙蝠为什么依旧能够灵活地飞翔？为了弄清原因，Spallier做了很多实验。他先把蝙蝠的眼睛遮住，再阻挡了它的鼻子，但是蝙蝠依然可以准确地分辨出障碍物。后来他发现只有蝙蝠的耳朵被阻塞时，蝙蝠才不能区分障碍物。通过这个实验他揭示了蝙蝠飞行的秘密。经过人们努力地不断研究，最后才知道了蝙蝠为什么能够在夜晚飞行的密秘。通过大量的实验，科学家们发现有一种人们听不到的“超声波”在蝙蝠的喉咙发出。这种“超声波”人们听不见，摸不着，它沿直线传播，当这种超声波撞击到障碍物时，它会被障碍物反弹回来，跟拿手电筒
13、在镜子上照射光线光线被反射回来这种现象差不多。蝙蝠能够听到这种“超声波”，它们可以快速做出相应的判断，比如在天空中自由飞行并捕获食物。直到18901990年，在电子技术领域产生超声波的问题得到了解决，此后超声波技术的大门被迅速打开，在后来的日子得到了高速的发展和创新。1917年，保罗兰格文利用天然压电石英生产了一种三明治型超声换能器，该换能器成功用于水下探测潜艇。随着超声在军事和国民经济领域的日益广泛的应用，大功率超声磁致伸缩换能器已经被人们在某些领域使用了，也产生了各种不同类型的电和静电换能器。直到1914年，人类才学会使用超声。在第一次世界大战期间德国能准确得到潜艇的位置，这是因为德国军队
14、利用了声纳原理。在1940年代后期，超声治疗在欧洲和美国兴起。在1960年代后期，超声波被医生开始应用于腹部器官的检测。1956年用超声波来治疗人类的某些疾病已进入实用的成熟阶段。超声已广泛用于测速，电子元件或者钢轨焊接，在医学上应用于碎石手术，在工程学上可以测距，甚至可以用于清洁，超声波在医学，军事，工业和农业这几项领域中应用频繁。2.1.2 超声波的本质声音有很多种，它们有的是低频有的是高频，其中高频的超声波也属于声音。超声波有个特殊的单位赫兹（Hz），在生活中人们可以感觉到的16Hz-20KHz的声波。当声波的强度高于20KHz时被称为超声波1。声波是能量的传播形式，超声波的频率高波长短
15、，超声波的传播方向性强，所以能量比较集中，不易损耗。它能够在气体，液体，固体这三种介质中传播，而且传播的距离比较远。2.1.3 超声波的特性正常的人都可以听到声音，声音与我们的生活密切相关，我们可以通过声音来交流，也可以通过声音来传递信息。当然，人的耳朵不是万能的，不是什么声音都可以听到，当声音频率大于20000Hz时人们将不能听到到周围的任何声音，因此这种高频声音被称为“超级”声音。人的听觉范围：图2.1人的听觉范围以下是超声波特点：（1）光束特性超声波具有光的相关特性，光从第一种物质再进入另一种物质时，会发现光线变弯曲了，这是折射现象，也就是说会改变光的传播方向，超声波也可以产生反射和折射
16、现象2。得出一个结论：当被穿过的两种物质一种为气体一种为固体时，超声波的折射角度会比穿过一个固体和另一个固体大。折射的角度效果跟介质密度息息相关。（2）吸收特性当超声波在液体，固体，气体这三种介质中传播时，随着声波传得越来越远，声波的强度会随着距离的增加而变弱，造成这个现象的原因是超声波的部分能量被介质吸收。当声波在同一种介质中传播的时候，声波的频率越高，则介质吸收的力度也就变强。当声波的频率不变时，气体，液体，固体这三种介质对声波的传播吸收效果为：气体最厉害，液体比气体逊色，固体的吸收效果最不明显。（3）超声波能量传递特性超声波在大部分行业都起到关键性的作用。超声波可以传递能量，这是因为当声
17、波传入任何一种介质时，会对所传入介质的结构分子造成影响，这是分子活动的原因，就像汽车需要汽油一样，超声波在进入介质时会消耗掉一部分能量，就像汽油被燃烧掉了一部分。普通的声波也可以传递能量，但是普通声波所蕴含的能量没有超声波的那么多。因为超声波的频率比普通声波的频率高太多，即使在传播过程中被消耗吸收了一部分，但对于这庞大的能量而然是微不足道的，所以各个领域都使用超声波来应用到特定的地方。 （4）介质吸收引起的衰减特性当超声波在介质中的传播路线为直线时，会产生热能，这是一部分声能转化来的。同时，超声波在介质中会使介质的温度趋于平衡，所以介质温度高部分的热量会传到温度低的部分，这一行为会损失声波的能
18、量。这一吸热现象导致超声波的衰减称为吸收衰减。衰减系数表示的衰减仅包含散射的衰减。因此，空气介质的衰减系数也由两部分组成，用下式表示：INT0（2-1）其中：k是导热系数，是传播介质的密度，f是超声波频率，CP是恒定压力的比热，v是超声波的传播速度，是动态粘度系数，CV是恒定体积的比热。衰减系数可以用以下公式表示：=82f23C3（2-2）把C=RTM 代入（2-2）得到：f2=82M323R32T32（2-3）从公式（2-3）可知，当温度恒定时， 、 、T 都不变，衰减系数与频率的平方的关系为正比；超声波的频率变高，衰减系数增大，则传播距离变短3。2.2 超声波测距方法与原理2.2.1 方法
19、种类介绍超声波测距的方法不止一种，不同的人有不同的需求，也就有不同的测距方法，下面是测距的几种方法： （1）相位检测法相位检测法也不是单一的，它也分为两种：第一种方法是把各种频率不一样的超声波进行处理。开始发射波长为1的超声波。检测到的回波相位为1。假设使用了波浪周期的数m，则可获得的目标物体的距离为：L=m+121 （2-4）可以使用相同的推理来计算第二个光束波形测距公式：L=n+222（2-5）其中：2是第二个波的相位角，2是波长，n是周期数。并且由于m和n均为正数。 第二种方法是只使用一个超声波探头来检测。这个方法是测一个周期循环的距离，当超声波频率为40kHz时，则周期内的距离为L=3
20、400.000025=0.0085m=8.5mm。因此，这种方法的准确性非常高。（2）振幅检测方法所谓幅度检测法就是发送一个固定频率的超声波，因为这个超声波的频率是固定的，所以会直射或反射法接收这个超声波脉冲的强度。获得的目标距离是通过仔细分析超声回波衰减理论中回波脉冲强度得到的。（3）飞行时间法超声波从传感器发出时开始计时，接收到停止，这个时间叫渡越时间，因为当超声波在温度不变的特定环境中，或者温度变化相对较小的环境中，所以可以将温度视为一个常数，并且此时的超声波速度恒定。因此，超声波传感器与障碍目标之间的距离可以经过检测渡越的时间并结合当时的声速来计算得出。2.2.2 超声波测距原理超声波
21、测距是根据公式s=vt来进行的，要知道所测得距离就得先知道超声波的速度v和时间t，计时得从发出超声波的那一刻开始，知道接收器收到障碍物烦着回来的超声波为止。因为知道了先决时间t和速度v=340m/s，由公式s=340t/2求得所测的距离s4。 即使超声波具有很高的频率和能量，它也不能不遵守能量守恒定律，其中温度对声速v有影响。如果超声波在传播过程中周围物质的温度变化可以忽略不计，则可近似认为这特定环境的温度是一定的，超声波传播速度也可近似认为恒定。如果对测距的精度有很高的要求，应该对测量结果加以数值校正，而温度补偿可以实现这一目的。原理图如图2.2所示：图2.2 超声波的测距原理 （2-6）
22、（2-7）L是接收探头和发射头中心距离的二分之一超声波传播的距离为: (2-8)式中:v是速度，T是测距时间.将式（2-7），（2-8），（2-6）这三条公式综合得： (2-9)在（2-9）中速度v是常数（恒温时），当实际测得值远远大于L时,则(2-9)变为: (2-10) 因此,当知道t时,就可以知道距离H.2.2.3 超声波传感器该设计在超声波模块选择的是HC-SR04这一型号，这个型号的传感器性能非常稳定和国外的超声波某些测距相比也不逞相让。它的工作原理是采用IO口触发来进行测距，给至少10us的高电平，它会自动发送8个40khz的方波，自动检测信号的返回，如果有信号返回则会通过IO口输
23、出一个高电平5。它的核心部分则是塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片，这款超声波模块的工作频率和压电晶片的共振频率是一样的，当交流电压的频率和芯片的谐振频率相等时，输出能量最大，灵敏度最高6。HC-SR04引脚功能如下图所示：1.VCC：供5V电源2.TRIG：触发控制，信号输入3.ECHO：回响信号输出4.GND：为地线图2.2超声波传感器3 系统电路设计3.1 电路设计该设计由STC89C52单片机，液晶显示屏，按键，声光报警电路，超声波模块电路组成。系统的核心部分使用性能更好的STC89C52单片机。液晶显示屏能够更加直观地看到所测的数据，声光报警是采用蜂鸣器和LED信号灯来组成，蜂鸣器
24、能给耳朵这个感官进行刺激，而LED信号灯则会不断地刺激驾驶员的眼睛，双重保险，让驾驶员有可以从容地进行操作，障碍物离车子越近蜂鸣器会响得越急促LED则会加快闪烁频率。图3.1电路结构图3.1.1 发射与接收电路要设计这个电路系统，难点之一是如何获得40KHz信号。因为40KHz对信号接收来说是一个相对稳定的频率，大于40KHz时，超声波接收器的接收灵敏度就变小，通过超声波传感器特性曲线来分析。当传输的频率是40KHz时，将会获得最强的信号，所以如果超过最远的距离，感应距离也会变短。有很多种方法产生40KHz的驱动信号。一是可用电容震荡元件，二是用电感震荡元件，它们都可以驱动信号发生器，缺点是频
25、率稳定差，排序困难，制作起来更难。在这个设计中，单片机作为信号生成电路。系统时钟使用具有频率稳定优秀的晶体振荡器，在稳定性方面还是挺高的。接收的信号强度反映了障碍物的状态和距离大小，所以设置的距离下限起点非常关键。环境在一定程度上会影响反射的超声波信号的强度，因此调试时一定要小心。注意在变更距离时收集DC控制的实际电压并正确选择比较的起点。距离小于设置值时报警。当开始测量距离时，单片机开始在内部执行程序。P21端产生10us的TTL，8个40KHz脉冲信号由STC89C52单片机产生，产生的信号在内部被自动放大并继续发送200us。同时，P32端将输出回波信号。该回波信号与检测距离成正比。它由
26、STC89C52单片机控制执行程序，然后获得一个40KHz的脉冲信号，这个稳定且信号最强的信号由P01端口产生。经过两级放大后，在电路中会产生一个f0 = 1 / 1.R8C3的中心频率。输入信号则放大25mv，输出端子P32从高电平变为低电平7，并用作中断请求的信号，然后发送至单片机进行处理。当超声波反射回来的时候，会产生一个负跳变，这个负跳变由接收电路的输出产生，要进行中断请求就要有一个中断请求信号产生，在“或”端会产生这个信号。这个信号一旦产生外部中断服务器就会被执行8。最后进行编程和读取时差计算出的距离。图3.2超声波模块3.1.2 复位电路在单片机中复位是必不可少的它可以重置使单片机
27、重新启动。外部电路可以实现复位，单片机变成复位初始化状态，要确保每次都能够复位，RST要保持为高电平状态和保证RST电平不变。 单片机复位电路一般是上电自动复位，但有些也用外部按键手动复位。上电自动复位会产生一个正脉冲9，这是脉冲是RST端子上的，正是这个正脉冲使单片机复位。按键电平复位的实现方法是一个电阻把复位端连接到VCC电源。由于本设计结构简单，对外界环境没有太大的要求，所以采用外部按键手动复位。图3.3复位电路3.1.3 显示报警电路说到典型的输出设备，就不得不提显示器了，它具有广阔的应用前景。在现实生活中大大小小的电子产品一般都带有显示器，这些显示器的差异并不大，也就是他们的显示结构
28、有所差别。比如，LED发光二极管是最简单的显示器，它提供简单的开关信息，CRT监视器或屏幕中更大的LCD屏幕则是复杂且更完整的显示器。采用LCD1602液晶显示做为显示器，该显示器的内部处理器可以解决一部分问题，单片机按照相应的规则送相应的数字，显示器件就会显示设置的内容。而数码管则需要不停地扫描，这样效率比较起LCD1602液晶显示屏来说效率低下，采用LCD1602液晶显示屏可以省下单片机的不少功夫。并且LCD1602对比数码管来说可以显示更多的字符，它的显示方式也更加直观让人一目了然地看到相关参数，对驾驶员的操作非常便利。当显示的结果超过预设值时，蜂鸣器会发出警报声，警报灯也会不停地闪烁，
29、并且显示值离预设值越近报警声越急促。图3.4LCD1602与单片机的接口电路图图3.5报警电路3.2 电路调试及性能分析3.2.1 电子元件的焊接电子产品都有电子元件组成，而电子元件则需要用焊锡来固定或者连接各个元件，这些操作就叫做焊接，焊接是非常重要的。焊接质量直接反应出这件电子产品的好坏。对于焊接既要美观也要保证质量，这才会吸引买家，而不会遭到卖家的嫌弃。焊接有几点基本要求，第一，要有可靠的电气连接。焊接是将电路中的各个电子元件用焊锡或导线连接起来的手段。焊接连接不是依靠导线的打结接触，而是通过焊接在结合点形成熔池来固定各个电子元件。第二，足够的机械强度。焊接不仅把各个电子元件连接起来形成
30、回路，而且焊接还把电子元件固定在电路板上。第三，电子产品要有一个整洁好看的外观。这就要有良好的焊接材料和高超的技术来支持，保证电子产品的外观将具有金属光泽，无毛刺凸起，连接不稳，虚焊接等现象，同时又不会损害电线的绝缘层和相邻组件的外观。3.2.2电路调试与分析一个系统能否正常工作的前提取决于电源电路是否正常。因此，第一步是调试电源确定电源没问题后再连接电源。第一检查电路的连接有没有错误，第二直观检查，检查各个电子元件之间有没有短路，引脚出有没有接触不良，然后测试电路是否可行，经过一系列的测试，电压输出应为5V。其他各个部分都正常。4 系统硬件设计4.1硬件设计鉴于HC-SR04超声波测距模块的
31、良好性能，该设计选择它作为测距模块。它的测距上限是400厘米，误差值不超过3毫米。该设计的性能指数以HC-SR04超声波测距模块的每一个电力变量为基础。该设计可以超越测量范围，提供2厘米-200厘米的非接触距离感知功能。1cm为本设计的最小显示准确度，所以1cm也是最低的测量准确度。该设计可提供9个数据保存，进行测距后所得的数据保存在其中的数据保存中。STC89C52单片机被应用与很多电子产品上，应为它的性能是在是太好了。这款单片机有着MCS-51这个经典内核，它拥有8k字节Flash,定时器，32位i/o口线，3个16位计数器和四个外部中断。它的工作频率范围为0-40HZ，它能承受的最高工作
32、温度为85。因为它的通用微处理器和闪存结合在一起，所以重复重写的闪存可以有效地节省开发成本。单片机的接口的功能如下：P10：生成并输出一个40KHz脉冲信号。P11：生成然后输出一个40KHz脉冲信号。P12：生成然后输出一个40KHz脉冲信号。INT0：生成中断请求并把后方测距电路连接到一起。INT1：和INT0接口的功能一样。P13：连接到ICA3的输入端，其作用是用来判断中断的优先级。P14：和P13的作用一样。P00P07：这些引脚都用于显示输出，这几个引脚连接到显示器。P27：连接报警电路。P20：和P27的作用一样。P21：和P27的作用一样。XTAL1：用于外部晶振的引脚连接和反
33、相放大器的输入（单片机内部）。XTAL2：用于外部晶振的引脚连接以及连接至振荡器反相放大器输出和内部时钟发生器输入（单片机内部）10。RST：复位信号输入引脚。复位芯片时，您只需要将该引脚的电位提高到高电平，并在两个以上的机器周期内保持恒定即可。STC89C52可以完成系统复位工作，从而将内部特殊功能寄存器设置为已知状态。图4.1单片机引脚图5 系统软件设计5.1软件设计人的大脑控制着我们的行为，同样单片机也需要一个“大脑”来控制它，这个“大脑”就是主程序，它可以实现整个单片机系统软件的功能。程序的第一步完成了初始化过程，第二步是按键检测，第三是测距函数，最后显示结果。当显示的结果超过预设值时
34、，蜂鸣器会发出警报声，并且显示值离预设值越近报警声越急促。图5.1单片机软件主程序流程超声波测距的基本功能是用系统硬件显示的，而系统功能的实现以及数据处理和应用是用系统软件实现的。系统软件有以下几个功能需要实现：（1）信号的控制在系统软件中要实现对信号的控制，无非就是增益控制和栅极控制，有了这两个就能实现实现信号控制，当然发射脉冲信号也是其中不能忽视的问题，还要实现发射脉冲信号，峰值采集信号和距离控制信号这三个信号的这定时和输出，这是信号控制不可缺失的一环。（2）数据存储首先得读出计数器中的所计算出来的值，然后将读出来的值存储在RAM中。目的是获得时间差，这个时间差是在发射信号和接收回波之间产
35、生的。再每次进行周期时，必须把计数器清除出来给下一次周期使用。（3）信号处理信号处理就是剔除不要的筛选出有用的留下来，RAM中存储的计数值和在液晶显示屏显示的值是不一样的，前者的数值不能拿来当后者。在液晶显示屏显示的值则需要经过转换得到。显示的距离=高电平时间*声速（340M / S）/ 2（5-1）（4）数据传输与显示测出来的距离通过LED液晶显示屏来显示。本设计用单片机STC89C52作为芯片，并且对控制流程进行了严密的思考。测得的数值在初始传输过程之后开始等待中断响应。在执行中断响应之后，在原始数据中计数，并显示距离值。（5）显示数据程序显示测试所得的程序的功能是把单片机处理完毕的距离值
36、显示在LED液晶显示屏上。显示流程图如下：图5.2显示数据流程图（6）按键子程序这个程序的作用是调节测距的下限，按键的开始测距和停止测距。流程图如下：图5.3按键子程序图（7）报警子程序报警程序的功能是发出警报，当测出的值低于设定的下限值时蜂鸣器发出警报声，测出的值离下限值越远，报警声会越急促。流程图如下：图5.4报警子程序图6 误差分析与改进6.1 误差分析6.1.1 温度对超声波的影响在空气中机械振动产生一个纵波，这个波叫超声波。气体可以进行压缩，也可以受热引起膨胀，无论是压缩还是膨胀都会有一个弹性模量，这个弹性模量受温度和气体密度的影响。即：uIRI（6-1）C指的是气体弹性模量，r指的
37、是气体的密度，B指的是气体的弹性模量。根据理想气体中的压缩特性来分析，可以得出一个公式11：B = gr，其中g为恒压热容和恒容热容比，空气为1.40，P代表气压。气体压力可表示为：uIRI（6-2）其中，T代表气体的绝对温度（K），M代表气体的分子量，R代表通用常数8.314kg / mol，空气为28.810-3kg / mol。所以uIRI（6-3）从公式6-3可以得出。超声波的传播速度跟温度密切相关，如果要得到准确的数据就必须考虑温度这一外界因素。6.1.2 超声波衰减对时间测量的影响超声波经发射器发射出去，经过气体后遇到障碍物会被反射回接收器。超声波经历这一个过程后会被削弱，它的削弱
38、遵循指数规律。超声波接收器x一定距离处有一个被测物体，可以描述为：（6-4） 在式（6-4）中超声传感器的接收幅度用A代表；是衰减系数；x是超声波的距离；k是波数。= bf为衰减系数。其中空气介质的常数为b，超声波的频率为f12。从中可以得出结论，当f越高，其衰减越快。同时，当f过高，会产生震动。但是，当超声波的频率变快时，它的传播方向性就越强，这很利于距离测量。6.2 针对误差所改进的方案在实际应用中精确度是超声波测距的关键技术。以下方法可以提高测距精度：（1）合理选择脉冲宽度和脉冲发射周期以及超声波的工作频率 根据相关研究发现，f = 40kHz为超声波测距工作最佳频率：发射脉冲宽度通常应
39、比填充波周期高10倍以上，即：T 0.25s，微机分析和处理数据的速度是脉冲传输周期的主要选择要求，如果速度变快，则选择脉冲传输周期会变短。（2）需要一个负反馈控制来调整在超声波接收电路中连接的增益调整和自动增益。超声波接收波的振幅随着距离的增加而呈现出一个指数下降的趋势，因此增益调整电路用于使电路的放大率随距离的增加而呈指数增加。这造成接收器波形的幅度不会随测得的距离变化很大，波形的稳定需要当前的负反馈连接来控制。（3）减少时间量化产生的误差，提高定时精度 例如，使用芯片定时器，时间量化误差引起的测距误差变小的原因是计数频率升高。也可以使用外部硬件定时电路，这样时间量化误差也会变小。（4）温
40、度对超声波速度的影响温度和压力等多个因素都会影响超声波在介质中的传播，其中温度对速度的影响是最显著的。为此，必须在一定程度上予以补偿温度。7 总结与展望7.1 项目开发总结本文在分析汽车在我们生活中是一种不可缺少的交通工具的基础上，提出了对汽车安全距离的检测与实现。本文对超声波的原理和实现进行了详细的介绍，汽车安全距离的检测与实现的核心芯片为AT89C52单片机，这一设计由超声波发射和接收电路，显示报警电路，复位电路组成。软件部分的设计由主程序和几个发射接收，计算，显示子程序组成。该设计用单片机来控制计时，计算超声波在发射端与障碍物的速度来获得距离。在液晶显示屏上会显示物体之间的实际距离和所在
41、环境的温度，显示屏上的信息会给驾驶员一个参考，避免发生剐蹭和碰撞，该设计的汽车安全距离的检测与实现可以应用于倒车等各种场合，可以实现停车和倒车安全化。7.2 不足与展望虽然该设计具被测距的功能，但在实际应用中还需要进一步地改进，仍有许多问题需要考虑。温度和回形检测对于时间测量，超声波传感器所附加额脉冲电压都会对测距产生影响。另外，每次测量障碍物时，倾斜表面或其他复杂的界面也会影响测量的准确性。上述缺陷需要进一步改善。相信随着科学的不断发展，在汽车驾驶中可以完美地实现汽车安全距离的检测。20参 考 文 献1宋震. 高速公路安全行车车距数学模型的研究J. 科技资讯, 2010(32):10-10.
42、2陈正军,邬华,方爱华. 基于凌阳61系列单片机的超声波测距系统J. 科技传播, 2010(11):152-153.3丁守成. 基于MSP430单片机的超声波测距系统设计与实现J. 现代科学仪器, 2009(05):60-62.4王红艳. 超声波测距仪的研究设计J. 课外阅读：中下, 2012(10):2-2.5高三阳,鞠洪涛,陈雁忠,李军,于明贺,赵天宇. 多传感器机器人避障系统设计J. 单片机与嵌入式系统应用, 2019(02):71-75.6梁春美. 舰艇暗礁预警和报警排水系统设计J. 信息通信, 2014(07):48-49.7常小凯,卢庆林. 基于一种高精度超声波测距仪的研究J. 科
43、技创新与应用, 2013(07):21-21.8段永霞,徐杰,徐玓. 基于AT89C51单片机倒车防撞预警系统设计J. 广西轻工业, 2010(03):63-64.9郭丽颖. 基于单片机的超声波测距电路的设计J. 自动化技术与应用, 2010(06):106-108.10刘鑫,朱靖玉. 基于单片机的倒车雷达的设计J. 电子设计工程, 2012(01):100-103.11高大容,苏玉萍,刘洪涛. 基于超声波的汽车倒车主动防御系统J. 自动化与仪器仪表, 2013(02):135-136.12顾雪荣. 浅谈超声波测距系统J. 中国科技博览, 2010(15):1-1.13刘洪恩. 汽车倒车防撞超
44、声波雷达的设计J. 仪表技术, 2008(04):18-19.14殷婷,杨辰. 超声波传感器及其应用J. 商情, 2010(16):1-1.15董今彤,刘佳. 超声波传感器在纸币清分机上的应用J. 仪表技术与传感器, 2014(03):102-104.16朱靖玉,刘鑫,周永兵. 基于单片机及CPLD的多间隔脉冲产生电路J. 电子设计工程, 2012(04):165-167.17杨平,胡德民. 联合收割机喂入量信号采集电路的设计与研究J. 安徽农业科学, 2008(35):480-482.18林二妹. 基于AT89S51单片机的超声波测距系统设计J. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2013(
45、04):133-136.19陈军俊. 基于Arduino技术的六足机器人声呐测距功能设计与实现J. 电脑知识与技术：学术交流, 2018(5Z):4-4.20姚旺. 基于AT89S52单片机的超声波测距仪设计J. 中国科技纵横, 2015(7):1-1.21李文辉. 基于8051单片机的多功能汽车开车控制器J. 自动化与仪器仪表, 2010(01):53-56.致谢转眼之间，毕业季来了，在这大学四年里感慨颇多。有和同学之间的同窗之谊，也有师生之间的亦师亦友之情。在这里我要感谢老师和同学在这四年里对我的照顾。本文是在谭德立老师的精心指导下完成的，谭老师治学严谨，对细节方面有很高的的要求。在这段时间里，获得了新的尝试与挑战，我受益匪浅，在谭德立老师的指导下好好的上了大学生涯的最后一课。感谢谭老师，给我提出的宝贵意见，自己的动手能力也有了很大的提高，这次算是在这大学四年的一个总结。最后由衷地感谢谭老师的指导和照顾！附录一