序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇雷達技術論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：LiDAR；鐵路勘察設計，DEM；DLG

中圖分類號：TN958.98文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 03-0000-02

Airborne LIDAR Technology in Railway Survey and Design Application and Benefit Analysis

Han Zujie

(Railway Third Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Tianjin300142,China)

Abstract:Airborne laser radar technology (LiDAR) is a new remote sensing technology,because of its high precision and efficiency,in terms of rapid development of topographic mapping,currently nearly 20 sets of LiDAR systems.This paper studies LiDAR technology in railway engineering survey and design the content,products,and effects,on the basis of aerial photogrammetry and traditional methods are compared to prove LiDAR technology in the railway survey and design of the feasibility and superiority.

Keywords:LiDAR;Railway survey and design;DEM;DLG

一、引言

機載激光雷達技術（LiDAR）是一種全新的遙感技術，自上世紀90年代在德國首次出現商用樣機系統以來，因其高精度和高效率，在地形測繪方面得到快速發展。目前，全球已經有幾十套商用系統在使用，主要實用系統有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。

上世紀90年代中后期至今，美國、德國、加拿大、澳大利亞、瑞典和芬蘭等國家，先后成功應用這項技術進行了地形測量、森林資源調查與評估、三維城市建模等試驗與工程實踐。特別是芬蘭和德國，已經采用這項技術建立了全國或者大部分國土的DEM，達到了理想的效果。目前在國內已經有接近20套LiDAR設備，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亞太數字遙感新技術有限公司、廣西桂能信息工程有限公司、廣州建通測繪技術開發有限公司以及東方道邇公司等單位已經先后開展了實驗和工程飛行，主要用于生產數字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），進而制作線劃圖（DLG）等。本研究將使用LiDAR技術對鐵路勘察工程設計進行研究與試驗，介紹其主要產品及應用并對經濟效益進行評價。

二、機載激光雷達技術系統構成與工作原理

（一）機載激光雷達技術簡介

LiDAR系統是一種新型的綜合應用激光測距儀、IMU、GPS的快速測量系統，可以直接測得地面物體各個點的三維坐標。機載的激光雷達系統通常還集成高分辨率數碼相機，用于獲取目標影像。從功能上看，機載激光掃描系統是基于激光測距技術、GPS技術和慣性導航技術這三種技術集成的一個軟硬件系統，其主要目的是為了獲取高精度的數字表面模型（DSM）。

目前，LiDAR提供的直接數據產品為：點云數據，DSM，DEM，DOM。經過后處理可以快速生成等高線、高程點、橫縱斷面圖，完成路線設計需要的專項測繪內容（如架空管線的凈空、交叉角度測繪等），并提供工程設計模型和景觀設計模型等。

（二）LiDAR的主要系統構成

主要系統構成包括：

1.掃描儀組件：激光發射器、激光信號接收器、機械組件、掃描鏡及窗口、接口板。

2.設備支持系統：系統控制器、飛機位置及姿態測量系統、檢流控制器、激光電源、電源分配器、控制計算機、連接電纜。

3.附屬軟件：包括項目飛行設計及對記錄數據進行后處理（濾波、分類等）處理。

4.控制/顯示器：激光發射指標器、音頻告警器、電路熔斷器、系統診斷數據輸出、控制接口。

（三）主要工作原理

通過DGPS（或PPP）和IMU求得航機線上任意采樣時刻激光發射中心的空間坐標和設備的空間姿態，內插后能夠獲取任意時刻激光光束的姿態和發射中心的空間坐標，通過激光測量激光發射中心到地面的距離，可以求得每一個激光腳點的空間三維坐標。另外，利用DGPS/IMU可以直接獲取每一張照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后將激光點數據和數碼影像進行聯合處理得到高精度的正射影像和數字高程模型。

三、機載激光雷達的應用

機載激光雷達能夠快速獲取數字地表模型（DSM），同時，配套的中畫幅數碼相機可以獲得同步的數碼相片，經過加工處理可獲得數字高程模型、分類信息、航空相片的立體像對和正射影像圖。目前還沒有成熟的專業接口供鐵路勘察設計工程中使用機載激光雷達成果，因此，如何將機載激光雷達勘測成果與眾多設計專業手段無縫結合，從海量基礎信息中快速提取或檢索有用的信息為各專業設計所用，是機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計的關鍵。

結合鐵路勘察設計特點和工程應用實踐，一方面將機載激光雷達技術成果進行加工，提供滿足專業應用的專題成果，另一方面，改進專業設計勘察設計流程，提出新的設計理念，以便更加有效地利用海量的基礎信息，提高設計質量和設計效率。

利用機載激光雷達技術提供的高精度、高分辨率數字地面模型和正射影像圖，結合鐵路專業設計要求，主要生產以下幾種產品（見圖4）：

1.工點地形圖。它是針對鐵路設計的控制工點，在施工圖階段做的更加詳細的勘測工作，以保證設計資料的精度和準確性。如：橋址地形、隧道進出口等；

2.斷面圖。主要包括縱斷面和橫斷面，一般它們的精度高于地形圖的精度。主要用于保證設計線路的平順性和計算工程數量的準確性；

3.數字正射影像地形圖。這是線劃圖的替代產品，通過將正射影像圖疊加等高線、專業調查的地質界線、自然保護區等矢量信息，而形成的一種地形圖，它的信息量更加豐富，更加直觀；

4.專項測繪。針對特殊的專業需求而進行的詳細勘測工作。如：水文斷面、涵軸測量、電線垂度等；

5.工程中的土石方自動計算、坡度、坡向的計算等；

6.快速構建三維虛擬場景，城市建模等。

此外，還可利用高分辨率的影像進行專業調查、地質判視等，便于指導外業工作，提高外業勘測的針對性和合理性。

四、技術、經濟效益和推廣應用前景

（一）機載激光雷達測量技術與常規航測方法的經濟比較

1.兩種技術手段外業控制測量的比較。LIDAR所需的外業控制點與常規航測外控的比較，以II級地形1：2000航測地形圖測繪（常規航測單航帶100km）為例。

（1）首級平面和高程控制網工作內容和數量是基本相同的。

（2）LIDAR系統要求每5-7km測量一個平面和高程控制點，每30km測量一處高程校正區，這樣100km線路需要布設平高控制點17個，高程校正區3個。而常規航測方法，采用150mm焦距的航攝儀拍攝，需要75個平高控制點；采用210mm焦距的航攝儀拍攝，需要150個平高控制點。

（3）LIDAR系統不因地形等級的變化而改變外業平高控制點的數量（適當的寬度，如不大于10km）。而常規航測方法會隨著寬度的增加而成倍增加外控點的數量。

2.橫斷面切繪的經濟比較。以張唐鐵路定測為例，相對于采用Lidar技術平均1000-1200個橫斷面/人天的工作效率，常規航測方法每人每天只能切繪300-400個橫斷面，可見工作效率提高了3-4倍，對企業發展帶來了巨大的經濟效益。

3.地形圖制作的經濟比較。以II級地形1：2000地形圖測繪為例。

因為LIDAR具有高效生成DEM的優勢，所以在生成等高線、高程點等具有高程信息的地形信息時具有更高的效率，在這個方面，采用Lidar技術平均效率為12-15平方公里/（人.天），常規航測方法每人每天只能測繪2-3平方公里；

航測方法在立體模型下獲取（除等高線、高程點之外）矢量信息具有更大的優勢，而LIDAR則因其自身離散性獲取能力比較弱，適合于小面積的（除等高線、高程點之外）矢量信息獲取。

（二）成功案例及分析

經過試驗與實踐，LiDAR技術已成功用于多個鐵路項目的勘測設計項目，減少了內業制圖的壓力，縮短了項目工期，在鐵路各專業使用中反映良好，取得了顯著的經濟效益。以某工程為例，泛亞鐵路某段全長257Km，由于距離遙遠，地處國外，而且鐵路過境區域存在大量地雷區域，給外業工作帶來極大不便。考慮到地理因素和方案局部變動的因素，項目在實際操作中拋棄傳統外業測量加航測制圖的作業方式，直接采用機載激光雷達系統，一次性獲取鐵路過境區域長257km，寬4km的雷達點云數據和數碼影像數據，利用該數據圓滿完成了無外業控制測量情形的1：10000和1：2000的地形圖成圖任務，不僅避免了人力物力消耗和地雷區作業的危險性，而且在內業成圖中，大膽使用數字正射影像地形圖代替傳統的DLG，取得了制作者和使用者均滿意的雙贏局面。

（三）推廣應用前景

機載激光雷達測量技術具有巨大的發展空間和潛力，作為一種新技術，還有許多發展空間，特別是在數據處理算法以及軟件和系統的開發等方面。隨著用戶數量的增加，其應用領域將越來越廣，特別是隨著激光技術的進一步發展，將促進機載激光雷達技術的革新。在鐵三院于2009年率先在國內將機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計并取得巨大成功后，今年鐵一院、鐵二院、鐵四院都陸續定購了機載激光雷達并加大了人力投入，可見由于其精度高、成本低、周期短等特點在鐵路行業已經被廣泛關注。鐵路行業之外，水利、公路、電力、農林等行業也在積極開展相關的研究和應用。

參考文獻：

[1]孟憲軍.鐵路勘察設計虛擬現實技術的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[2]王長進.基于機載激光雷達的鐵路勘測技術研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[3]高文峰,王長進.鐵路勘測中使用機載激光雷達測繪橫斷面相關問題的探討[J].鐵路航測,2010

[4]高文峰,王長進.GPS基站布設對機載激光雷達精度影響的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[5]徐祖艦.機載激光雷達測量技術及工程應用實踐[M].武漢:武漢大學出版社,2009

篇(2)

關鍵詞:鐵路工程;地質雷達技術;基樁檢測技術;隧道及擋土墻

中圖分類號:U215文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2010)03-0131-02

鐵路運輸是我國重要的運輸方式,它貫穿了我國南北東西的運輸道路,同時還是拉動各地經濟發展的重要保障,所以,我們有必要加強鐵路工程的檢測,保障鐵路運輸的正常運行。

鐵路工程質量檢測的方法有很多,一般都是使用動測技術檢測法和地質雷達檢測法,這是兩種新方法,已經在鐵路檢測方面得到了廣泛的應用。檢測可以讓我們對工程進行一個整體的評價,并且可以保證工程的質量和工程運營的安全性。

為了讓工程檢測達到更好的效果和目標,我們將工程檢測的方法慢慢的組合成一套體系,我國鐵路部門經過多年的努力和實踐摸索,在鐵路工程檢測方面已經累積的豐富的經驗為我們在今后的工程實踐中提供了很好的基礎,在此,文章就對工程的檢測方法及其的問題做闡述和分析,在路基填筑、隧道及擋土墻幾個方面進行論述,供交流和參考。

一、地質雷達檢測方法

地質雷達術是鐵路工程檢測的一項新技術,它就是利用電磁波反射原理進行檢測的,主要是應用在淺層地質結構和工程質量檢測的方面,指一種地球物理方法。地質雷達檢測的方法有其自身的優點,比如它比其他的檢測方法更精準,對地面無損害,并且測試的速度更快。地質雷達檢測技術的應用范圍不止是鐵路檢測方面,它還在場地勘察和工程質量檢測兩大領域應用廣泛,在場地檢測方面一般是用于工程場地勘察、鐵路與公路路基狀態探查、基巖風化層探查、地下水探查、地下溶洞和人工洞室探測等。其次在工程質量檢測方面一般用于鐵路和公路隧道襯砌、高速公路路面及路基、機場跑道等質量檢測和工程結構檢測等。

通過時間和研究,關于地質雷達的檢測方法在隧道地質檢測中也得到了應用,可見,這種方法前景非常廣闊,比如在鐵路,渝懷鐵路,宜萬鐵路都分別利用了地質雷達檢測隧道的質量和混凝土的結實程度。隧道混凝土的質量好壞直接決定了隧道是否可以穩定之久的正常使用,對隧道的建設起著重要的作用。

二、基樁檢測方法

(一)橋梁基樁

橋梁基樁質量的檢測的主要目的是為了檢驗基樁上的混凝土是否完整,通常是應用低應變法或聲波透射的方法,當檢測到混凝土有問題時,還可以用鉆心取樣的方法對混凝土直接檢測。為了更好說明這個方法,我們通過一個實例對它進行分析。

案例分析。根據北京某鐵路橋梁工程的現狀分析,我們可以得知,該橋梁的樁長為:367樁長60m、樁徑1.5m、C3O,413樁長60ITI、樁徑1.25ITI、C3O。了解清楚它的具體情況后,我們認為,在這次的案例中說明低應變法在樁身外型尺寸較為規則情況下可以準確的檢測到超長樁樁低的信號,同時我們也應該考慮到367樁2.6m所存在的缺陷。因為這種方法也許會因為樁底清晰度、波速正常反而影響測試判斷,會出現誤判從而引起輕微的缺陷。那么,檢測的方法最好是利用低應變法結合局部聲波透射法實施綜合的評價,以達到更好的效果。

低應變法的特點是實踐性非常強,同時已經被工程質量檢測廣泛使用,這種方法使用的有關參考材料是非常豐富的,在實際的工程施工階段,我們要強調,每一個樁體都必須進行高密度的檢測,以保證樁體的質量,減少問題樁的出現,同時要仔細觀察,細心驗證,確保樁的質量。

聲波透射法是根據超聲波的透射原理檢測樁身完整性,它不僅突破了低應變法存在的局限性,還實現了兩種方法的互補,效果明顯。聲波透射法檢測基樁完整性的測試方法是按照統計的方法進行的,但它的前提是,所有測點的聲學參數的概率分布近似為正態分布。

我國現階段的聲波透射法技術還在不斷的發展壯大中,現在連續式快速采集的聲波檢測儀已經成為檢測的重要手段,它和傳統的點式測量的聲波檢測儀相比,對現場施工情況下數據的采集和質量檢驗的精準更大幅度的提高了,因為應變法時常出現測試信息經常會出現一些不完整的情況,所以在檢測方面仍然存在隱患,特別是在鐵路工程普遍采用100年使用壽命的當下,這種隱患應該引起重視,并得到解決。

(二)地基處理樁

在鐵路建設的工程中,有關地基的處理一般都是利用地基處理樁進行處理,通常的樁型有CFG樁、PHC樁、粉噴樁、濕體攪拌樁、高壓旋噴樁、碎石樁等,要按照實際情況的不同而選擇,一般按照設計標準和地質條件的時間情況選用,對樁身的質量和承壓能力進行抽樣檢測。根據樁行的不同檢測的方案也不同,具體有以下兩種情況:

1.像CFG樁、預制樁等都是使用低應變法和載荷試驗檢測的方法檢測樁身的完整程度和承壓能力,這種方法對CFG樁的完整程度的檢測有比較好的效果,關于多節預制樁,因為該樁容易受到接樁部分的影響,對樁體以下部分的檢測不能很準確的達到檢測要求,所以,就應該對有問題的樁體使用高應變法或載荷試驗進行驗證方法。

2.粉噴樁、濕體攪拌樁、高壓旋噴樁等采用鉆芯的荷試驗檢測其樁身完整性和承載力,因為選用的方法都是直接的方式,可以保障工程質量和檢測工作順利的進行。

(三)路基填筑

我國的鐵路建設標準在不斷的提高,目前已經形成了比較完整的路基填筑質量控制體系,正在不斷的積累經驗和完善檢測方法,這種方法是全方位的檢測,主要是施工階段和成行的路基質量檢測評價的方面,在檢驗的同時要注意以下幾個方面:

首先,在施工的過程中,要求施工單位嚴格的依據國家規定的驗收標準進行驗收,有關的負責單位還要進行抽查檢驗,同時要求我們在原有的基礎上建立并完善多方的檢測體系和監察單位的抽查體制,以保障路基填筑工程的質量和順利實施。其次,對已完成的鐵路路基修建工程的檢測的內容要明確,其中包含了該路基修建完成的質量和成形后的路基道路運營和使用的基本情況。建設部門最關心的就是路基的運營情況和該路基所能承受的壓力,這是路基質量是否合格的重要指標。

(四)隧道及擋土墻

隧道及擋土墻的工程質量檢驗一直是個難題,檢驗和評價都很難進行,但是自從使用地質雷達技術之后,使我們對隧道和擋土墻的檢驗和評估可以順利的進行。這些年來,地質雷達技術在隧道和擋土墻檢測的方面都得到了廣泛的應用。

這種檢測方法的幾種方案是,首先在隧道分成有六條縱貫檢測線的格局形式,檢測人員再對這六條檢測線進行檢,實現對隧道的整體檢驗,檢測的內容包括:二次襯砌及隧底厚度、鋼筋及鋼架分布、拱圈和仰拱混凝土的固定的后后部回填后的密實度;在現階段,隧道的檢測工程包含了,竣工驗收、階段性檢測和既有線隧道質量評價等三個方面,實際上,除了在隧道竣工后,其他階段的檢測條件和狀況都是不理想的,研發出一套保持天線沿測線密貼和較均勻走行的裝置,它可以減少在檢測時施工環境對其的影響,可以保障數據的有效采集和準確度。

地質雷達應用在擋土墻檢測的時候,它的具體方案是,在水平方向設置一條檢測線,如果擋土墻的高度超過了設定的高度,那么就根據實際的情況,按照一定的間隔距離來確定檢測線的條數;如果檢測環境有缺陷,就應該加強檢測線的格局。

檢測內容有擋土墻混凝土的厚度和密實度,以及回填的厚度和密實度。地質雷達技術應用在擋土墻檢測時的效果還是比較好的。

三、結語

首先,我們采用地質雷達無損檢測,就可以將在施工中出現的各種大小質量問題攔截在施工建設階段之外,同時,我們的技術程度也在不斷的加高,在獲取數據和分析數據方面都在不斷的完善和進步。地質雷達探測的方法將得到更加廣泛的發展和應用空間。

隨著這種技術的推廣,其他的技術也在不斷的深化和改革,我們要不斷發展新技術,改善舊的技術,讓鐵路質量工程檢測達到最高的標準。

參考文獻

[1]建筑基樁檢測技術規范(JGJ106―2003)[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[2]鐵路工程土工試驗規程(TB 10102―2004)[S].北京:中國鐵道出版社,2004.

篇(3)

關鍵詞：NANDFlash，多通道流水線，大容量高速

 

1. 引言

本文的項目背景是企業一個大容量半導體閃存控制器的預研方案，而如何擴大容量，提高閃存存儲速度是研究中的一個重要部分。以半導體作為記憶載體Flash芯片，比傳統的磁存儲設備更能承受溫度的變化、機械的振動和沖擊，可靠性更高，易于實現高速度、低功耗和小型化，日趨成為存儲器的主流。它分為NOR 和NAND兩種類型。與NOR型相比，NAND型具有存儲密度更高、功耗更低、芯片引腳兼容性更好和成本效益更高等優點，在計算機及多媒體消費類電子產品中得到廣泛應用。而現在單個NAND Flash芯片的存儲容量比較小，讀寫速度也比較慢，因此，開發出高速、大容量的存儲系統就顯得尤為重要。本文將從NAND Flash的結構特性出發，對擴大閃存容量，提高存儲技術進行探討。由于NAND Flash有多個生產廠商，產品之間有一些差異，本文采用現在市面上流行的三星K9K8G08U0M[1]高密度NAND Flash 存儲芯片，這樣研究就有了很好的現實意義及實用價值。

2. K9K8G08U0M型NAND Flash芯片內部組成

圖1 K9K8G08U0M芯片內部邏輯結構圖

3. 擴展容量--多通道高帶寬Flash存儲陣列

圖2　存儲陣列組織結構示意圖

4 提高存儲速度方法探討

4.1 并行總線及并行分路技術[4]

并行總線技術亦稱拓寬總線技術，也即上節所提到的位擴展技術，即通過拓寬數據總線的寬度實現數據宏觀上的并行操作。免費論文。比如, 由4塊8bit數據總線的芯片組成一個32 bit寬的存儲模塊, 它們共用相同的控制信號, 包括片選信號、讀寫信號、地址信號等。免費論文。存儲模塊總是被看作一個整體而進行相同的操作, 只是數據加載的時候是不同的數據。這樣，數據量將是使用一塊芯片時的4倍, 所以理論上速度也將是非并行時的4倍。時分多路復用通信，是指各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進行通信，具體說，就是把時間分成一些均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以達到互相分開，互不干擾的目的。借鑒時分多路復用通信技術, 可以將輸入存儲系統的高速數據流看作是以傳輸一個字所需的時間為一個時間片, 不同的時間片傳輸不同數據的時分多路數據復用。這也是下面要詳細說明流水線技術的基本原理。

4.2 多通道流水線技術

流水線技術是一種非常經濟、對提高處理機的運算速度非常有效的技術，它依據的是時間并行性。存儲系統采用流水處理技術有兩個前提條件：首先，在前一個I/O命令沒有完全結束之前，系統能獲取下一個I/O命令的有關信息；其次，不同部件應能同時操作，資源不發生沖突。由NAND Flash的寫時序圖分析可得，NAND Flash寫入操作可分為3個步驟[3] ：首先，加載操作，即完成命令、地址和數據的載入工作；其次，自動編程操作，即由閃存芯片自動完成編程操作，將載入到頁寄存器的數據寫到內部存儲單元的；最后，檢測操作，即在自動編程結束后檢測寫入的數據是否正確。如果不正確，需要重新編程；如果正確，繼續下一步的操作。

在寫入自動編程命令后，NAND Flash提供專門的R /B#輸出信號變低，指明當前正在進行內部編程操作，進入自動編程狀態后的典型時間為700μs，遠遠超過前面的加載操作部分，當自編程操作完成后，R /B #變高，因此，對NAND Flash的操作滿足流水線要求，可對寫操作采取流水操作。免費論文。而用幾級流水才能使得系統能夠最高效的運行，下面來進行分析：

圖3 存儲器寫操作流水方式

采用八級流水后的寫速度計算[3] ,寫入速度=（1頁數據量×并行操作芯片數量×流水級數）/（加載時間×流水級數+自編程時間+檢測時間），可得理論寫速度為45MB / s。

5　總結

NAND Flash存儲密度大，功耗小，可靠性高，體積小重量輕且成本也在不斷降低，今后擁有非常廣闊的市場。本文主要從芯片自身的結構特性出發，從硬件的角度采用位擴展、并行總線、及流水線技術對提高NAND Flash存儲容量和速度進行了探討。同時在提高閃存容量的速度方面的探討還可以涉及到Flash糾錯算法（ECC），地址映射表[4]，Flash文件系統優化算法等等，這些都有待在今后的工作中進行研究。

參考文獻:

[1] K9 K8G08U0M Advanced FLASH Memory Data Sheet SAMSUN G Electronics , 2007.

[2] 　張銳.高速大容量存儲系統的研究和設計. 航空計算技術, 2008. 7.

[3] 　李敏杰等. 基于SOPC 高密度固態存儲系統的研究與實現[ J ].微計算機信息.2007.

[4] 　李超. 高速大容量FLASH 存儲系統設計[ J ].火控雷達技術, 2007(3).

篇(4)

【關鍵詞】道路橋梁；橋梁檢測技術；綜述

經濟高速發展的需求帶動道路橋梁的進入了大規模建設期，但是，交通運輸業的高速發展與相關基礎設施建設相對落后之間的矛盾越來越突出，有相當一部分處于超期服役的狀態，人為損壞、老化以及承載力下降等現象十分突出，嚴重制約與威脅著交通事業的發展與人民群眾的生命財產安全。采用高效的檢測技術能夠讓技術人員準確了解道路橋梁的各項性能參數，有利于及時采用相關措施。下文綜述了道路橋梁檢測的幾種技術。

1 超聲檢測技術

上個世紀50年代，加拿大人切斯曼(Cheesman)與萊斯利(Leslied)以及英國人瓊斯(Jons)與加特弗爾德(Gatfield)第一次利用超聲脈沖檢測技術來進行混凝土的檢測，他們共同開創了混凝土超聲檢測的先河，隨后超聲檢測技術在工程領域得到了廣泛地應用。

超聲法檢測道路橋梁缺陷的基本原理是利用帶波形顯示功能的超聲波檢測儀和頻率為20-25kHz的聲波換能器，測量與分析超聲脈沖在道路橋梁中的傳播速度(聲速)、首波幅度(波幅)、接受信號主頻率(主頻)等聲參數，并根據這些參數及其相對變化，來判定道路橋梁中的缺陷情況。

科學技術的發展使得超聲檢測儀器從最初笨重的電子管單示波顯示型轉變為現在的半導體集成化、數字化甚至智能化的輕便儀器。同時，測量參數也更加多元化，從當初的單一聲速參數檢測發展為現在的聲速、波幅以及頻率等多參數檢測；其檢測效果也有了質的飛躍，從最早的定性檢測發展為現在的定量檢測。

在進行道路橋梁檢測時，超聲波能夠穿透混凝土結構并在其中傳播較遠的距離，并且使用安全，操作簡便。使用超聲儀器最為常用的方法就是穿透測法，但是利用該方法進行檢測時要求兩個相對測試面。因此，這限制了超聲檢測的應用范圍，例如，超聲檢測技術不適用于隧道中的襯砌、噴射混凝土等結構或者在墻體、路面、跑道、護坡、護坦以及底板等方面。同時需要注意的是，因為是聲波穿透檢測，其缺陷信號的有效捕捉始終是制約其發展的瓶頸問題。因此，在對于道路橋梁進行檢測的過程中，我們通常采用比較多測點測試數據的方式，利用統計概率對數據進行處理，并對缺陷情況進行評估，所以，超聲檢測技術的直觀性非常差，而且為了獲得更高的策略精度，通常需要增加多個測點。

2 地質雷達檢測技術

地質雷達(又稱探地雷達，Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)檢測技術是一種高精度、連續無損、經濟快速、圖像直觀的高科技檢測技術。它是通過地質雷達向物體內部發射高頻電磁波并接收相應的反射波來判斷物體內部異常情況。作為目前精度較高的一種物理探測技術，地質雷達檢測技術已廣泛應用于工程地質、巖土工程、地基工程、道路橋梁、文物考古、混凝土結構探傷等領域。

地質雷達儀器的構成部分主要包括：控制單元、控制中心（通常是筆記本電腦）、發射天線以及接收天線。探地雷達的工作流程為：①檢測人員利用筆記本電腦能夠對控制單元發出各種指令；②控制單元在接收到指令之后，可以同時向發射天線與接收天線發出觸發信號；③在發射天線觸發之后，它能夠向地面發射高頻脈沖電磁波（通常其頻率在幾十至幾千兆赫之間）；④電磁波在向下傳播的過程中會遇到不同電性的目標和界面等，或者當被探位置局域介質不均勻體的時候，部分電磁波便可以被反射回地面，并由接收天線進行接收，接收到的信號會以數據的形式被輸送到控制單元，并最終傳回到筆記本電腦，以圖像的方式顯示出來。⑤通過對圖像進行處理與分析，就可以了解地下介質的具體分布情況，檢測目的便也達到了。

3 聲發射法檢測技術

聲發射法的具體原理是，由于材料內部微觀構造不均勻或者存在性質不同的缺陷，局部的應力集中會致使應力分布的不穩定；材料的塑性變形、產生裂縫、裂縫擴展、失穩斷裂等一系列過程能夠有效完成不穩定高能狀態向穩定的低能狀態的轉化；在整個應力松弛釋放的過程中，所釋放的部分應變能將會以應力波的形式想四周發射，我們稱之為聲發射。

以道路橋梁中的混凝土結構為例，它在荷載作用下會產生變形。當這種變形超過設計要求，混凝土結構便會出現裂縫，并通過彈性波的形式釋放出應變能（例聲能、熱能或者光能等）。在對其進行測試的時候，我們可以將聲發射感應器放置在待檢測部位，通過確定不同位置收到聲音的時間差，我們可以明確發生源（即裂縫部位）的具置。通過此種措施，我們可以比較詳細、準確地了解道路橋梁的內部變化。同時，分析與研究發聲位置之后，裂縫的大小、種類、開裂速度、最大荷變應力都可以得到比較詳細地認識。

但是其最大的缺點是進行檢測非常容易受各種噪聲的影響，進而導致檢測精度的幅度下降；然而，該檢測方式是利用道路橋梁自身的內部缺陷，因而可以實現連續的動態檢測。總體來說，聲發射檢測技術已經應用較少。

4 沖擊回波法檢測技術

我國南京水利科學研究院在20世紀80年代末研制成功IES沖擊反射系統，并在大型模擬試驗板及工程實測實踐中取得了成功，使沖擊回波法在我國進入實用階段。沖擊回波法的測試原理是儀器通過機械沖擊器向物體表面發送短周期應力脈沖波，其中壓縮波(P波)在物體內傳播過程中，當遇到內部缺陷(如裂縫寬度＞0.03mm)時，波便不能穿透而產生反射，遇到表面邊界時也會發生反射，一旦波速確定，且選擇正確的沖擊器，就可通過單面測試準確地測得裂縫等缺陷的位置和深度，當構件不存在缺陷時則可測得其厚度。

沖擊回波法通常為單面反射測試，因此它的測試比較方便和快速，測試結果也比較直觀。此方法可以實現“測一點判斷一點”，因此曾經廣泛地應用于測定道路橋梁的瀝青混凝土或者混凝土結構的內部缺陷，但是這種方法由于是單點檢測，其檢測結果往往不全面，因此實際應用也比較少。

5 紅外熱像檢測技術

紅外熱像檢測技術是指運用紅外熱像儀探測物體各部分輻射出的紅外線能量，根據物體表面的溫度場分布狀況所形成的熱像圖，直觀地顯示材料、結構物及其結合上存在的不連續缺陷的檢測技術。它是非接觸的無損檢測技術，即在技術上可作上下、左右對被測物非接觸的連續掃測，因此也稱紅外掃描測試技術。

紅外熱像檢測技術具有以下優點：①在理論上，其探測器焦距為20cm至無窮遠，所以特別適合具有非接觸和廣視域等特點的大面積無損檢測；②該探測器只對紅外線響應，因此只要道路橋梁高于絕對零度（顯然會高于絕對零度），紅外線熱像監測技術便可以工作，白天和晚上均可；③當前紅外熱像儀的溫度分辨率已經高達0.1℃，因此檢測精度有技術保證；④紅外熱像儀的可測溫度范圍在-50℃-2000℃之間，具有非常廣闊的探測空間；⑤攝像速度在1幀每秒至30幀每秒之間，靜態的常規檢測和動態的跟蹤探測都適用，檢測模式的選擇更加靈活。

參考文獻：

篇(5)

關鍵詞：醫療設備；RFID；信息管理系統

中圖分類號：R197.324；TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1959（2017）14-0017-04

隨著科學技術及信息化建設的快速發展，醫療行業早已進入信息化發展的快車道，信息化發展給醫療行業帶來諸多便捷，提升了醫院的管理水平，提高了臨床診療效率，給群眾就醫帶來諸多便利之處。

醫療設備早已成為患者診療過程中不可或缺的工具，正因為醫療設備在現代醫學中起到的重要作用，所以如何將各種醫療設備效益最大化，已經受到各級醫院的廣泛重視。如今醫療設備管理已從手工登記發展為數字化管理，目前大部分醫院在設備管理中使用條形碼技術，僅有小部分醫院利用RFID技術對設備進行管理。

1 RFID概述

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是從雷達技術發展而來，這是一種非接觸式自動識別技術，這種技術通過空間電磁耦合進行通訊，所以無需直接接觸就能獲取數據，也無需像條碼識別輪流掃描才能獲得信息。

在RFID系統中，被識別的對象上必須通過粘貼、掛配或植入等方式安裝相應RFID標簽，當標簽進入RFID讀寫器讀取范圍內時，讀寫器通過無線方式同標簽建立通訊鏈路，標簽將自身數據發送給讀寫器，讀寫器接收數據后傳輸給計算機系統進行下一步處理。

1.1 RFID系統組成

RFID系統是由標簽、讀寫器和數據管理系統三部分組成[1]，見圖1。

標簽又稱標簽、應答器、射頻卡等，它是整個系統中識別信息的載體，它通過天線電路同讀寫器進行射頻載波信號傳輸。

讀寫器以射頻載波的方式向標簽傳輸能量和查詢信號，獲取并處理標簽傳來的數據，完成與系統之間的通信。

數據管理系統從讀寫器獲得信息后，將其有效的整合起來，提供所需的管理和服務。

1.2 RFID技術工作原理

RFID技術是通過無線電波進行識e工作的，根據射頻耦合方式不同分為電感耦合和反向散射耦合。

電感耦合利用電磁感應定律以空間磁場的方式進行耦合[2]。這種方式采用的標簽幾乎都是無源的，主要工作頻率為13.56 MHz和小于135 KHz的頻段，識別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20 cm，這種方式具有干擾小的特點。

反向散射耦合利用雷達工作原理，當電磁波遇到空間物體時，由物體吸收一部分能量，另一部分能量通過物體散射至各方向，散射能量中有一小部分反射至雷達被其接收 [3]。這種方式適用高頻RFID系統，工作頻率分別有433 MHz、915 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz[4]，識別距離大于1 m，典型作用距離為3～10 m。它具有功率大、傳輸距離遠的優點，同時也存在傳輸距離較遠干擾大、成本較高的缺點。

1.3 RFID技術數據傳輸方式

在RFID系統中根據通信距離的遠近和工作頻率的高低，將讀寫器和標簽之間的數據傳輸方式分為兩種：負載調制和反向散射調制。

1.4 RFID防碰撞技術

當有多讀寫器和多標簽共存的情況時數據之間會相互干擾，目前常用的解決數據干擾的方法有四種：空分多路法、頻分多路法、碼分多路法、時分多路法[5]。

目前絕大部分醫療設備管理中使用條形碼技術，故對條形碼和RFID這兩種技術主要特點進行對比，見表1。

通過表1的對比，可以明顯發現RFID技術僅在前期成本方面較條形碼技術偏高，RFID技術的特點決定了它可以在醫療設備管理中成功應用。例如對高溫高壓消毒的醫療設備進行管理，如果在消毒完成打包結束后要對包內的設備進行清點就必須拆包，采用RFID技術無需拆包就可以通過讀取掛配了耐高溫高壓材料封裝的標簽進行清點，這就避免了設備的污染和重復操作。對RFID技術加以合理利用勢必會改善醫療設備管理現狀，提高醫療事業信息化程度。

2系統總體設計

2.1醫療設備管理現狀及系統設計目標

隨著醫療設備不斷的向大型化、高精化方向發展，因此開發相對獨立的醫療設備信息管理系統有助于緩解醫院信息系統壓力，完善設備管理的不足之處。

目前，國內多數醫院對設備的管理還是工作人員將實物和清單逐件確認后，把信息錄入系統，管理者通過系統可以看到使用情況，利用系統實現一些簡單的功能，這種方法依然存在人工管理的眾多環節，因此可以利用RFID技術無屏障讀寫、多目標識別、可重復使用等特點改進醫療設備管理模式，減少人工環節，提高工作效率，降低人為因素造成的差錯率。

另一方面，目前現有的醫療設備管理系統大多數只提供對固定資產和衛生材料使用和報廢的管理，對設備的購置、維保等方面信息管理不夠重視[6]，所以在本系統的研究中實現對設備全生命周期的信息化，讓決策層能更及時、直觀、全面的看到全局情況，使醫療設備管理能夠跟上醫療行業高速發展的腳步，成為醫院可持續發展的契機[7]。

2.2系統架構模式

目前主流的軟件架構模式為C/S和B/S兩種，隨著各種跨平臺開發軟件的成熟，系統開發難度和資金都能很好的控制，因此選擇B/S結構進行系統開發。

2.3 系統需求分析

需求分析是把用戶對系統功能的要求轉換為具體的需求規格說明，將這些內容進行整理分析后才能確定適合用戶的功能模塊等[8]，經過對工作人員工作內容分析得到如下六項功能需求：①系統管理員的功能需求；②設備管理部門領導的功能需求；③臨床科室領導的功能需求；④設備管理員的功能需求；⑤臨床科室人員的功能需求；⑥醫學工程技術人員的功能需求.

2.4系統功能及模塊設計

通過對實際需求和工作流程的調查分析，研究得出RFID醫療設備管理系統要實現設備申購采購管理、設備驗收信息管理、設備使用管理、固定資產管理、設備維保管理、防盜報警功能這六項主要功能，其功能結構，見圖2。

在設備或耗材入庫時將標簽通過粘貼、懸掛等方式附著在設備上，在后續的使用管理過程中只需通過閱讀器將各類信息直接讀取至系統內即可，無需人工清點、錄入。

3系統數據庫設計

3.1系統數據庫設計

數據庫設計根據對應用系統具體數據的研究建立數據庫的過程，是軟件開發工作中的一項重要內容[9]。由于醫療設備管理系統信息不僅涉及到設備本身的信息，還牽涉到很多其他信息，因此信息量大、數據類型復雜、相關性強，因此在設計數據庫之前明確應用目的，切合實際需求出發。

3.2數據庫概念設計

數據庫概念設計描述的是問題域中實體與實體之間的聯系，是對現實世界的抽象表達[10]。結合對醫療設備管理的需求分析內容，利用數據庫概念設計常用的實體-聯系模型（E-R圖）對本系統的數據庫概念進行設計，見圖3。

3.3 數據庫邏輯結構設計

數據庫邏輯結構設計是將E-R圖進行轉換，成為與數據模型符合的邏輯結構。利用PowerDesigner[11]軟件得到系統數據庫邏輯結構圖，見圖4。

根據實際需求進行數據庫概念設計及邏輯結構設計，為設計數據庫表提供基礎。

4 結論

本文研究的內容是通過對醫療設備管理的實際現狀進行分析后展開的，由于RFID技術能夠較好的利用到醫療設備管理中，雖然現階段在國內醫療機構還未能大規模的推廣，但這種技術的優越性決定了其未來巨大的市場。

本文針對醫療設備管理的具體工作需求對系統進行了研究與設計，將醫療設備管理過程當中的各個工作流程進行了模塊化分解。不僅將RFID技術加入醫療設備倉儲管理之中，還在設備申購、審批、合同信息管理和設備驗收方面進行了信息化處理，將過去不受重視的設備維保信息管理加入到系統中。這樣的設計使得整個醫療設備管理系統能夠很好的滿足實際需求，降低了工作人員工作強度，提高了整體工作效率，保障了信息更安全的保存。

對于醫療設備管理系統來說只有不斷的根據實際需求進行改進，才能讓整個系統功能更加完善從而滿足不斷增加的工作需求，才能更好的為醫療設備管理進行服務。

參考文獻：

[1] 胡建國.智能RFID標簽芯片理論與實現[D].博士學位論文.中山大學，2010：11-13.

[2] Klaus Finkenzelle著，陳大才編譯.射頻識別（RFID）技術[M].北京：電子工業出版社，2006.

[3] 孫雪鳳.RFID天線場強的測試與研究[D].碩士學位論文.河南理工大學，2011.

[4] 游戰清，李蘇劍.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2005.20-43.

[5] 王福昌，熊兆飛.通信原理[M].北京：清華大學出版社，2006.267-268.

[6] 任凱，顧慧，沈煒.全過程醫療物資管理系統的研制與應用[J].中國醫療器械信息， 2011（17）：4-5.

[7] 康東，石喜勤，李勇鵬.射頻識別（RFID）核心技術與典型應用開發案例[M].北京：北京郵電出版社，2008.434.

[8] Roger S.Pressman著，人杰譯.軟件工程：實踐者的研究方法[M].北京：機械工業出版社，2011.85-89.

[9] 王珊，陳紅編著，數據庫系統原理教程[M].北京：清華大學出版社，2003.

篇(6)

關鍵詞： MATLAB； 預處理； Hough變換； 降維； 形態學

中圖分類號：TP391.41 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）11-17-04

Research on the image recognition of target sheet with MATLAB

Wang Weiyang， Ding Jiayue， Wang Penghong， Lu Zhengyong

（School of Imformation & Electronic Engineering， Zhejiang Gongshang University， Hangzhou， Zhejiang 310018， China）

Abstract： According to the shooting competition when a real-time and accurate detection of the shooting results is required， a research on image recognition of target sheet with MATLAB is presented in this paper. An image processing algorithm based on MATLAB is used in order to analyse the ring number of impact point on the target sheet captured by digital camera. Grayscale conversion， median filtering， and binariztion of the target sheet image are used in the image pretreatment. Sobel operator is used to extract image edge， so the amount of computation is dramatically reduced. And the bullet hole is recognized and located by using improved Hough transform， image subtraction method and morphological algorithm. The experimental results show that the image processing algorithm has fast speed and good accuracy.

Key words： MATLAB； pretreatment； Hough transform； mension reduction； morphology

0 引言

隨著科技的發展，射擊比賽時采用自動報靶系統，將會越來越普遍。這種方式不僅能減少人力物力支出、提高報靶效率，還能減小由于人為帶來的不確定因素。目前已有不少單位研究出多種自動報靶系統[1-4]。基于機器視覺的自動報靶系統，應用環境要求特殊，還未得到普及[1-4]。本文基于MATLAB函數工具箱實現靶紙彈孔檢測的數字化方法，在射擊時對靶紙圖像進行采集，通過基于MATLAB的圖像處理技術對靶紙圖像進行處理分析，并模擬圖像進行成績輸出。

1 靶紙圖像采集讀取

靶紙圖像采集可以有多種方式，本實驗采用最高像素值為300萬的數碼相機拍攝，圖像采集簡便，便于推廣應用。MATLAB中提供的imread（）函數用于實現圖像的讀取操作，可讀取JPG、TIF、GIF、HDF、XWD和CUR等多種圖像格式。調用該函數后將得到一個存儲圖像數據的矩陣，后期對圖像的各種處理正是基于該數據矩陣來完成。

2 靶紙圖像預處理[1]

2.1 圖像灰度化

數碼相機拍攝的圖像為彩色圖像，圖像中每個像素都包含有R（紅色）、G（綠色）、B（藍色）三種基色分量信息，每種基色分量均需要占用八位來表示基色強度，數據量較大。為減輕計算機工作量，去除掉部分無用信息，將圖像進行灰度化處理，減少后續處理分析耗時。

在MATLAB中采用rgb2gray（）函數對圖像進行灰度化處理，該函數中三基色的權重系數取值為（0.299，0.587，0.114）[5]。

2.2 圖像增強

對靶紙圖像增強是為了突出圖像中的有用信息，同時對噪聲等無用信息進行一定的消除，類似信號處理中的濾波器。圖像噪聲常常表現為孤立像素點，如果不去除噪聲，會對邊緣檢測、圖像變換以及后續的彈孔定位帶來影響。MATLAB中提供了平滑濾波器、中值濾波器以及銳化濾波器這三種圖像增強濾波器[6]。平滑濾波器本質上類似低通濾波器，只對信號的低頻部分有很好地選通性。靶紙圖像中對屬于高頻部分的圓環邊緣提取十分重要，采用平滑濾波器將對其造成破壞。銳化濾波器有時會導致輸出圖像灰度值出現負值，還需要進行相應灰度轉換，增加處理工作量。本文采用中值濾波器對靶紙圖像進行濾波處理，能有效去除類似斑點噪聲及椒鹽噪聲的孤立像素點，同時較好地保留了圖像的邊緣信息[2]。這是一種非線性的去噪方法，其基本原理是在圖像中一個像素周圍確定一個鄰域，以該鄰域中各像素點灰度值的中值來代換該像素點自身的灰度值[4]。

MATLAB中提供medfilt2（）函數用于對圖像信息進行中值濾波，二維濾波窗口可以為方形、圓形、菱形等，由圖像像素點構成，可在函數中設置窗口形狀，默認為像素點的方形窗口[5]。

2.3 靶紙圖像二值化

由于對靶紙圖像的處理主要是對圓環和彈孔的識別提取，對于圖像灰度值并沒有特定的要求，所以進一步對圖像二值化以去除無用信息。所選取的閾值需要能夠有效保留圖像特征，保證后續處理的可靠性。對灰度化后的靶紙圖像繪制灰度直方圖，如圖1所示。

從直方圖看出灰度值集中在Y220范圍內，其中Y220對應白色背景以及白色圓環部分，所以閾值TG取值應在30/255

3 基于Hough變換的靶心定位

3.1 Hough變換圓檢測原理[2，7]

Hough變換將二維圖像平面轉換為三維參數空間，采用類似“投票”模式的判斷方法。三個參數值分別為圓心的行坐標a，圓心列坐標b，以及半徑r。對于圖像平面中的任何一個像素點（x，y）都要在三維參數空間內進行遍歷運算，若運算結果滿足關系式，則對應三維空間中的參數點票數加一。完成運算后，三維空間中“票數”最多（或滿足一定數量）的參數點，其參數即為檢測到的圓所對應圓心坐標以及半徑值。Hough變換檢測圓三個參數間的一般關系如下式：

3.2 用于靶紙圓環提取的Hough變換降維算法

從Hough變換原理可知，其運算過程中將會有大量的時空消耗，減少運算維度和參與運算的像素點數可以提高Hough變換效率。前期已對靶紙圖像進行預處理得到圖像的二值圖，減少了參與Hough變換的像素點數。接著，采用Sobel算子對靶紙圓環進行邊緣提取。圖像邊緣是圖像局部特征不連續的表現，出現在兩個不同圖像區域的交界，常常是灰度突變的結果，在灰度突變處進行微分運算將產生高值[8]。MATLAB中通過調用edge（）函數進行邊緣提取，函數計算結果為和輸入圖像一樣大小的二值圖。邊緣提取對圖像的特征信息進行提取，進一步減少Hough變換算法的工作量，減少運算時間。

由于靶紙圓環均為同心圓環，只存在一個位置固定的圓心。經邊緣提取后的圖像是由像素點組成的多個同心圓環，圓環特征較為明顯，考慮降低Hough變換的計算維度來提高計算速度[9]，先進行靶紙圓心的提取，將圓心橫縱坐標分別提取。首先是橫坐標的提取，以平行于X軸的掃描線，自圖像頂部向下縱向掃描。此時靶紙上圓環邊緣點值為“1”，背景為“0”，因此每向下掃描一行，記錄該行i中間距最大的兩個“1”值像素點的橫坐標分別為、，直至掃描完圖像。接著，以平行于Y軸的掃描線，自圖像左邊向右橫向掃描，記錄像素點縱坐標分別為ali、a2i，直至掃描完圖像。若某行只存在一個“1”值點，則跳過該行。距離最遠的兩“1”值點為最外圈圓環上的點，坐標中值（ami，bmi）即為對應圓心坐標，計算公式如下：

由于邊緣提取后的圓環邊緣不完全連續，且可能存在彈孔邊緣信息以及噪聲點，若以文獻[10]中盡量多弦交點的簡單統計平均來計算坐標，將引入上述影響因素，導致圓心定位出現誤差。因此，采用類似Hough變換證據積累的判斷方法，對每行/列掃描得出的中值坐標采取投票的積累方式，出現相同的中值點坐標時則對該坐標對應“票數”Na[ami]加1，當遍歷完整幅圖像時，找出“票數”最多的中值點坐標ammax。此處，可設置一個閾值Ta，考慮到圖像像素點的離散化以及邊緣提取帶來的影響，將中值坐標滿足

內的對應點ami求和，接著求取平均值，此平均值記為圓心坐標a。同理得b。通過這種方法可以有效減少非最外圈圓環上弦交點即錯誤點或者噪聲點的干擾的影響。MATLAB中調用sum（）函數用于求和，調用max（）函數用于求取最大值。坐標關系式如下：

上述算法的部分MATLAB代碼如下：

%BW為邊緣提取后靶紙圖

[rows，cols]=find（BW）； %搜索1值像素點

mount=size（rows）； number=mount（1）；

i=1； j=1；

while（i

xjd（j，1）=rows（a）；

while（i

if（cols（i）==cols（i+1））

xjd（j，2）=rows（i+1）；i=i+1；

else

i=i+1； j=j+1； break；

end

end

end

number=length（xjd）； Na=zeros（1，number）；

for n=1：number%for循環計算中值及票數

zz（n）=round（（xjd（n，1）+xjd（n，2））/2）；

Na（zz（n））=Na（zz（n））+1；

end

[amax，id]=max（Na）； %找出票數最多中值點

a=（Na（id）*id+Na（id-Ta）*（id- Ta）+Na（id+Ta）*（id+Ta））/

sum（Na（id-Ta：id+Ta））%基于閾值Ta計算均值得坐標a

根據機器視覺中的ROI（Region Of Interest）理論，恰當選取ROI能有效減少圖像運算的計算量[11]。根據先驗知識圖像采集時圓心處于圖像中部區域，將待驗證像素點所處范圍設定為圖像中部的矩形區域，該矩形區域邊長設為圖像邊長的1/4，由此進一步減少參與運算的像素點。本算法將圓的參數方程寫為極坐標形式：

已知圓心坐標，根據先驗知識設定r的可能取值范圍，遍歷計算感興趣區域中的邊緣點，采用上述Hough變換證據積累的方法得到r[9]，且設定一個閾值Tr，減少離散數據帶來的誤差。閾值的設定使得對于一些存在干擾的靶紙圖像也能有效地進行圓環檢測，例如靶紙存在一定形變或者是子彈擊中內圓環帶來的干擾，提高了算法的魯棒性。

4 基于圖像差影法的彈孔定位[12]

4.1 圖像差影算法[2，4]

本文在彈孔定位的分析上，將彈孔視為一個運動目標，每次射擊后彈著點都不同，近似為目標的運動過程。運動目標的檢測算法有幀間差分法、背景差分法以及基于光流場的檢測方法，圖像差影法是利用當前圖像與初始圖像進行減運算來提取目標的一種檢測方法[13]。首先，采集射擊前的靶紙圖像以及本次射擊后的靶紙圖像，將兩幅圖像視為視頻中的前后兩幀圖像，接著采用幀間差分法獲得彈孔信息，并將彈孔圖像二值化處理。

4.2 形態學濾波處理[3]

提取的彈孔圖像可能會包含噪聲，將會導致彈孔定位出現誤差，對該圖像進行先腐蝕后膨脹處理的開運算[5]。在MATLAB中調用imerode（）函數對圖像進行腐蝕操作，去除圖像中小而無意義的噪聲像素點；接著調用imdilate（）函數對圖像進行膨脹操作，使彈孔區域恢復至原始大小，即消除由于腐蝕對彈孔面積帶來的影響。兩個函數均采用strel（）函數定義一個結構元素，其在形態學中的作用好比濾波器中的濾波窗口，該函數支持創建線形、矩形、方形、球形和自定義類型等的結構元素。

實現彈孔提取及定位的部分MATLAB代碼如下：

b=imread（'current.jpg'）； %靶紙讀取

B=I-b； %射擊前后的靶紙圖像差影

B=im2bw（B，T）； %基于閾值T進行二值化

subplot（221），imshow（B）

se=strel（'square'，2）； %定義方形結構元素

imeBW=imerode（B，se）； %圖像腐蝕

subplot（222），imshow（imeBW）

imdBW=imdilate（imeBW，se）； %圖像膨脹

subplot（223），imshow（imdBW）

[row，col]=find（imdBW==1）； %搜索彈孔

x=min（col）； w=max（col）-x；

y=min（row）； h=max（row）-y；

subplot（224），imshow（imdBW）

hold on； %圖像保持

rectangle（'Position'，[x，y，w，h]，'LineWidth'，1，'EdgeColor'，

'w'）； %框彈孔區域

5 實驗結果

仿真實驗在2.3GHz，RAM為4GB的計算機上進行，采用MATLAB8.2語言編寫代碼。本次實驗采用靶紙滿環11環，且不同環數圓環半徑差相同。實驗結果如圖2、圖3和圖4所示。

求得彈著點環數及誤差。其中（a，b）為環心坐標，（xd，yd）為彈孔坐標，r為中心圓環半徑，Hj為環數計算值，Sj為人工計算值（采用尺規法測量），ρ為環數相對誤差。計算結果若為負數，則判為脫靶。靶紙測試結果如表1所示。

6 總結

基于MATLAB函數工具箱的圖像處理，函數調用方便，程序設計高效。首先通過圖像預處理去除無用信息，接著將Hough變換算法降維進行內圓環的定位，最后搜索定位彈孔，求出彈著點坐標，方案適用于圓環完整的靶紙識別。計算出的射擊環數相比人工計算誤差在0.1環以內，且計算速度較快。進一步，可考慮靶紙形變帶來的影響或將方案轉換為硬件系統以提高實時處理性能，可以應用于射擊比賽中的自動報靶系統，免去人工報靶可能帶來的不確定性因素，提高比賽的公正度和效率。

參考文獻（References）：

[1] 周曉偉.基于圖像處理的自動報靶系統研究[D].中北大學碩

士學位論文，2011.

[2] 陳海萍.基于機器視覺技術的模擬射擊訓練系統研究與設計[D].

廈門大學碩士學位論文，2012.

[3] 羅真.基于圖像處理的自動報靶系統設計[D].中南大學碩士

學位論文，2014.

[4] 謝殿強.基于ARM-Linux機器視覺的軍用自動報靶系統的

研究[D].山東大學碩士學位論文，2009.

[5] 周品.MATLAB圖像處理與圖形用戶界面設計[M].清華大學

出版社，2013.

[6] 葉雯.基于MATLAB的圖像去噪研究[J].計算機時代，

2015.6：10-12

[7] 陳小艷，王強，李柏林.改進的Hough變換檢測圓方法[J].計算

機系統應用，2015.8：197-201

[8] 蔣先剛.數字圖像模式識別工程軟件設計[M].中國水利水電

出版社，2008.

[9] 趙京東.用兩步Hough變換檢測圓[J].計算機應用，2008.7：

1761-1763

[10] 孫蓉蓉.圖像處理技術在自動報靶系統中的應用研究[D].南

京理工大學碩士學位論文，2006.

[11] 孫國棟，趙大興.機器視覺檢測理論與算法[M].科學出版社，

2015.

[12] 崔亞琳.基于計算機視覺的射箭精確自動報靶系統研究[J].

火控雷達技術，2015.12：27-30

篇(7)

1.1 課題的背景

隨著公路交通運輸的發展，交通擁擠、道路阻塞和交通事故頻繁發生等問題越來越嚴重地困擾著世界各大城市。在我國，長期以來城市人均道路面積一直處于低水平狀態，近十年有了較快發展，人均面積由2.8平方米上升到6.6平方米。盡管其增長幅度較快，仍趕不上城市交通流量年均20%的增長速度。這種狀況在大城市中尤為突出目前全國32個百萬人口以上的大城市中，有27個城市的人均道路面積低于全國平均水平。

另外，最近幾年也是大城市機動車增長速度最快的年份，轎車、客車、面包車以及摩托車的增幅年均在15%以上。以廣州為例，廣州市近10年來機動車年均增長速度為17%，其中轎車為19%，摩托車為35%。

相對于交通運輸工具的飛速發展，我國交通配套設施建設明顯滯后，道路安全網絡、道路標識、交通指揮中心仍然不足。單獨從車輛方面或道路方面考慮，均很難有效地解決交通問題。

停車場是交通事故頻發區之一。隨著汽車的日益普及，停車場越來越擁擠，車輛間距離非常接近，使得駕駛員在停車場穿行、掉頭或倒車時常常顧此失彼，發生碰撞和拖掛的事故，在夜間，事故發生率最高。

汽車倒車超聲波報警器能在一定程度上幫助駕駛員避免事故的發生，它能顯示出車尾距離障礙物的距離，并能在低于安全距離時發出報警聲音。對于后視不良的車輛如大客車，貨車駕駛員和駕車新手來說，擁有一個倒車報警器是很有必要的。

1.2 課題目的及意義

本課題把硬件電路和電路軟件有機的結合起來，完成汽車倒車報警系統的設計，能夠了解單片機技術的現狀，而且通過對電路系統的設計，學習掌握了數字電路從原理圖到PCB版的全部過程，形成完善的設計思路以及思想，并通過對汽車倒車超聲波報警器的軟件設計的過程，鍛煉應用C以及相關匯編語言等軟件設計電路程序的能力為以后參與實際工作奠定良好的設計基礎。

本課題要求使用現在應用非常廣泛的計算機軟件PROTEL，及Keil C51，隨著計算機技術的發展，計算機軟件在電路設計中的應用越來越廣泛，Protel是人們熟悉的常用EDA軟件。作為電路設計自動化（EDA）的一種工具，Protel應用于電路原理圖設計、電路板設計等，它基于Windows環境，功能強大，人機界面友好，能讓人們在具有最完整的功能環境下，提升設計上的品質和效率。本課題將要求Protel在電路設計中的應用，包括電路原理圖設計和印刷電路板設計以及設計過程中遇到的問題和解決方法。Keil C51，是51系列單片機學習和調試的常用軟件，是眾多單片機應用開發的優秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設計，界面友好，易學易用。這樣使學生也能將所學與所用有機結合起來。在步入工作崗位之前得到全方位的工程設計訓練。

通過對汽車倒車報警電路的設計能初步具有用PROTEL軟件設計電路原理圖以及電路版圖的能力。與實際電路相結合，通過理論聯系實際的方法，使所學的知識通過自己設計思考真正應用到實踐中。通過該次設計能了解51系列的一些單片機的知識，并能熟練運用PROTEL，Keil C51軟件，提高實際動手能力。

通過運用匯編語言編程，可以鍛煉嚴謹的編程思路，進一步提高編程能力和對匯編思想的理解。為以后的工作打下良好的基礎。

第2章 總體設計方案和開發軟件介紹

2.1超聲波測距原理

 人耳的聽音范圍是20～20 000Hz ,超聲波是人耳聽不到的一種聲波,是一種頻率超過 20kHz 的機械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸的基本物理特性—反射、折射、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產生較大力量，并且在不同的媒質介面，超聲波能量損失小大部分能量會反射。同時，由于超聲波對人體和環境是無害的，所以超聲撥檢測可以廣泛應用到各個部門。而且利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的要求。在本設計中綜合各方面考慮，采用的超聲波頻率為40KHz。

 超聲波的縱向分辨率較高,對色彩和光照度不敏感,對外界光線和電磁場不敏感,可以用于測量較近目標的距離。本設計采用的超聲波傳感器往返距離為15m ,在有灰塵、煙霧、強磁場干擾、有毒等各種環境下都能穩定工作.超聲波測距是根據超聲波傳播過程中遇到障礙物會發生反射這一原理來測量距離的,即用發射超聲波和接收其回波之間的時間差來計算距離,計算公式為:

v = 331. 5 + 0. 607 T                        (2-1)

式中：v 為超聲波在空氣中傳播速度T為環境溫度

常溫下可簡化為

(2-2)

式中：S為被測距離；Δt為發射超聲脈沖與接收其回波的時間差：t1為超聲回波接收時刻；t0為超聲脈沖發射時刻. 用單片機可以很方便地測量t0時刻和t1時刻，根據以上公式，用軟件編程即可得到被測距離S。

2.2 汽車倒車雷達的發展

倒車雷達其實跟大家所知道的雷達是一樣的，是根據蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障得物相撞的原理設計開發的，通過感應裝置發出超聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方有無障得物，以及距障礙物的距離、障礙物的大小、方位和形狀等。不過由于倒車雷達體積和實用性的限制，目前的倒車雷達主要具備的就是判斷障礙物的距離，并作出提示，讓駕駛者便于判斷是否該減速或熄火。

通常的倒車雷達主要由三部分組成：感應器(探頭)、主機和顯示設備。感應器發出和接收超聲波信號，然后將得到的信號傳輸到主機里面的電腦進行分析，再通過顯示設備顯示出來。探頭裝在后保險杠上，探頭有1、3、4、6只不等。探頭以45°角輻射，上下左右搜尋目標。它最大的特點是能探索到那些低于保險杠而駕駛員從后窗難以看見的障礙物( 如花壇、蹲在車后玩耍的小孩等)并報警。倒車雷達的顯示器裝在駕駛室儀表板上，它不停地提醒駕駛員汽車距后面物體還有多少距離。到危險距離時蜂鳴器就開始鳴叫，提醒駕駛員停車。

按探頭分，倒車雷達有粘貼式、鉆孔式和懸掛式三種。粘貼式探頭后有層膠，可直接粘在后保險杠上。鉆孔式探頭，是在保險杠上打一個洞，然后把探頭嵌進去。懸掛式探頭主要用于貨車。從顯示器分，有數字顯示、顏色顯示和蜂鳴三種。

下面介紹倒車雷達的發展：

第一代——轟鳴器，這是倒車雷達系統的真正開始，倒車時，如果車后1.5～1.8m處有障礙物，轟鳴器就會開始工作。轟鳴聲越急，表示車輛離 障礙物越近，沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。

第二代——數碼波段顯示，這代產品要先進得多，它安裝在儀表臺的位置，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8m 開始顯示；如果是人，在0.9m左右的距離開始顯示；這一代產品有兩種顯示方式，數碼產品顯示距離數字，而波段顯示產品由三種顏色來區別顯示：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有0.8m 以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6～0.8m；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6m 的距離，你必須停止倒車。這種產品把數碼和波段組合在一起，比較實用。但缺點是反應不夠快，而且使用壽命較短。

第三代——液晶顯示屏動態顯示，這一代產品非常引人注目，特別是屏幕顯示開始出現動態顯示系統。它不用掛倒擋，只要發動汽車，顯示器上就會出現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。相比其他倒車雷達產品，這種產品廣為車主接受。但是，液晶顯示器存在抗干擾能力不強的毛病，所以有時出現誤報的情

第四代——魔幻鏡倒車雷達，它結合了前幾代產品的優點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2m以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以并不占用車內空間，直接可安裝在車內后視鏡的位置。當然，它的價格也相對較高。

第五代——整合影音系統，這是專為高檔轎車生產的，它在上一代產品的基礎上新增了很多功能。從外觀上來看，這套系統比上代產品更精致和典雅；從功能上來看，它除了具備上代產品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統，可以在顯示器上觀看DVD影像。

可見汽車倒車雷達的技術發展已經比較成熟了。

2.3總體設計方案

本系統由89S51單片機、超聲波發射電路、超聲波接收電路、顯示電路等部分組成。如圖2-1所示

圖2-1 總體設計框圖

本設計以ATMEL公司生產的AT89S51為中心，通過AT89S51單片機控制超聲波發射電路發出40KHz的超聲波，與此同時單片機內計數器開始計時；經過延遲后開啟超聲波接收電路，當接收電路收到經障礙物反射的回波后，計數器計時結束。通過AT89S51單片機計算出即時距離，在顯示電路顯示出來，若低于警戒距離則開啟報警。超聲波發射電路和超聲波接收電路是整個系統的基礎；顯示電路選用LED作為顯示設備，一來價錢便宜，二來編程方便；報警電路選用蜂鳴器報警，也是從經濟和編程的角度去考慮的。

2.4 Keil C51介紹

KEILC51標準C編譯器為8051微控制器的軟件開發提供了C語言環境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產品。C51已被完全集成到uVision2的集成開發環境中，這個集成開發環境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統，項目管理器，調試器。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發環境。

C51 V7版本是目前最高效、靈活的8051開發平臺。它可以支持所有8051的衍生產品，也可以支持所有兼容的仿真器，同時支持其它第三方開發工具。因此，C51 V7版本無疑是8051開發用戶的最佳選擇。

2.4.1  uVision2集成開發環境

   項目管理 ,工程(project)是由源文件、開發工具選項以及編程說明三部分組成的。一個單一的uVision2工程能夠產生一個或多個目標程序。產生目標程序的源文件構成“組”。開發工具選項可以對應目標，組或單個文件uVision2包含一個器件數據庫(device database)，可以自動設置匯編器、編譯器、連接定位器及調試器選項，來滿足用戶充分利用特定微控制器的要求。此數據庫包含：片上存儲器和外圍設備的信息，擴展數據指針(extra data pointer)或者加速器(math accelerator)的特性。uVision2可以為片外存儲器產生必要的連接選項：確定起始地址和規模。

     集成功能uVision2的強大功能有助于用戶按期完工。

1.集成源極瀏覽器利用符號數據庫使用戶可以快速瀏覽源文件。用詳細的符號信息來優化用戶變數存儲器。

2.文件尋找功能：在特定文件中執行全局文件搜索。

3.工具菜單：允許在V2集成開發環境下啟動用戶功能。

4.可配置SVCS接口：提供對版本控制系統的入口。

5.PC－LINT接口：對應用程序代碼進行深層語法分析。

6.Infineon的EasyCase接口：集成塊集代碼產生。

7.Infineon的DAVE功能：協助用戶的CPU和外部程序。DAVE工程可被直接輸入uVision2。

2.4.2部分編輯器和調試器

源代碼編輯器,uVision2編輯器包含了所有用戶熟悉的特性。彩色語法顯像和文件辯識都對C源代碼進行和優化。可以在編輯器內調試程序，它能提供一種自然的調試環境，使你更快速地檢查和修改程序。

斷點, uVision2允許用戶在編輯時設置程序斷點（甚至在源代碼未經編譯和匯編之前）。用戶啟動V2調試器之后，斷點即被激活。斷點可設置為條件表達式，變量或存儲器訪問，斷點被觸發后，調試器命令或調試功能即可執行。在屬性框(attributes column)中可以快速瀏覽斷點設置情況和源程序行的位置。代碼覆蓋率信息可以讓你區分程序中已執行和未執行的部分。

調試函數語言, uVision2中，你可以編寫或使用類似C的數語言進行調試。

內部函數：如printf, memset, rand及其它功能的函數。

信號函數：模擬產生CPU的模擬信號和脈沖信號(simulate analog and digital inputs to CPU)。

用戶函數：擴展指令范圍，合并重復動作。

變量和存儲器,用戶可以在編輯器中選中變呈來觀察其取值。雙層窗口顯示，可進行以下調整：

1.當前函數的局部變量

2.用戶在兩個不同watch窗口頁面上的自定義變量

3.堆棧調用(call stack)頁面上的調用記錄（樹）(call tree)

4.不同格式的四個存儲區

2.4.3 C51編譯器

KEIL C51編譯器在遵循ANSI標準的同時，為8051微控制器系列特別設計。語言上的擴展能讓用戶使用應用中的所有資源。

存儲器和特殊功能寄存器的存取, C51編 譯器可以實現對8051系列所有資源的操作。SFR的存取由sfr和sbit兩個關鍵字來提供。變量可旋轉到任一個地址空間。用關鍵字－at－還能把變量放入固定的存儲器．存儲模式（大，中，小）決定了變量的存儲類型。連接定位器支持的代碼區可達32個，這就允許用戶在原有64K　ROM的8015基礎上擴展程序。在V2的編譯器和許多高性能仿真器中，可以支持應用程序的調試。

中斷功能, C51允許用戶使用C語言編寫中斷服務程序，快速進、出代碼和寄存器區的轉換功能使C語言中斷功能更加高效。可再入功能是用關鍵字來定義的。多任務，中斷或非中斷的代碼要求必須具備可再入功能。

靈活的指針, C51提供了靈活高效的指針。通用指針用3個字節來存儲存儲器類型及目標地址，可以在8051的任意存儲區內存取任何變量。特殊指針在聲明的同時已指定了存儲器類型，指向某一特定的存儲區域。由于地址的存儲只需1到2字節，因此，指針存取非常迅速。

2.4.4　測試程序

uVision2調試器具備所有常規源極調試，符號調試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復雜斷點等功能．DDE界面和shift語言支持自動程序測試．

CPU和外設模擬裝置, uVision2為8051及衍生產品提供了高速CUP模擬功能和片上擴展口．在對話框內可直接觀察和修改I/O值，也可以用預裝的C-LIKE宏指令書寫符號函數來提供動態輸入。

目標監控器，uVision2含一個可配置的監控器，可測試目標器件上的軟件體。監控器用uVision2的調試器直接工作，可支持代碼區。它要求目標系統具備6字節堆棧空間，6KB的代碼ROM和256字節Xdata RAM。

MCB517/251啟動工具包,在開始一項8051工程時，MCB啟動工具會對你有很大幫助。每一個啟動工具包括一套2K字節的開發工具和許多可快速運行的舉例程序。用戶可在檢測8051性能的同時，查看開發工具的可行性。MCB517AC板含高性能InfineonC517A單片機，它提供標準8052外圍設備和A/D轉換器，PWM，搜索／比較，8位數據指針，一個高速運算單元。同時包含對81C90CAN控制器和代碼區的支持。

2.5  AT89S51簡介

AT89S51是美國ATMEL公司生產的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可系統編程的flash只讀程序寄存器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準8051指令系統及引腳。它集flash程序存儲器既可在線編程(ISP)也可用傳統方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能和強大，低價位的AT89S51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活用于各種控制領域。

2.5.1主要性能參數

與MCS-51產品指令系統安全兼容

4k字節在系統編程（ISP）FLASH閃速存儲器

1000次擦寫周期

4.0-5.5V的工作電壓范圍

全靜態操作：0HZ—33MHZ

三級加密程序存儲器

128×8字節內部RAM

32個可編程I/O口線

2個16位定時/計數器

6個中斷源

全雙工串行UART通道

低功耗空閑和掉電模式

中斷可以從空閑模式喚醒系統

看門狗（WDT）及雙數據指針

掉電標識和快速編程特性

靈活的在系統編程（ISP-字節或頁寫模式）AT89S51提供以下標準功能：4k字節Flash閃速存儲器，128字節內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式件可選的節電工作模

圖2-2 89S51引腳圖

式。空閑方式停止CPU工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。引腳圖如圖2-2所示。

2.5.2 引腳功能說明

Vcc：電源電壓

GND：地

P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”

可作為高阻抗輸入端用。

在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。

在Flash編程時，P0口接收指令字節。而在程序檢驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。

P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸出口使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ）。

Flash編程和程序校驗期間，P1口接受低8位地址。

P2口：P2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸出口使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ）。

在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器P2口送出高8位地址數據。在訪問八位地址的外部數據存儲器，P2口線上的內容（也即特殊功能存儲器（SFR）區中R2寄存器）。在整個訪問期間不改變。

FLASH編程或校驗時，P2亦接受地址和其它控制信號

P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的八位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）四個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時。它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I ）。

P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-1所示。

表2-1 P3口的分配

端口引腳 第二功能

P3.0 RXD（串性輸入口）

P3.1 TXD(串行輸出口)

P3.2  （外中段0）

P3.3  （外中段1）

P3.4  （定時/計數器0）

P3.5  （定時/計數器1）

P3.6  （外部數據存儲器寫選通）

P3.7  （外部數據存儲器讀選通）

P3口還接受一些用于FLASH閃速存儲器和程序校驗的控制信號。

RST；復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現機器周期以上高電平將使單片機復位。

ALE：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低八位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。

對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。

如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE無效。

 ：程序儲存允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 信號不出現。

EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。

如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執行內部程序存儲器中的指令。

Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp。當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。

XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。

XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。

當采用外部時鐘時，外部時鐘接到XTAL1端，即內部時鐘發生器的輸入端，XTAL2則懸空。若選用12M晶振，時鐘周期為1微秒。

 

第3章 主程序設計原理

主程序設計按自上而下的設計理念。主程序主要完成初始化工作，對超聲波發射和接收的控制，以及對計算和顯示的控制。

主程序需要實現對兩個定時器/計數器的設定、中斷的開啟關閉以及控制調用各子程序從而實現系統功能。

3.1 AT89S51的定時器/計數器的控制器

與定時器/計數器應用有關的控制寄存器有三個。

3.1.1 定時控制寄存器（TCON）

TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。

 TF0和TF1：計數器溢出標志位

當計數器計數溢出(計滿)時，該位置“1”。使用查詢方式時，此位為狀態位以供查詢，但應注意查詢有效后，需用軟件方法及時將該位清“0”；使用中斷方式時，此位為中斷標志位，在轉向中斷服務程序時由硬件自動清“0”。

 TR0和 TR1：定時器運行控制位

TR0(TR1)=0 停止定時器/計數器工作

TR0(TR1)=1 啟動定時器/計數器工作

該位根據需要以軟件方法使其置“1”或清“0”。

3.1.2 工作方式控制寄存器(TMOD)

TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于設定兩個定時器/計數器的工作方式，但TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節傳送指令設置其內容。格式如下：

表3-1 TMOD寄存器格式

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0

 GATE：門控位

GATE=0由運行控制位TR啟動定時器；

GATE=1由外中斷請求信號（INT0和INT1）和TR的組合狀態啟動定時器。

 C/T：定時方式或計數方式選擇位

C/T=0定時器工作方式；

C/T =1計數器工作方式。

 M1M0：工作方式選擇位

M1M0=00 方式0，13位定時器/計數器工作方式；

M1M0=01 方式1，16位定時器/計數器工作方式；

M1M0=10 方式2，常數自動裝入的8位定時器/計數器工作方式；

M1M0=11 方式3， 僅適用于T0，為兩個8位定時器/計數器工作方式；在方式3時T1停止計數。

3.1.3中斷允許控制器（IE）

中斷允許寄存器格式如下：

表3-2 中斷允許寄存器格式

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

EA — — ES ET1 EX1 ET0 EX0

寄存器中用于控制中斷的共6位，可實現中斷管理。EA為中斷允許總控制位。EA=1時，CPU開中斷；EA=0時，CPU屏蔽所有中斷請求。

ES、ET1、EX1、ET0、EX0為對應的串行口中斷、定時器/計數器1中斷、外部中斷1中斷、定時器/計數器0中斷、外部中斷0中斷的中斷允許位。對應位為1時，允許其中斷，對應位為0時，禁止其中斷。

89S51單片機中斷系統的管理是由中斷允許控制EA和各中斷源的控制位聯合作用實現的，缺一不可。

3.2主程序設計

本系統需要實現功能有收發超聲波、顯示距離、計算距離、開啟報警等。這些功能都需要主程序控制完成。收發超聲波中用到的定時器/計數器需要在主程序中對其進行設置；通過調用計算子程序，可以計算出當前的距離；通過調用顯示子程序顯示當前的距離。程序流程如圖3-1所示。

程序開始執行后，首先進行初始化：顯示緩沖單元清“0”，接收成功標志位清“0”， T0、T1的工作方式的設定。在完成初始化后，CPU開中斷，定時器1開中斷，開外部中斷0中斷，并且開啟定時器1用于65ms定時。

當65ms定時完成后，轉入中斷處理程序，也就是超聲波發射程序，控制超聲波發射器發射超聲波。當收到回波信號后，接收成功標志位置“1”，這時候CPU關中

礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第二代——數碼波段顯示，這代產品要先進得多，它安裝在儀表臺的位置，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在11 開始顯示；如果是人，在11左右的距離開始顯示；這一代產品有兩種顯示方式，數碼產品顯示距離數字，而波段顯示產品由三種顏色來區別顯示：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有11以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6～0；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到的距離，你必須停止倒車。這種產品把數碼和波段組合在一起，比較實用。但缺點是反應不夠快，而且使用壽命較短。第三代——液晶顯示屏動態顯示，這一代產品非常引人注目，特別是屏幕顯示開始出現動態顯示系統。它不用掛倒擋，只要發動汽車，顯示器上就會出現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。相比其他倒車雷達產品，這種產品廣為車主接受。但是，液晶顯示器,存在抗干擾能力不強的毛病，所以有時出現誤報的情駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、魔幻鏡倒車雷達

圖3-1 主程序原理圖

斷，調用計算子程序計算出當前距離。然后調用顯示子程序，將當前距離顯示在LED上。測量間隔一定時間后轉入下一循環，繼續執行。

 

第4章 超聲波發射及接收程序的設計

超聲波發射程序主要實現對超聲波發射電路的控制，從實際的角度考慮，設計本汽車倒車超聲波報警器的最遠探測距離為11m，由公式(2-2)可計算出時間間隔約為65ms，為了 避免超聲波發射端的聲波直達到超聲波接收端，必須在發射之后延遲一段時間，在實際設計的電路中，發射頭和接收頭的距離約為7cm所以最小探測距離設置為7cm，算出的時間間隔約為0.5ms，也就是說發射電路發射結束后0.5ms才能開啟接收電路。

超聲波接收程序完成對超聲波接收電路的控制，通俗點說就是將收到回波的消息告訴單片機，并完成保存計數器值的功能。

兩個程序都采用中斷控制的方式設計，下面對AT89S51的中斷系統及發射、接收中斷程序做分別的介紹。

4.1  AT89S51中斷系統

4.1.1 中斷源

AT98S51共有5個中斷向量：2個外中斷（INT0和INT1），2個定時中斷（TIMER0和TIMER1）和一個串行中斷。

外部中斷：INT0和INT1，它們的中斷請求信號有效方式分別電平觸發和脈沖觸發兩種。電平方式是低電平有效，脈沖方式為負跳變觸發有效。

內部中斷：內部中斷有TF0、TF1、TI、RI，分別為定時器/計數器溢出中斷和串行口的發送接收中斷。

4.1.2 中斷控制

89S51單片機設置了4個專用寄存器用于中斷控制，用戶通過設置其狀態來管理中斷系統，下面介紹下本設計中用到的3個中斷控制寄存器。

1、定時器控制寄存器(TCON)

TCON的格式如下：      

 

表4-1 TCON的格式

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

在該寄存器中，TR1、TR0用于定時器/計數器的啟動控制，其余6位用語中斷控制，其作用如下：

 IT0為外部中斷0請求信號方式控制位，IT0=1為脈沖出發方式（負跳變有效）；IT0=0為電平觸發方式（低電平有效）。

 IE0為外部中斷0請求標志位。當CPU檢測到INT0（P3.2）端有中斷請求信號時，由硬件置位，使IE0=1請求中斷，中斷響應后轉向中斷服務程序時，由硬件自動清零。

 IT1為外部中斷1請求信號方式控制位，其作用同IT0。

 IE1為外部中斷1請求標志位，其作用同IE0。

 TF0(TF1)為定時器/計數器溢出標志位。

2、中斷允許控制寄存器（IE）

寄存器中用于控制中斷的共6位，可實現中斷管理。EA為中斷允許總控制位。EA=1時，CPU開中斷；EA=0時，CPU屏蔽所有中斷請求。

ES、ET1、EX1、ET0、EX0為對應的串行口中斷、定時器/計數器1中斷、外部中斷1中斷、定時器/計數器0中斷、外部中斷0中斷的中斷允許位。對應位為1時，允許其中斷，對應位為0時，禁止其中斷。

3、中斷優先級控制寄存器（IP）

中斷優先級控制寄存器的格式如下：

表4-2 中斷優先級控制寄存器的格式

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

— — — PS PT1 PX1 PT0 PX0

89S51中規定了兩個中斷優先級：高級中斷和低級中斷，用中斷優先級寄存器(IP)的5位狀態管理5個中斷源的優先級別，即PS、PT1、PX1、PT0、PX0分別對應串行口中斷、定時器/計數器1中斷、外部中斷1中斷、定時器/計數器0中斷、外部中斷0中斷，當相應位為1時，設置其為高級中斷：相應位為0時，設置其為低級中斷。通過對IP的設置可以為中斷設置不同的優先級別。

4.2 超聲波發射程序

對于超聲波發射程序，設計采用中斷控制的方式讓超聲波發射電路每隔65ms發射出一次超聲波。單片機89S51的定時器T1設置為65ms的定時，控制本中斷程序每65ms執行一次。該中斷為定時器/計數器1溢出中斷，入口地址為001BH。

每執行一次，單片機就控制超聲波發射管發射一次超聲波，在本系統中設計由單片機的P1.0口控制，對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口；作輸出口使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。如上所說為避免發射的信號直達超聲波接收器，發射結束后應該延遲一定時間，再開啟接收中斷。

程序流程圖如圖4-1所示。

礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第二代——數碼波段顯示，這代產品要先進得多，它安裝在儀表臺的位置，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在11 開始顯示；如果是人，在11左右的距離開始顯示；這一代產品有兩種顯示方式，數碼產品顯示距離數字，而波段顯示產品由三種顏色來區別顯示：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有11以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6～0；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到的距離，你必須停止倒車。這種產品把數碼和波段組合在一起，比較實用。但缺點是反應不夠快，而且使用壽命較短。第三代——液晶顯示屏動態顯示，這一代產品非常引人注目，特別是屏幕顯示開始出現動態顯示系統。它不用掛倒擋，只要發動汽車，顯示器上就會出現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。相比其他倒車雷達產品，這種產品廣為車主接受。但是，液晶顯示器,存在抗干擾能力不強的毛病，所以有時出現誤報的情駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、魔幻鏡倒車雷達

圖4-1 超聲波發射中斷程序流程圖

設計中每次發射，發射兩次超聲波脈沖，這可以通過對P1.0反復取反來控制，取4次就可以滿足每次發送兩個超聲波脈，通過對取反次數位的設置可以控制每次發送脈沖的個數。超聲波發出的同時計數器T0需要立即開啟計數，這樣才能保證測量的準確性。由于要避開從發射端直達接收段的超聲波，需要延遲一定時間才開啟接收，這樣才能使系統正常工作，但使得近距離范圍無法測量，出現“盲區”。

延遲0.5ms的子程序設計如下：

delay_250:   push   psw

      mov   r7, #0ffh

delay_250_1: djnz  r7,delay_250_1 ;執行一次占用2個機器周期

             pop     psw

             ret

4.3 超聲波接收程序

對于超聲波接收程序，也采用中斷控制的方式。如上所說，當發射工作結束后經過0.5ms延時，開啟回波接收中斷，超聲波接收中斷為外部中斷0中斷。若超聲波經障礙物放射回來被超聲波接收管收到后，將脈沖送入CX20106紅外接收芯片輸入端放大，由CX20106輸出端將遙控指令輸出到單片機。在電路連接中用AT89S51單片機的 (外部中斷0)腳接收該指令。當接收到指令后，轉入中斷服務程序，計數器

 

圖4-2 超聲波接收中斷程序流程圖

T0停止計數，此時T0的值就是超聲波由發射頭到達障礙物再由障礙物反射回接收頭所使用的時間。程序 設計如下：外中斷0，中斷入口0003H，收到回波時進入。

這里使用內存44H、45H、46H用于計算距離，當收到回波時CX20106輸出給單片機P3.2口一個低電平，中斷程序開始工作，關計數器T0并將計數器的值放入內存單元以便下面計算使用，同時接收成功標志位置“1”，這是后面轉入計算子程序的標志，最后計數器清“0”，中斷結束。程序比較簡單，主要是完成對計數值的保存，但這卻是系統最重要的步驟。

第5章 計算程序和顯示程序設計

5.1 實現功能

計算子程序需要將計數器值轉化為即時距離，程序中包括兩字節無符號數乘法程序和四字節/兩字節除法程序兩個子程序，通過對乘法、除法程序的調用將每位的結果存到顯示緩沖單元。

顯示子程序實現將計算的結果從89S51單片機送到LED數碼管顯示的功能，為了簡化電路和降低成本，采用LED動態顯示方式實現這一功能，一共需要顯示四位。單片機的P0口送段選信號，P2口送位選信號。

5.2 計算子程序的設計

計算子程序主要實現對計數器值進行計算，和往顯示緩沖單元存儲數據的功

兩字節無符號數乘法流程圖

能。由于時鐘周期為1× 秒，根據公式(2-2)，可知數值計算主要完成“計數值×17/1000cm”的工作，其中涉及了乘法和除法，這里分別用兩個子程序：兩字節無符號數乘法程序和四字節/兩字節無符號數除法程序來實現。

5.2.1 兩字節無符號數乘法程序

實現R7R6R5R4 <= R3R2 ×R1R0，涉及到2個左移，R7R6R5R4的左移和R1R0的左移，大家都知道R7R6R5R4向左移一位為乘以2，，后者的左移控制“R7R6R5R4 + R3R2”一次還是“R7R6R5R4×2”一次，由于為兩字節無符，循環次數為16次。程序方框圖如圖5-1所示。

下面用一組數據來驗證這個算法，若R1R0=17，這個數據也是本程序所用到的R1R0的值。也就是R1R0=0000 0000 0001 0001，R1R0需要循環12次才能使C位第一次為1，第一次執行R7R6R5R4+R3R2，現在的R7R6R5R4也就等于R3R2，此時16自減為4，不為0，跳轉到R7R6R5R4循環左移，也就是R7R6R5R4

乘以2，R1R0再左移，C不等于0，16自減為3，R7R6R5R4再乘以2……16自減為1，此時R7R6R5R4已經為R3R2的16倍，R1R0左移后C位為1，執行R7R6R5R4+R3R2此時的R7R6R5R4為R3R2的17倍，接下來16自減為0跳出兩字節無符號數乘法子程序。

(c) R7R6R5R4循環左移        (d) 計算完成

圖5-2 17乘以0808H部分計算流程

圖5-2是R3R2為0808H也就是約為2ms時的部分計算流程。

5.2.2四字節/兩字節無符號數除法程序

首先來了解一下2進制數是怎樣完成除法運算的。

2進制完成除法運算就是移位和相減，比如1011011除以1110順序如下：  

1 - 1110不夠減，結果添0，1左移一位再加上原來1后的0，為10。  

10 - 1110不夠減，結果添0，10左移一位再加上原來10后的1，為101。 

101 - 1110不夠減，結果添0，101左移一位再加上原來101后的1，為1011。  

圖5-3 四字節/兩字節無符號數除法程序流程圖

1011- 1110不夠減，結果添0，1011左移一位再加上原來1011后的0，為10110。  

10110- 1110= 1000結果添1，同上左移加原來10110后的1得10001。  

10001 - 1110 = 11結果添1，同上左移加原來101101后的1得111。  

111- 101不夠減，結果添0，此時1011011所有位都已移完，運算完畢。 

即 1011011 = 1110 ×0000110。

要完成R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4(商)……R1R0(余數)這樣一個四字節/兩字節無符號數除法程序，應該怎樣實現呢？注意到，當不夠減的時候，結果添“0”，夠的時候，結果添“1”，這正好和當時的“C”位值相反，可以通過觀察“C”位來實現。還有，若夠減的時候，減下的值要保留后再移位，不夠減的時候，減法運算的結果是不被保留的，繼續原來的值再移位，由于是四字節的數需要移位32次才能移完。

程序流程圖如圖5-3所示，整個程序的關鍵就是圍繞“C”位進行處理，根據“C”位來判斷減法運算的結果是否保留。通過運行調試，程序實現了除法的功能。

5.2.3 計算程序設計

現在已經能夠計算出即時的距離了，在將計算值送到四個LED顯示之前還

需要對顯示緩沖單元的值再次進行調整，若最高位為“0”的時候我們不顯示它，當距離小于1米的時候還需要開啟報警功能，這里采用蜂鳴器來實現報警。程序方框圖如圖5-4所示。

先通過對上述兩個子程序的調用計算出即時的距離，單位為厘米。再調用除法程序完成除以1000算出最高位，結果保存在寄存器R4中，余數保留在R1R0中。然后再將余數R1R0賦給R5R4，除以100算出次高位，以此類推算出次次高位，和最低位，通過編程判斷是否將其對應的數碼管電亮。若最高位為“0”，不點亮該燈；若次高位為“0”，先看最高為是否點亮，若最高位未被點亮，次高位也將不點亮，若最高位已被點亮，次高位點亮；同理接下來檢查次次高位；最

后一位無論是否為“0”都將被點亮。

 報警電路由放大器和蜂鳴器組成。當需要報警時AT89S51的P1.1口控制報警電路導通發出蜂鳴報警。

設計安全距離為1米，當低于一米時發出報警，注意到當低于1米時LED的最高位和次高位不點亮，所以可以在判斷是否點亮次高位時確定是否發出報警，點亮說明高于1米，不點亮說明小于1米，立即開啟報警。

圖5-4 計算程序流程圖

5.3 顯示程序設計

經過主程序計算后待顯示的結果存到了40H到43H，40H 為最高位，43H為最低位，設計采用先掃描最高位的方式，將40 H到43H依次顯示在4個數碼管。由于人眼的反應時間沒有那么快，4個數碼管看上去是同時點亮的。這里主要涉及兩個重點注意的地方：第一，每位結果的值需要通過查表后才能送到P0口送顯示；第二，P2控制循環點亮4個數碼管，要設置好供移動的值。

顯示子程序流程如圖5-5所示。

圖5-5顯示子程序流程圖

由于是共陽極七段碼，當位選信號為“0”時驅動LED 點亮。如果將位選字設為“0101 1111”，此時LED0和LED2將被點亮，LED1和LED3不亮。考慮到需要循環顯示四位數碼管，每次點亮一位，位選字設置為“0111 1111”即可實現，通過對位選字的右移可以循環點亮四個LED，當位選字為“1110 1111”時表明四個 LED都被點亮了一次，這也是進入下一循環的標志。

LED顯示器的七段碼如下：

表5-1 共陽段碼表

TAB 18H 7BH 2CH 29H 4BH 89H 88H 3BH 08H 09H 0FFH

共陽段碼表值 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 不亮

 

第6章  系統調試及結論

本設計采用51匯編語言編寫，采用Keil C51編譯和調試，以及采用keil和proteus聯調仿真。由于proteus仿真庫里并無超聲波仿真模型，因此這里采用光電二極管和光電三極管來代替超聲波發送探頭和超聲波接收探頭，且仿真中略去了超聲波在空氣中的傳播過程。聯調仿真后，發現數字電路的延遲效果比較明顯，所以需要軟件矯正。

由于超聲波探頭存在余震效應, 為避免余震產生的“虛假反射波”超聲測距數據的采集與處理錯誤申請中斷，超聲波脈沖發射后，軟件中設置了一段時間的延時，稱為“死區”時間，“死區”形成了距離測量中的“盲區”，由于探頭的性能誤差，運行后要不斷調整探頭的“死區”。經過應用過程的調試，本系統的測量“盲區”控制在20cm內。

本報警系統由于受到超聲波發射角度和環境溫度、濕度等因素的影響，測量值和實際之間有一定的差異，原來理想的有效工作范圍為7cm-11m，但經過聯機調試實際的工作范圍為20cm-8m，下面是聯機測試的一些結果:

表6-1 聯試結果1

實際值(cm) 700 300 90 50 30

LED顯示結果 680 288 85 47 26

蜂鳴器 未鳴叫 未鳴叫 鳴叫 鳴叫 鳴叫

從上表可以看出，本報警器基本完成了顯示和報警的功能，但也存在不少問題，測量精度不是很高，特別是距離較遠的時候精度不能保證，這主要是由于所使用的聲速與實際聲速有差別造成的，但誤差也不是很大，滿足汽車倒車超聲波報警器的基本要求。

表6-2 聯試結果2

實際值(cm) 25 12 9 3

LED顯示結果 24 20 20 20

 從上表可以看出，本報警器的工作盲區為20cm。

 本系統探測范圍為0.2-8m，制作成本為150元左右，基本達到了汽車倒車報警器的設計要求，相信經過進一步改造后可以用于中低檔車輛。若要使系統更加可靠，仍有一些需要改進之處：

1、溫度對超聲波速度的影響，改進方法是加入一個溫度傳感器，并對計算子程序做相應的修改。

 2、超聲波在傳播過程中受空氣對流及塵埃吸收的影響，使得遠距離的回波難以檢測，可以通過提高超聲波探頭功率來改進。

 

 總結

本課題把硬件電路和電路軟件有機的結合起來，完成了汽車倒車報警系統的設計，能夠了解單片機技術的現狀，而且通過對電路系統的設計，學習掌握了數字電路從原理圖到PCB版的全部過程，形成完善的設計思路以及思想，并通過對汽車倒車超聲波報警器的軟件設計的過程，鍛煉應用匯編語言等軟件設計電路程序的能力為以后參與實際工作奠定良好的設計基礎。

通過對系統程序的編寫，進一步加深了對匯編語言的理解和操控能力，匯編語言的控制直接，實時性好，代碼短。熟練掌握匯編有利于更好的理解單片機的結構，有利于充分地利用單片機的資源，有利于程序的調試。

設計中用到了現在應用非常廣泛的計算機軟件Keil C51等軟件。Keil C51是51系列單片機學習和調試的常用軟件，是眾多單片機應用開發的優秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設計，界面友好，易學易用。通過對這些軟件的學習和使用使我能將所學與所用有機結合起來。在步入工作崗位之前得到全方位的工程設計訓練。

通過對汽車倒車報警電路的設計能初步具有用PROTEL軟件設計電路原理圖以及電路版圖的能力。與實際電路相結合，通過理論聯系實際的方法，使所學的知識通過自己設計思考真正應用到實踐中。通過該次設計能了解51系列的一些單片機的知識，能熟練運用PROTEL，Keil C51軟件，提高了實際動手能力。

 

致 謝

本論文是在西南科技大學高頻實驗室中完成的。特別要感謝我的導師曾毅，曾老師不僅引導我進入單片機系統世界，悉心指導我作項目開發，還對我的軟件設計方面認真輔導。曾老師對工作認真負責的作風和嚴謹的治學態度給我留下了深刻的印象，并將使我終生受益。

我也感謝大學四年期間所有指導過我的老師，感謝他們對我無私的教誨和幫助。

感謝我大學四年的同窗，是你們讓我感受了大學的美好。和你們共同走過的這大學四年，我感到無比的快樂。

 

參考文獻

[1] 胡漢才.單片機原理及其接口技術.清華大學出版社，1996

[2] 劉樂善.微型計算機接口技術及其應用.華中科技大學出版社，2001

[3] 張明友、呂幼新.信號與系統分析.電子科技大學出版社，1999

[4] 周明德.微型計算機系統原理及應用.清華大學出版社，1998

[5] 丁玉美、高西全.數字信號處理.西安電子科技大學出版社，1994

[6] 康華光、皺壽彬.電子技術基礎數字部分（第四版）.高等教育出版社，2000

[7] 馬建國、孟憲元.電子設計自動化技術基礎.清華大學出版社，2004

[8] 丁元杰.單片微機原理及應用.機械工業出版社，2002

[9] 何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術.北京航空航天大學出版社，1990

[10] 姜志海.單片機原理及應用.電子工業出版社，2005

[11] 彭容修.數字電子技術基礎.武漢理工大學出版社，2003

[12] 丁鷺飛、耿富錄.雷達原理.西安電子科技大學出版社，2005

[13] Huelaman,l.p.Basic circuit Theory(2nd dition).Prentice-Hall,Inc.,1984

[14]Rabiner L R and Gold B.Theory and Application of Digital signal Processing.Prentice-Hill Inc.,1975

[15]Rao.Guthikonda V.Microprocessora and micro computer system.Van Nostrand Reinhold company,1982

[16] Texas Instruments Incorporated.MAX3221 3V to 5.5V multichannelRS-232 line driver/ receiver ,2000.

[17] Alessio Carullo and Marco Pavis,"An Ultrasonic Sensor for Distance Measurement in Automotive Application,"IEEE SENSOR JOURNAL.VOL.1.NO.2.AUGUST 2001.

 

附錄1  本設計的實物圖

實物圖

 

 

附錄2  本設計的程序

本次設計的程序如下所示：

;測距范圍7CM-11M，堆棧在4FH以上，20H用于標志

;顯示緩沖單元在40H-43H，使用內存44H、45H、46H用于計算距離

;

              VOUT     EQU     P1.0    ; 紅外脈沖輸出端口

 speak  equ p1.1

;********************************************

;*             中斷入口程序                 *

;********************************************

;

              ORG 0000H

                  LJMP  START

              ORG 0003H

                  LJMP  PINT0

              ORG 000BH

                  reti

              ORG 0013H

     RETI

       ORG 001BH

    LJMP  INTT1

       ORG 0023H

    RETI

       ORG 002BH

     RETI    

;

;********************************************

;*               主 程 序                   *

;********************************************

;

            START: MOV     SP,#4FH

                   MOV     R0,#40H     ;40H-43H為顯示數據存放單元（40H為最高位）

                   MOV     R7,#0BH

       CLEARDISP:  MOV     @R0,#00H

                   INC     R0

                   DJNZ    R7,CLEARDISP    ;;;;;;;;;;清零 40H-43H單元

                   MOV     20H,#00H

                   MOV     TMOD,#11H     ;T1為 T0為16位定時器

                   MOV     TH0,#00H      ;65毫秒初值

                   MOV     TL0,#00H

                   MOV     TH1,#00H    

                   MOV     TL1,#00H

                   MOV     P0,#0FFH

                   MOV     P1,#0FFH

                   MOV     P2,#0FFH

                   MOV     P3,#0FFH

                   MOV     R4,#04H       ;超聲波脈沖個數控制（為賦值的一半）

                   SETB    PX0

                   SETB    ET1

                   SETB    EA

                   SETB    TR1           ;開啟測距定時器

            start1: LCALL  DISPLAY

                    JNB    00H,START1    ;收到反射信號時標志位為1

                    CLR    EA

                    LCALL  WORK          ;計算距離子程序

                    clr    EA                    

                    MOV    R2,#32h  ;#64H      ;測量間隔控制

              LOOP: LCALL  DISPLAY

                    DJNZ   R2,LOOP                   

                    CLR    00H

                    setb        et0

                    mov         th0,00h

                    mov         tl0,00h

                    SETB   TR1          ;重新開啟測距定時器

                    SETB   EA

                    SJMP   Start1

;

;****************************************************

;*                    中斷程序*                     *

;****************************************************

 

;T1中斷，發超聲波用     ;T1中斷，65毫秒中斷一次

INTT1:          CLR     EA

                CLR     TR0

                clr     ex0

                MOV     TH0,#00H

                MOV     TL0,#00H

                MOV     TH1,#00H

                MOV     TL1,#00H

                SETB    ET0

                SETB    EA

                SETB    TR0       ;啟動計數器T0，用以計

intt11:

                CPL     VOUT            ;40KHZ

                nop

                nop

                nop

                nop

                nop

                nop

                nop

                nop

                nop

                DJNZ    R4,intt11

                                        ;超聲波發送完畢，

                MOV     R4,#04H

                lcall   delay_250       ;延時，避開發射的直達聲波信號

                SETB    EX0        ;開啟接收回波中斷

               

RETIOUT:        RETI

;外中斷0，收到回波時進入

PINT0:          nop

                jb     p3.2,pint0_exit

                CLR     TR0        ;關計數器

                

                CLR     EA         ;

                CLR     EX0        ;

                MOV     44H,TL0    ;將計數值移入處理單元

                MOV     45H,TH0    ;

                mov     th0,#00h

                mov     tl0,#00h

                jnb     p3.2,$

                SETB    00H        ;接收成功標志

pint0_exit:

                RETI

;

;****************************************************

;*                    顯示程序                      *

;****************************************************

; 40H為最高位，43H為最低位，先掃描高位

          DISPLAY: MOV   R1,#40H  ;G

                   MOV   R5,#7fH  ;G

             PLAY: MOV   A,R5

                   MOV   P0,#0FFH

                   MOV   P2,A

                   MOV   A,@R1

                   MOV   DPTR,#TAB

                   MOVC  A,@A+DPTR

                   MOV   P0,A

                   LCALL DL1MS

                   INC   R1

                   MOV   A,R5

                   JNB    ACC.4,ENDOUT;G

                   RR    A

                   MOV   R5,A

                   AJMP  PLAY

           ENDOUT: MOV   P2,#0FFH

                   MOV   P0,#0FFH

                   RET

;

            TAB:   DB 18h, 7Bh, 2Ch, 29h, 4Bh, 89h, 88h, 3Bh, 08h, 09h,0ffh

;共陽段碼表            "0" "1"  "2"   "3"  "4" "5""6"  "7" "8" "9" "不亮""A""-"

;

;****************************************************

;*                    延時程序                      *

;****************************************************

;

             DL1MS:

                        push    06h

                        push    07h

 

                        MOV    R6,#14H

             DL1:   MOV    R7,#19H

             DL2:   DJNZ   R7,DL2

                    DJNZ   R6,DL1

                    pop         07h

                    pop         06h

                    RET

;

;****************************************************

;*        距離計算程序 (=計數值*17/1000cm)          *

;****************************************************

;

work:     PUSH  ACC

          PUSH  PSW

          PUSH  B

          MOV   PSW, #18h

          MOV   R3,  45H

          MOV   R2,  44H

          MOV   R1,  #00D

          MOV   R0,  #17D

          LCALL MUL2BY2

          MOV   R3,  #03H

          MOV   R2,  #0E8H

          LCALL DIV4BY2

          LCALL DIV4BY2

          MOV   40H, R4

          MOV   A,40H

          JNZ   JJ0

          MOV   40H,#0AH    ;最高位為零，不點亮

JJ0:      MOV   A,  R0

          MOV   R4, A

          MOV   A,  R1

          MOV   R5, A

          MOV   R3,  #00D

          MOV   R2,  #100D

          LCALL DIV4BY2

          MOV   41H, R4

          MOV   A,41H

          JNZ   JJ1

          MOV   A,40H    ;次高位為0，先看最高位是否為不亮

          SUBB  A,#0AH

          JNZ   JJ1

          MOV   41H,#0AH ;最高位不亮，次高位也不亮

   CPL speak; 小于1米時開啟報警 

JJ1:      MOV   A,  R0

          MOV   R4, A

          MOV   A,  R1

          MOV   R5, A

          MOV   R3,  #00D

          MOV   R2,  #10D

          LCALL DIV4BY2

          MOV   42H, R4

          MOV   A,42H

          JNZ   JJ2

          MOV   A,41H    ;次次高位為0，先看次高位是否為不亮

          SUBB  A,#0AH

          JNZ   JJ2

          MOV   42H,#0AH ;次高位不亮，次次高位也不亮

JJ2:      MOV   43H, R0

          POP   B

          POP   PSW

          POP   ACC

          RET

;

;****************************************************

;*            兩字節無符號數乘法程序                *

;****************************************************

; R7R6R5R4 <= R3R2 * R1R0

;

MUL2BY2:  CLR   A

          MOV   R7,  A

          MOV   R6,  A

          MOV   R5,  A

          MOV   R4,  A

          MOV   46H, #10H

MULLOOP1: CLR   C

          MOV   A,   R4

          RLC   A

          MOV   R4,  A

          MOV   A,   R5

          RLC   A

          MOV   R5,  A

          MOV   A,   R6

          RLC   A

          MOV   R6,  A

          MOV   A,   R7

          RLC   A

          MOV   R7,  A

          MOV   A,   R0

          RLC   A

          MOV   R0,  A

          MOV   A,   R1

          RLC   A

          MOV   R1,  A

          JNC   MULLOOP2

          MOV   A,   R4

          ADD   A,   R2

          MOV   R4,  A

          MOV   A,   R5

          ADDC  A,   R3

          MOV   R5,  A

          MOV   A,   R6

          ADDC  A,   #00H

          MOV   R6,  A

          MOV   A,   R7

          ADDC  A,   #00H

          MOV   R7,  A

MULLOOP2: DJNZ  46H, MULLOOP1

          RET

;

;****************************************************

;*            四字節/兩字節無符號數除法程序         *

;****************************************************

;R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4(商)...R1R0(余數)

;

DIV4BY2:  MOV   46H,  #20H

          MOV   R0,  #00H

          MOV   R1,  #00H

DIVLOOP1: MOV   A,   R4

          RLC   A

          MOV   R4,  A

          MOV   A,   R5

          RLC   A

          MOV   R5,  A

          MOV   A,   R6

          RLC   A

          MOV   R6,  A

          MOV   A,   R7

          RLC   A

          MOV   R7,  A

          MOV   A,   R0

          RLC   A

          MOV   R0,  A

          MOV   A,   R1

          RLC   A

          MOV   R1,  A

          CLR   C

          MOV   A,   R0

          SUBB  A,   R2

          MOV   B,   A

          MOV   A,   R1

          SUBB  A,   R3

          JC    DIVLOOP2 ;看是否夠減，不夠跳轉，夠R0，R1保留繼續

          MOV   R0,  B

          MOV   R1,  A

DIVLOOP2: CPL   C

          DJNZ  46H,  DIVLOOP1

          MOV   A,   R4

          RLC   A

          MOV   R4,  A

          MOV   A,   R5

          RLC   A

          MOV   R5,  A

          MOV   A,   R6

          RLC   A

          MOV   R6,  A

          MOV   A,   R7

          RLC   A

          MOV   R7,  A

          RET

;

delay_250:

      

        push    psw

        push    07h

        mov     r7,#0ffh

delay_250_1:

        nop

        nop

        nop

        djnz    r7,delay_250_1

        pop     07h

        pop     psw

       

        ret