超声波汽车倒车系统翻译中文.docx

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超声波汽车倒车系统翻译中文

超声波测距系统

本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。

（类似GPS定位系统）

一超声波测距原理

1、压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

2、超声波测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：

s=340t/2。

二超声波测距系统的电路设计

系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。

电路原理图如图2所示。

其中只画出前方测距电路的接线图，左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同，故省略之。

1、40kHz脉冲的产生与超声波发射

测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行下面程序来产生。

puzel：

mov14h,#12h；超声波发射持续200ms

here：

cplp1.0；输出40kHz方波

nop；

nop；

nop；

djnz14h，here；

ret

前方测距电路的输入端接单片机P1.0端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射200ms。

右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口，工作原理与前方测距电路相同。

2、超声波的接收与处理

接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。

IC2是带有锁定环的音频译码集成LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。

调节R8在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。

前方测距电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。

部分源程序如下：

receive1：

pushpsw

pushacc

clrex1；关外部中断1

jnbp1.1,right；P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序

jnbp1.2,left；P1.2引脚为0,转至左测距电路中断服务程序

return：

SETBEX1；开外部中断1

popacc

poppsw

reti

right：

；右测距电路中断服务程序入口

ajmpreturn

left：

...；左测距电路中断服务程序入口

ajmpreturn

三、超声波传播时间计算

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。

当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。

其部分源程序如下：

RECEIVE0：

PUSHPSW

PUSHACC

CLREX0；关外部中断0

MOVR7,TH0；读取时间值

MOVR6,TL0?

CLRC

MOVA,R6

SUBBA,#0BBH；计算时间差

MOV31H,A；存储结果

MOVA,R7

SUBBA,#3CH

MOV30H,A

SETBEX0；开外部中断0

POPACC

POPPSW

RETI

四、超声波测距系统的软件设计

软件分为两部分，主程序和中断服务程序。

主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。

定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。

五、结论

对所要求测量范围30cm~200cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，且重复性好。

可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。

因此，它不仅可用于移动机器人，还可用在其它检测系统中。

思考：

至于为什么接收不用晶体管做放大电路呢，因为放大倍数搞不好，CX20106集成放大电路，还带自动电平增益控制，放大倍数为76dB，中心频率是38k到40k，刚好是超声波传感器的谐振频率。

超声波测距仪

摘要：

提出了一种超声波测距仪来抵消的影响温度和湿度的变化，包括测量单元和参考资料。

在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。

脉冲提供给各自的主机，和比例的反产出是利用确定的距离被衡量的。

一、背景发明

本发明涉及到仪器的测量距离，更特别是，这种仪器传送超声波两点之间。

精密机床必须校准。

在过去，这已经完成利用机械设备，如卡钳，微米等。

不过，使用这种装置并不容易本身自动化技术。

据了解，该两点之间距离才能确定通过测量传播时间的浪潮往返那些两点。

这样一个类型的波是一种超声波，或声，海浪。

当超声波旅行两点之间，距离两个点之间可以衡量乘以过境的时间波由波速，在中期分开两点。

因此，这是一个对象本发明提供仪器利用超声波准确测量两点之间距离。

当中等两个点之间的间距是被衡量的是空气，声速是取决于温度和空气相对湿度。

因此，它是进一步对象的，现在的发明，提供仪器的类型所描述的是独立于温度和湿度的变化。

二、综述发明

前述的和额外的对象是达到了根据这些原则的这项发明提供距离测量仪器，其中包括一个参考的单位和测量单位。

参考和测量单位是相同的，每个包括一电发射机和接收机一电。

间隔发射器和接收器的参考股是一个固定的参考距离，而间距之间的发射机和接收机的测量单位是距离来衡量。

在每一个单位，发射机和接收机是再加上由一个反馈环路导致发射机产生的声脉冲是由接收机和转换成一个电脉冲这是然后反馈到发射机，使重复一系列脉冲的结果。

重复率脉冲是成反比关系之间的距离发射器和接收器。

在每一个单位，脉冲提供一个反。

由于参考的距离是众所周知，比例反产出是利用，以确定所期望的距离来衡量。

由于这两方面都是相同的影响，温度和湿度的变化，采取的比例罪状，由此产生的测量变得麻木等变化。

三、简要说明图纸

前述将更加明显后，读下列的说明，在与该绘图并在其中单一数字schematically描绘仪器兴建根据这些原则的这项发明。

四、详细说明

谈到现在的绘图，有结果表明，测量单位和10个参考单位12个，均加上一个利用的手段14。

测量单位包括110电发射机16日和1电接收机18。

变送器16包括压电材料20夹心阶层之间的对电极的22日和24日。

同样，接收机18个，包括压电材料26夹心阶层之间的对电极的28日和30日。

作为众所周知，采用电场整个电极22日和24日，强调的是，诱导，在压电材料20。

如果该字段各有不同，如所申请的一个电脉冲，声波是32所产生的。

为进一步众所周知，当声波影响到接收器18，这诱导应力，在压电材料26，导致一种电信号，以产生全国电极28日和30日。

虽然压电传感器已说明，其他电声装置，可利用，例如，静电，驻极体或电磁类型。

如表所示，电极28日和30日的接收18岁以下的耦合的投入一34放大器，其输出耦合输入一个探测器36。

探测器36是安排提供一个信号，脉冲前38时，输出放大器34已经超过预定的水平。

脉冲前38，然后产生一个触发脉冲，这是提供给脉冲发生器40。

在为了提高灵敏度，该系统，传感器16和18岁以下的共振兴奋。

有相应的提供了一个连续波振荡器42提供了一个连续振荡信号在一个固定的频率，最好是共振频率的传感器16和18。

这个振荡信号是提供给调制器44。

要有效地激发发射机16，可取的做法是提供几个周期的共振频率信号，而不是一个单脉冲或单周期。

因此，脉冲发生器40是安排，在回应的应用存在的一个触发脉冲，提供一个控制脉冲调制器44有一个时间的平等的时间，时间预定人数的周期振荡信号从振荡器42。

这个控制脉冲调制器的原因，44个通过了“水管爆裂”的周期，以激发发射机16。

当电力是适用于所描述的电路，有足够的噪音在输入到放大器34，其输出触发脉冲发生器40至造成了一片叫好声，振荡周期，以提供整个电极22日和24日的发射器16。

变送器16因此产生声波32条，其中影响到接收器18。

接收器18，然后产生一个电脉冲，这是适用于输入放大器的34，这再次触发原因的脉冲发生器40。

这个周期重演，使重复一系列的触发脉冲结果的输出脉冲前38。

这脉冲列车是应用到46个柜位，以及向脉冲发生器40。

变送器16日和接收18岁以下的间隔，除了由距离的“D”，它是理想的衡量。

传播时间的“T”为一声波32往来变送器16日和接收18所给予的：

=D的吨/视频s

凡vs是声速在空气中之间的发射机16日和接收18。

柜台46措施重复率触发脉冲，这是平等的1/汤匙因此，重复率是平等的一至中五的S/四该声速空气中是一个功能的温度和湿度的空气，内容如下：

＃＃＃＃equ1其中T是温度，P是局部的压力，水汽，H是该气压，γ瓦特和γ一顷的比例不断的压力，具体的热不断货量具体的热水汽和干燥的空气，分别。

因此，虽然重复率触发脉冲测量非常准确地反46，声速的影响，温度和湿度，使测量的距离d无法确定准确。

根据这些原则的这项发明，参考单位提供的是12。

参考单位12是相同的建设为测量单位的10个，因此，包括一电发射机50个，其中包括压电材料52夹心之间的一对电极的54和56，和一电接收机58，其中包括压电材料60夹心阶层之间的一对电极60,61,62和64。

再次，传感器以外的其他类型压电可以利用。

变送器50和接收五十八顷间隔，除了已知的和固定的参考距离“博士”。

电极60,61,62和64耦合到输入的放大器66，其输出是耦合的投入探测器68。

输出探测器68是耦合的脉搏，前70产生触发脉冲。

触发脉冲应用到脉冲发生器的72个控制调制器74通过扫射从连续波振荡器76至变送器50。

触发脉冲从脉冲前70也适用于反78。

最好是，所有的传感器16，18，50和58具有相同的共振频率。

因此，振荡器42和76都在运作，频率和脉冲发电机40和第72条提供平等的输出脉冲宽度。

在用法上，测量装置10和参考资料股一十二顷在接近，使该声速在这两个单位是相同的。

虽然留级率的脉冲在测量单位，10和参考资料股十二顷每个温度和湿度的依赖性，能证明的距离D来衡量。

其中TR是传播时间超过距离博士在参考股12。

这种关系是独立于双方的温度和湿度。

因此，产出的柜台46和78所提供的投入微处理器的90个利用的手段14。

微处理器90是适当的程序提供了一个输出是成正比的比例，产出的柜台46和78，这反过来又是成正比的重复率分别触发脉冲列车的测量单位，10和参考资料股12。

作为描述，这个比例是独立的温度和湿度，由于参考的距离，博士，是众所周知的，提供了一个准确的代表性距离四，利用手段，14日还包括一个显示92这是耦合和控制的微处理器，使90一个经营者可以随时确定的距离四

实验表明，当之间的距离发射和接收传感器是太小了，思考的声波在传感器的表面有一个不小的作用，降低了测量精度。

因此，最好是每换一双分开，至少由某一个最小距离，最好是约四英寸。

DS18B20 数字温度

DS18B20 数字温度计提供9-12 位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。

DS18B20 通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20 之间仅需一条连接线（加上地线）。

它的测温范围为-55～＋125℃，并且在-10～＋85℃精度为±5℃。

除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。

 每个DS18B20 都有一个独特的64 位序列号，从而允许多只DS18B20 同时连在一根单线总线上；因此，很简单就可以用一个微控制器去控制很多覆盖在一大片区域的DS18B20。

这一特性在HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常有用。

测温操作 

DS18B20 的核心功能是它的直接读数字的温度传感器。

温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11 或12 位，分别以0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃增量递增。

在上电状态下默认的精度为12 位。

DS18B20 启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测量和AD 转换时，总线控制器必须发出[44h]命令。

在那之后，产生的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中，DS18B20 继续保持等待状态。

当DS18B20 由外部电源供电时，总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”（见单总线系统节），DS18B20 正在温度转换中返回0,转换结束返回1。

如果DS18B20 由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被一个强上拉拉高，否则将不会由返回值。

寄生电源的总线要求在DS18B20 供电节详细解释.

DS18B20的温度数据输出校准好的摄氏度，单位为华氏。

温度数据存储器是一个16位符号的2进制温度寄存器（见图2），用符号位（S）表示。

如果温度是正温度S为=0如果是负温度，S=1。

如果DS18B20的是12位分辨率配置，在温度寄存器的所有位包含有效的数据。

对于11位分辨率，位0是不确定的。

对于10位分辨率，位1和0是不确定的，并为9位分辨率，位2，1和0是不确定的。

DS18B20 供电 

DS18B20 可以通过从VDD 引脚接入一个外部电源供电，或者可以工作于寄生电源模式，该模式允许DS18B20 工作于无外部电源需求状态。

寄生电源在进行远距离测温时是非常有用的。

寄生电源的控制回路见图1，当总线为高电平时，寄生电源由单总线通过VDD 引脚。

这个电路会在总线处于高电平时偷能量，部分汲取的能量存储在寄生电源储能电容（Cpp）内，在总线处于低电平时释放能量以提供给器件能量。

当DS18B20 处于寄生电源模式时，VDD 引脚必须接地。

寄生电源模式下，单总线和Cpp 在大部分操作中能提供充分的满足规定时序和电压的电流（见直流电特性和交流电特性节）给DS18B20。

然而，当DS18B20 正在执行度转换或从高速暂存器向EPPROM 传送数据时，工作电流可能高达1.5mA。

这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降，这需要更大的电流，而此时Cpp 无法提供。

为了保证DS18B20 由充足的供电，当进行温度转换或拷贝数据到EEPROM 操作时，必须给单总线提供一个强上拉。

用漏极开路把I/O直接拉到电源上就可以实现，见图4。

在发出温度转换指令[44h]或拷贝暂存器指令[48h]之后，必须在至多10us 之内把单总线转换到强上拉，并且在温度转换时序（tconv）或拷贝数据时序（ter=10 ms）必须一直保持为强上拉状态。

当强上拉状态保持时，不允许有其它的动作。

 对DS18B20 供电的另一种传统办法是从VDD 引脚接入一个外部电源，见图5。

这样做的好处是单总线上不需要强上拉。

而且总线不用在温度转换期间总保持高电平。

温度高于100℃时，不推荐使用寄生电源，因为DS18B20 在这种温度下表现出的

漏电流比较大，通讯可能无法进行。

在类似这种温度的情况下，强烈推荐使用DS18B20 的VDD 引脚。

 对于总线控制器不直到总线上的DS18B20 是用寄生电源还是用外部电源的情况，DS18B20 预备了一种信号指示电源的使用意图。

总线控制器发出一个Skip ROM指令[CCh]，然后发出读电源指令[B4h]，这条指令发出后，控制器发出读时序，寄生电源会将总线拉低，而外部电源会将总线保持为高。

如果总线被拉低，总线控制器就会知道需要在温度转换期间对单总线提供强上拉。

存储器

DS18B20 的存储器结构示于图7。

存储器有一个暂存SRAM 和一个存储高低报警触发值TH 和TL 的非易失性电可擦除EEPROM 组成。

注意当报警功能不使用时，TH和TL 寄存器可以被当作普通寄存器使用。

所有的存储器指令被详述于DS18B20功能指令节。

  位0 和位1 为测得温度信息的LSB 和MSB。

这两个字节是只读的。

第2 和第3 字节是TH 和TL 的拷贝。

位4 包含配置寄存器数据，其被详述于配置寄存器节。

位5，6 和7 被器件保留，禁止写入；这些数据在读回时全部表现为逻辑1。

 高速暂存器的位8 是只读的，包含以上八个字节的CRC 码，CRC 的执行方式如CRC发生器节所述。

数据通过写暂存器指令[4Eh]写入高速暂存器的2，3 和4 位；数据必须以位2 为最低有效位开始传送。

为了完整的验证数据，高速暂存器能够在数据写入后被读取（使用读暂存器指令[BEh]）。

在读暂存器时，数据以位0 为最低有效位从单总线移出。

总线控制器传递从暂存器到EEPROMTH,TL 和配置数据必须发出拷贝暂存器指令[48h]。

 EEPROM 寄存器中的数据在器件掉电时仍然保存；上电时，数据被载入暂存器。

数据也可以通过召回EEPROM 命令从暂存器载入EEPROM。

总线控制器在发出这条命令后发出读时序，DS18B20 返回0 表示正在召回中，返回1 表示操作结束。

ROM 指令 

一旦总线控制器探测到一个存在脉冲，它就发出一条ROM 指令。

如果总线上挂有多只DS18B20，这些指令将基于器件独有的64 位ROM 片序列码使得总线控制器选出特定要进行操作的器件。

这些指令同样也可以使总线控制器识别有多少只，什么型号的器件挂在总线上，同样，它们也可以识别哪些器件已经符合报警条件。

ROM 指令有5 条，都是8 位长度。

总线控制器在发起一条DS18B20 功能指令之前必须先发出一条ROM 指令。

 Search ROM [F0h] （搜索ROM 指令） 

当系统上电初始化的时候，总线控制器必须通过识别总线上所有ROM 片序列码去得到从机的数目和型号。

总线控制器通过搜索ROM 指令多次循环搜索ROM 编码，以确认所有从机器件。

如果总线上只有一只从机，那么可以用较为简单的读取ROM 指令（见下文）代替搜索ROM 指令，关于iButton Book of Standards 

见 指令之后，总线控制器必

须返回步骤1。

 READ ROM [33h] （读取ROM 指令） 

只有在总线上存在单只DS18B20 的时候才能使用这条命令。

该命令允许总线控制

器在不使用搜索ROM 指令的情况下读取从机的64 位片序列码。

如果总线上有不止一只从机，当所有从机试图同时传送信号时就会发生数据冲突。

 MATH ROM [55h] （匹配ROM 指令） 

匹配ROM 指令，后跟64 位ROM 编码序列，让总线控制器在多点总线上定位一只特定的DS18B20。

只有和64 位ROM 片序列码完全匹配的DS18B20 才能响应随后的存储器操作指令；所有和64 位ROM 片序列码不匹配的从机都将等待复位脉冲。

 SKIP ROM [CCh] （忽略ROM 指令） 

这条指令允许总线控制器不用提供64 位ROM 编码就使用功能指令。

例如，总线控制器可以先发出一条忽略ROM 指令，然后发出温度转换指令[44h]，从而完成温度转换操作。

注意：

当只有一只从机在总线上时，无论如何，忽略ROM 指令之后只能跟着发出一条读取暂存器指令[BEh]。

在单点总线情况下使用该命令，器件无需发回64 位ROM 编码，从而节省了时间。

如果总线上有不止一只从机，若发出忽略ROM 指令，由于多只从机同时传送信号，总线上就会发生数据冲突。

 ALARM SEARCH [ECH] （报警搜索指令） 

这条命令的流程和搜索ROM 指令相同，然而，只有满足报警条件的从机才对该命令作出响应。

只有在最近一次测温后遇到符合报警条件的情况，DS18B20 才会响应这条命令。

在每次报警搜索指令周期之后，总线控制器必须返回步骤1。

关于报警操作流程见报警信号操作节。

DS18B20 功能指令 

在总线控制器发给欲连接的DS18B20一条ROM命令后，跟着可以发送一条DS18B20功能指令。

这些命令允许总线控制器读写DS18B20 的暂存器，发起温度转换和识别电源模式。

 CONVERT T [44h] （温度转换指令） 

这条命令用以启动一次温度转换。

温度转换指令被执行，产生的温度转换结果数据以2 个字节的形式被存储在高速暂存器中，而后DS18B20 保持等待状态。

如果寄生电源模式下发出该命令后，在温度转换期间（tconv），必须在10us（最多）,内给单总线一个强上拉，见DS18B20 供电节。

如果DS18B20 以外部电源供电，总线控制器在发出该命令后跟着发出读时序，DS18B20 如处于转换中，将在总线上返回0，若温度转换完成，则返回1。

寄生电源模式下，总线被强上拉拉高前这样的通讯技术不会被使用。

 WRITE SCRATCHPAD [4Eh] （写暂存器指令） 

这条命令向DS18B20 的暂存器写入数据，开始位置在TH 寄存器（暂存器的第2个字节），接下来写入TL 寄存器（暂存器的第3 个字节），最后写入配置寄存器（暂存器的第4 个字节）。

数据以最低有效位开始传送。

上述三个字节的写入必须发生在总线控制器发出复位命令前，否则会中止写入。

 READ SCRATCHPAD [BEh] （读暂存器指令） 

这条命令读取暂存器的内容。

读取将从字节0 开始，一只进行下去，知道第9 字节（字节8，CRC）读完，如果不想读完所有字节，控制器可以在任何时间发出复位命令来中止读取。

 COPY SCRATCHPAD [48h] （拷贝暂存器指令） 

这条命令把TH,TL 和配置寄存器（第2、3、4 字节）的内容拷贝到EEPROM 中。

如果使用寄生电源总线控制器必须在发出这条命令的10us 内启动强上拉并最少保持10ms，见DS18B20 供电节所述。

RECALL E2 [B8H] （召回EEPROM 指令） 

这条命令把报警触发器的值（TH 和TL）以及配置数据从EEPROM 拷回暂存器。

总线控制器在发出该命令后读时序，DS18B20 会输出拷回标识：

0 标识正在拷回，1标识拷回结束。

这种拷回操作在DS18B20 上电时自动执行，这样器件一上电暂存器里马上就存在有效的数据了。

 READ POWER SUPPLY [B4h] （读电源模式指令） 

总线控制器在这条命令发给DS18B20 后发出读时序，若是寄生电源模式，DS18B20将拉低总线，若是外部