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對于加工制造業看似十分發達的中國來說,實際情況其實是低級技術工人數量很大。特別是在沿海的一些加工制造企業中,從事生產制造的低技能工人有著非常大的比重,很多所謂的沿海“農民工”就是這部分群體的很大組成部分。雖然企業對技術工人需求很大,這些低級技術工人并不能完全滿足他們的需求,因為企業的生存與不斷發展不僅在于產品的生產與制造,更在于產品的發明與創新,這就意味著企業更需要高技能工人。

就連低級技術工人也出現了“民工荒”的現象,這是因為一些企業用工不規范、侵害勞工權益,給予的工資也非常低廉,使得工人特別是農民技術工人在仔細權衡之后,情愿回家種地,也不愿在企業工作,所以企業越來越難招到這類技術工人,出現了低技能技術工人的相對短缺。

雖然我國一直在強調科技創新,企業也逐漸重視引進高技能人才,但是一些報道反映的現狀卻是我國高級技工占技工總數的比例僅為 3.5%,與發達國家40%這一比例相差甚遠。一些從正規高級職業技術學校畢業的學生,擁有相應的學歷和認證證書,按現行的技術工人評定標準,可以稱為高級技術工人,但現實卻是他們根本不具備相應的企業要求的實際操作技能,造成我國高級技術工人的“青黃不接”,這樣高級技術工人的短缺已成為制約企業發展的瓶頸。

二、激勵機制缺失造成中國技術工人短缺

一些企業對技能人才,特別是在一線崗位的機器旁從事操作工作的低級技術工人,別說激勵,連按勞動法正規用工都做不到。工資缺乏吸引力和勞動條件差是普通工人短缺的主要原因。長期以來,部分沿海地區主要依靠技術含量低的勞動密集型產業實現經濟高速增長,企業主要靠壓低工資、減少改善勞動條件的必要投入來實現低成本,在國際上能夠有比較大的成本優勢,并以此獲得訂單,賺取利潤。企業在賺取利潤的同時,低級技工大卻都在環境惡劣、強度大、加班時間長、不簽勞動合同、不繳社會保險的條件下工作,這使得他們不僅基本的生活難以保障,更面臨人身安全隱患。

中高級技術工人的薪酬普遍偏低,跟企業的管理人員的薪酬總體存在差距,而且技術工人的薪酬結構也不合理。在企業中,一名高級技術工人的技術再好,對企業的貢獻再大,可能其薪酬收入也不會高過一名中層管理干部。企業里這種工人與管理人員的差別,必然會造成技術工人感覺缺乏社會地位,造成心理嚴重失衡。

中國的企業對于技術人才的開發和培養是遠遠不夠。企業往往忽視技術人才的引進,用工注重短期效益,不顧長遠利益,很多企業可能寧肯花上萬元甚至幾十萬元的高薪去聘請職業經理人,也不愿花幾百元去培訓一名技術工人。技術工人的能力是在崗位上不斷實踐與學習才能得以提高的,很多數據表明,企業所花費的一定的培訓成本通常都會帶來更高的實際收益。企業輕視對工人的技術培訓,讓技術工人在得不到重視的同時,也看不到自己職業的發展前景。實際上,培訓對技能人才是一種非常重要的長期激勵手段,像惠普、家樂福這種世界五百強企業,都無一例外地將培訓看作是企業對員工進行激勵的有效手段之一。

三、設計技能人才激勵機制

(一)滿足技能人才的物質需求,制定符合技能人才的薪酬制度與考核制度

企業可以建立寬帶薪酬結構,減少工作之間的等級差別,這樣可以提高技術人才的積極性,同時也有利于提高效率,從而提升企業的核心競爭優勢和企業的整體績效。落實學歷證書與職業資格證書并重的原則,以績效和能力作為提升薪酬檔次的依據,使得低于管理人才薪酬等級的有能力、績效高的技能人才也有可能拿到高于管理人才的薪酬,這便可以讓他們看到自己在從事技能工作這方面也是有前景的,而不會一門心思地想跳到管理職位,以便擺脫“藍領”階級地位低,物質報酬低的局面。

企業中薪酬制度與考核制度是緊密聯系的,除開薪酬的直接激勵之外,考核制度也能從另一角度對技能工人產生激勵。如企業可以建立以技能為導向的技能人才評估體系,鼓勵技能人才注重技能的獲得和提高,以及建立企業技術等級體系,制作與技能掛鉤的技術等級證書,建立與能力匹配的職業發展通道,為技能人才建立晉升路徑。這樣技能人才就能夠為了得到更好的考核成績而不斷地提高自己的技能水平,也不會為了增加薪酬或晉升不得不轉為管理人員。

為了更好地激勵員工,企業的薪酬設計還可以逐漸考慮實施長期激勵計劃,把國外企業中普遍實行的股票期權這些長期激勵機制引入到技能人才的薪酬設計中,讓技術人才擁有一部分的股票期權,這樣可以增加他們為企業付出與投入的熱情,也能在一定程度上減少企業中這部分重要人力資源的流失。

(二)營造尊重技能人才的企業氛圍,用心留人,提高技能人才的社會地位

企業可以嘗試取消干部、工人的界限,工人改稱為生產操作人員,營造高級技術人才和管理人才都是企業不可缺少的人才的氛圍,將領導對技能人才的關心和重視傳達給整個公司的員工,領導的親自獎勵是對技能人才最大的支持。不僅能促使技能人才的不斷提高自己的技能,讓他們為了榮譽而努力,而且也能在一個很好的展示平臺上施展自己的才華。讓他們在獲得一定物質激勵的同時,又獲得精神激勵。

企業還可以制定激勵性的福利制度,完善技能人才的各種工傷、醫療等社會保險制度。對于特殊崗位和特殊工作環境下的勞動者給予補償和獎勵津貼,為核心技能人才購買人壽保險,并制定特殊福利。如提供高檔轎車的使用權,出差時允許的高檔住宿和職位消費等,這不僅給技能人才帶來便利的物質條件。更加重要的是,這讓他們更有“面子”,使他們得到了自尊上的滿足,這用馬斯洛的需求層次理論解釋就是,在由低到高的生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求、和自我實現需求這五類需求里,他們追求的可能已經不是生理需要這種低層次需求了,而在于更高層次的需求,像尊重需要和自我實現需求等。企業對于技術工人的激勵制度只有不斷滿足他們這些更高的需求,才會更有效果。

(三)注重技能人才成長與發展的需要, 開展多種形式的培訓

企業要充分發揮在高技能人才培養中的主體作用,建立多形式、多渠道的培訓方式,盡可能地建立以職業能力為培訓重點,兼顧文化知識和職業道德培養的培訓體系,并加大培訓經費的投入。在培訓形式方面,企業可以實行學校教育與企業生產實際結合的方式,在生產車間設立自己的培訓基地,現場進行操作技能訓練,或者學習海爾、摩托羅拉這些大企業的成功經驗,建立企業大學,對自己的員工與潛在人力資源進行人才深造,爭取培養出大量復合型人才,來滿足企業的人才需求。且企業需注重年輕人的培養,特別是在傳統技藝和技能復雜的崗位上,可以實行師徒制度,鼓勵擁有技術絕活的老技工把技能傳給徒弟,再轉化成教材、多媒體教學課件等理論知識,對完成好的師徒給予獎勵,讓傳藝成績顯著的技工或技師將這一成果作為晉升高一級技師的條件之一。

除此之外,在全球化的今天,企業可以拓展境外培訓渠道,把有發展潛力的技能人才送到國外,讓他們學習國外優秀企業先進技術之后,再學以致用,回報企業。這一方面有助于企業對于技能人才的培養,讓他們的知識將來轉化為企業的財富,另一方面企業也可以利用這一制度吸引與激勵技術人才,讓他們在看到未來光明前景之后,樂于進入企業,并為企業的成功不斷努力付出。

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1.3缺乏合理的定位定位對一個單位來講十分關鍵，電力單位在開展績效考核中，一定要進行一個精準的定位，這樣才可以確保考核作業的順利開展。很多縣級供電單位對自身認識不足，在進行定位時存在偏差，對考核要面對的目標欠缺十足的考慮，這樣，肯定會對考核方式的選取產生影響，定位不明確，對考核成果和單位發展產生消極作用。

1.4內容不合理電力單位有許多機構，各自的責任作用也是不一樣的，在進行考核時，其內容和規范存在差異，但是在實際操做中，考核缺少目的性，每個職位的內容以及標準都差不多，使考核成果的精準性以及客觀性下降，職員很難掌握全部信息，長久以來，肯定會對其產生一定影響。還有，考核內容缺少整體性，經常會發生一概而論的狀況，只關注任期與職位的作業目標，而忽略了別的部分。

2縣級供電企業人員績效管理措施

2.1正確認識績效考核首要應使縣級供電企業的全體職工都認識到績效考核的作用以及在電力企業人力資源管理中的地位，并將績效考核的各項內容公開化、透明化，有些企業對績效考核認識不清，以為績效考核會對企業和員工之間造成不利影響。因此，在強化全體員工業績考核的同時，還應對其有個正確認識，明確業績考核是為了更好地促進企業和員工之間的溝通交流，實現雙方的互贏。

2.2將考核內容、方法合理化從上面所講述的內容可知，績效考核在內容和模式上有許多不科學的地方，急需健全。例如在考核中，要按照詳細的職位要求進行有目的性的學習或者考核，要確保考核的可信程度以及主觀性，讓職員性能和職位需求相符合。并且，要從各個角度開展考核，確保考核內容的全面性，不能夠一概而論。一定要綜合真實狀況，使用和考核內容相符合的考核模式，且模式不能太簡單，要具有靈敏性，按照持續變動的情況，做出合適的調整。

2.3正確選擇考核方式，保證考核的公正客觀首先對企業中的業績考核和素質考核按照一定的比例結合起來，由于業績在成果顯示上較為直接客觀，具有較高的準確性，在考核周期上可以確定為一到兩個月；而對于員工的素質考核，因為無法量化，也無法獲得直觀的數據結果，只有通過長期的考核才能對結果進行確定，因此屬于長期的考核項目，在周期上可以用年來做單位；其次在考核方式上，需要實現領導評分、上下結合、同級互評以及部門自評的方式，然后結合這些評價內容，按照一定的比例對相關系數進行考慮，最終取得總體評價，這樣所得出的評價才是最為公正、客觀和準確的。

2.4加強工作分析因為對考評作業沒有健全的解析，經常致使單位考核規范不一致，目標不準確，操做過程沒有標準化等問題。在考核前，單位對職員的實際作業狀況或者商品的輸出本質并沒有健全的了解，在擬定考核規范時，一般是借鑒或者照搬，所以很難準確的輸出。因此在擬定規范之前，要深入單位，搞好實際考察，深入了解縣級電力單位的運轉情況和職員的作業性能，以此作為根據，擬定出和單位相符合的評定機制。

2.5考核中設立專門的考核機構在供電企業的績效考核中，為了更好的實現對考核主體的確定，可以設立專門的考核機構，這樣不但可以加強對企業績效考核的領導，同時也可以體現企業對于績效考核的重視。供電企業可以考慮成立考核工作領導小組，由企業的主要部門負責人和直接負責人以及職工代表所組成，對企業中的考核制度進行研究和分析，并對考核的結果進行審核和抽查，對被評議的單位以及員工的申訴進行接待，從而實現對績效考核的動態管理。

2.6完善配套規章制度考核及考核制度本身都有無法完全克服的局限性，單靠績效考核及考核制度自身是無法保證考核的公正性和客觀性，為了保證考核客觀公正性，必須建立與考核制度相配套的其他一些規章制度，如建立涵蓋全面、要求準確的崗位責任制，使評議有章可循；制定長遠的員工職業發展規劃，確定企業文化，使素質考核有其長遠目標可循，制定一些專業性較強的準作業規范等等。

2.7不斷完善考評模式對于績效的績效考評方式，有很多相關探索，普遍運用的考評方式牽扯到業績、技術能力、態度和工作強度等要素。如果業績目標主要關聯到作業進度和品質，各個機構要在業績上有很好的表現；具有職責感、紀律性；技術能力主要指業務、溝通和思想才干等；工作強度是指分派作業量的飽和狀況和作業條件等。

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1.2堅持崗位培訓與適應性培訓相結合的原則

生產技能崗位的培訓應與企業發展方向相一致，并以企業的實際需求為前提，將理論知識與實際工作相結合，以簡單易懂、科學實用為培訓準則。

1.3堅持分散與集中、廣泛與重點相結合的原則

供電企業各專業在進行培訓時，要制定不同的培訓重點與方法，專業與專業有相互交叉的地方，也要將兩專業相互結合進行培訓，在組織大規模統一培訓的同時，也要尊重重點人才重點培訓，哪里緊缺哪里先培訓的原則，做到學為所用、防患于未然。

1.4注重教育培訓質量，提高教育培訓效率的原則

技能培訓的原則不應只局限于全、快、大，還要注重培訓的整體質量，要求受訓人員將培訓內容真正的學會、學精，消化掉。

1.5妥善處理工作與培訓的關系的原則

供電企業是典型的生產型企業，其特點是生產周期長、工期進度緊，所以，培訓部門在制定培訓計劃的同時一定要將培訓時間做好合理化安排，在不耽誤正常工作的情況下，將培訓穿插到工作間隙中，給生產技能人員創造一個可以與工作勞逸結合的培訓環境與時間，使受訓人員對培訓不產生抵觸情緒，又可以處理好工作與培訓的時間關系。

2.供電企業技能人員培訓體系中存在的問題

第一，生產技能型人員普遍老齡化，沒有實際操作技能或是水平較低。對于突況應變能力不足，無法在現場及時解決技術難題。且對于體力要求嚴格的工種往往表現出力不從心，使得一線檢修工作無法正常快速的開展，或是工作進度過慢。第二，新員工上手慢，技術水平進度跟不上企業發展的需求。有些單位只招工卻不進行細節技術指導或是不進行實戰技術培訓，老員工不幫不帶或是工作安排不合理，使其技術得不到鍛煉和學習，這些都是造成新員工技術成才速度過慢的主要原因。第三，填鴨式教學，有些企業在用工方式上沒有及時制定激勵政策，造成員工積極性得不到有效提高，使得技能培訓更加的形式化。雖然供電企業實行了懲罰式制度，但獎勵制度卻相對偏低，讓員工在培訓中沒有自主創新性，沒有學習興趣，反而適得其反。第四，培訓的整體環節與內容都有欠考慮與推敲，實用性太少。培訓所達到的實際效果更不理想，培訓部門對于員工具體的培訓需求不了解，在培訓中不注重教學質量，不懂得與公司的發展戰略相結合，在培訓中的供電企業技能人員培訓體系中存在的問題及對策培訓后得不到練習，沒有人跟蹤培訓后續成果。

3.生產技能人員培訓保障措施

3.1為生產技能人員培訓提供經費保證

培訓經費的投入是搞好生產技能型人員的培訓工作的一個重要因素，也是能夠打造高水平培訓模式的基本物質保證。但在公司資金計劃使用過程中，培訓經費一定要做到專款專項，要保證員工培訓經費的充足，保證各類培訓都能夠順利有效的進行。專款專用才能夠保證教育經費真正的用在實處、用在點子上。

3.2整合各類培訓資源，充分發揮資源優勢

首先，要懂得資源合理利用，也就是要利用一切師資力量來給生產技術型人才進行技能培訓。要多多與技術骨干型人才溝通聯系，并鼓勵他們來進行教學，鼓勵他們定時定期地來生產一線單位進行實踐教學，讓他們更加了解工作的具體流程與規范，結合實際，使得理論與實際相結合。而且要建立一支專家教學隊伍，要根據企業發展的進程時時更新，與時俱進。其次，要加強培訓場地及設施的實用性建設。要學會合理地提高培訓設施的先進性，定期更換已過時的設施，做到技術與設備同步，增加電力技能培訓設施的可操作性，放開網絡教師的使用時間等。最后，要注重結合實際，要給員工一個自我提高、自我學習的平臺，可以更好地鉆研和鞏固所學知識。找到重點項目的開發與培訓，有計劃性地進行申報和研究。

3.3建立科學的生產技能人員培訓管理體制

無論哪一種培訓的實施，都應該建立一個完整的、成熟的管理體系。這樣，就可以專職地去研究整個培訓機制的制定與實施，大大提高培訓的質量與效率。通過進一步確認每一個部門及員工的分工，形成一對一或是一對多的管理模式，互相協作，找到一個讓大家執行，簡單、效果顯著的管理模式，展現培訓運用現代化管理理念所形成的新格局。在其中明確出每次培訓項目的主題、要點、注意事項等，讓每個生產技能人員在培訓時有思路，能夠主動配合思考，以提問考試的形式來檢驗培訓的掌握度。或是將培訓的成果納入到績效考核中，讓受訓人員主動、認真地去學習，而不是得過且過。或是在培訓的過程中，對成績優異的員工可進行適當的獎勵來調動員工的積極性，增加員工的動力，使被動變為主動，讓員工愿意參加培訓，愿意通過培訓提高自身的綜合素質，運用自身所學的知識，更好地為企業服務。

3.4建立健全生產技能人員教育培訓管理體系

要將企業技能人員培訓有若企業發展戰略一樣重視起來，要穩扎穩打地進行執行培訓計劃，讓生產技術人員在完整的教育培訓管理體系中成長起來。而這樣一個完整的培訓管理體系的建立和健全更是需要有一群實干的領導班子進行組織，統一領導計劃，分工合作，分級分段實施。要將每年的生產技能型人員的教育培訓計劃納入到整個企業的年度計劃當中去，納入到單位的業績考核中去。

3.5強化培訓執行，注重培訓實效

首先，企業在培訓過程中，一定要從頭至尾全程進行跟蹤了解，對于重大型項目的培訓，要做好培訓前的準備、培訓中的進程、培訓后的效果等進行全程掌握，出現問題要重點分析，及時改進，并且要多利用現代化教學工具，及時對各類設備、教學器材進行更新。其次，要有一個完善的效果評估。尤其針對于那些具有重大意義的，有大的發展前景的項目，要做好準備工作，要提高培訓質量，要有一個可以具體評估的測驗標準。也不妨讓公司中高層領導一起參與，讓領導直接進行評判。通過不同的眼界來提高培訓水平。

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1.3管理人力資源的工作人員結構復雜新上劃縣級供電企業在結構上相對比較龐大，人力資源眾多。由此導致企業中的員工在結構上更加的復雜，由于新上劃縣級供電企業的員工隊伍比較龐大，每個人的思想各不相同，上劃后管理方式的轉變、員工觀念的差異等給人力資源的管理造成了很大的困難。而在眾多人力資源工作人員當中，既有素質過硬、業務水平突出的優秀人才，也有自身素質較低，難以達到企業要求的人員，由于原人力資源相關的制度已經不再適應新時期的需求，使得當前的工作人員在結構上不能得到統一，增大了對人力資源進行有效管理的難度。

2加強電力企業人力資源管理工作的對策

人力資源作為所有企業的動力源泉，將人力資源管理好是實現企業不斷向前發展的根本途徑。對于新上劃縣級供電企業，人力資源的重要性同樣是如此。為此，新上劃縣級供電企業應根據人力資源管理方面所出現的問題及不足，采取有效的對策加強對人力資源的管理，促進企業不斷向前發展。

2.1改善管理模式，更新管理觀念首先，新上劃縣級供電企業應重新審視自己對人力資源的定位，從思想上逐漸對人力資源重視起來，管理人力資源的工作是企業中一切工作的重點。其次，人力資源管理職能部門應將管理與工作同時作為工作的重點，制訂有利于企業發展的人力資源戰略規劃，確保人力資源戰略與企業的發展緊密聯系在一起，人力資源管理人員也應始終在理念上與企業發展保持一致。最后，新上劃縣級供電企業應制訂人力資源平穩過渡政策，如原工資制度向市公司現行工資制度的過渡政策、獎金與績效掛鉤的分配政策等。

2.2建立健全有效的人才激勵機制以及培養機制新上劃縣級供電企業要想調動員工積極地進行工作應該建立一套較為完整有效的激勵機制，激勵是激發人們積極性的動力源泉。一個成功的人力資源管理人員，應該善于對企業員工實施一定的激勵，促使員工能夠更加主動地進行工作，將工作的收入與工作的效率聯系在一起，員工在工作時才不會有消極懈怠的情緒出現。新上劃縣級供電企業在企業中，管理人力資源的工作人員應該樹立人力資源是企業中的第一資源這一思想觀念，為推動電力企業能夠又好又快地發展，應注重開發利用人力資源。在高效的激勵機制下，人員的積極性會有較大的提高，工作效率也會有相應的提升。此外，新上劃縣級供電企業還應建立培養機制，加大對人員的培訓，提高人力資源管理方面的人才素質。員工的素質水平是企業競爭能力的重要籌碼，只有不斷加強對員工的培訓與學習，才能從根本上提高企業的綜合實力。

2.3遵循個性差異，堅持以人為本由于新上劃縣級供電企業的規模以及結構相對來說都比較大，人力資源的龐大使得對人力資源管理的困難也相對較大。由此，電力企業應針對具體的情況，遵循個體之間所體現出來的差異，注重個人的發展，以促進整個人力資源團隊不斷向前發展。堅持以人為本的理念，是將人力資源管理工作做好的關鍵所在。針對當前員工人數眾多、觀念參差不齊這一現狀，尊重他們之間的差異性，實行不同的管理。對于業務水平較差的員工，加強對其進行培訓及考核，以監督其不斷學習發展。對于素質及水平處于一般化的員工則進行不定期的抽查，以監督其對待工作是否認真。對于業務水平及能力方面都較強的員工，可以挖掘其更大的潛力，以發揮其最大的作用。制定不同的人員管理體制，能夠實現人力資源的有效利用。

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第一有符合規定的名稱。企業名稱是企業的名字、字號，是企業的無形資產。名稱權屬于企業專有，非經轉讓等合法轉移方式，其他經營單位不得使用。如果企業因名稱相同發生爭議時，則要按申請登記的先后順序處理，后申請登記的企業必須更改自己的名稱。根據我國有關法律規定，企業名稱應經登記主管機關核準登記，企業名稱只有經過核準登記，才能受國家法律保護，未經獲準登記的名稱不得使用。

第二有企業自己的組織章程。章程是企業公開向社會聲明其性質、宗旨、任務、組織制度、活動方式、業務范圍等情況的法律文書，是申請企業登記必須提交的墓本文件之一，也是企業登記注冊后的行為準則。

第三有國家授權其經營管理的財產或企業自己所有的財產，并能夠以其財產獨立承擔民事責任。

第四有與生產經營規模相適應的經營管理機構、財務機構、勞動組織以及法律或者章程規定必須建立的其他機構。

第五有必要的與經營范圍相適應的經營場所和設施。

第六有與生產經營規模和業務相適應的從業人員。

第七有健全的財會制度，能夠實行獨立核算，自負盈虧，獨立編制資產付債表。

第八有符合規定數額并與經營范圍相適應的注冊資金。注冊資金是企業實際擁有的全部財產在法律上的體現。它由固定資金與流動資金兩部分組成。我國企業登記管理法規對企業法人注冊資金的最低額度是，生產性公司的注冊資金不得少于30萬元；以批發業務為主的商業性公司的注冊資金不得少于50萬元，以零售業務為主的商業性公司的注冊資金不得少于30萬元；咨詢服務性公司的注冊資金不得少于10萬元；其他企業法人注冊資金不得少于3萬元。

第九有符合國家法律、法規和政策規定的經營范圍，不得從事非法經營。

第十企業的生產經營范圍屬于國家法律、法規規定實行許可證、資格證制度行業的，需要有有關主管部門的批準文件。

二、企業法人申請開業登記注冊書的結構與寫法

企業法人申請開業登記注冊書為表格化文書，由封面和比文兩部分組成。

（一）封面

主要包括標題、組建單位、組建單位負責人。申請日期等幾項內容。組建單位須蓋章，組建單位負責人須簽字，申請日期應年月日俱全。封面下方印有“小華人民共和國國家了商行政管理局制”字樣。

（二）正文

由申請開業登記事項和提交文件、證件及有關部門意見兩大部分組成。

1.申請開業登記事項

（1）企業法人名稱：根據我國《企業名稱登記管理規定》第11條，“企業應當根據其主管業務，按照同類行業標準劃分的類別，在企業名稱中標明所屬行業或者經營特點”。企業名稱通常由企業所在地區名稱、字號、所屬行業（或經營特點），組織形式等幾個要素組成。如“西安黃河機器制造股份有限公司”，其中“西安”是地區名，“黃河”是字號，“機器制造”是所屬行業，股份有限公司是組織形式。有一‘些歷史悠久字號馳名的企業也可以不冠行政區劃名稱。企業不得使用法律禁止使用的名稱，如不得使用對國家、社會或者公共利益有損害的名稱，不得使用外國國家（地區）、國際組織的名稱，不得使用外國文字或漢語拼音字母組成的名稱，不得使用數字組成的名稱。除全國性公司外，企業不得使用“中國”、“小華”等宇樣的名稱。只有經過工：商行政管理機關核準登記的企業名稱，才能受到國家法律的保護。

（2）住所：指企業法入主要辦事機構所在地。我國《民法通則》第三十九條規定：“法人以它的主要辦事機構所在地為住所。‘主要辦事機構是指企業法人的核心組織。住所應具體到市（縣）、區（鎮，鄉）、路（村）、號。

（3）經營場所地址：指企業具體從事生產經營活動的地點。一般情況下它與企業法人住所是一致的。企業經營場所的產權屬于企業自己所有時，應提交有關的產權證明，如果是租用場所的，則應提交租用合同。

（4）法定代表人：填寫代表企業法人行使職權的負責人姓名。

（5）經濟性質：指企業法人的所有制形式。確定企業法人的所有制形式應根據產權關系、分配形式、資金來源等進行。大體町分為全民所有制、集體所有制、個體所有制以及聯營、合作經營等。

（6）從業人數：為企業的管理人員，技術人員、生產業務人員和其他從事服務工作的人員的總和。各類人員的比例是衡量一個企業經營管理水平與技術開發能力的一個尺度。

（7）注冊資金：是國家授予企業管理的財產或企業自身所有的財產的貨幣表現，包括固定資金和流動資金兩部分。企業注冊資金應與企業實有資金相一致，與企業經營方式和經營范圍相適應。企業申請開業登記注冊資金數額應該有有關部門出具的資信證明或驗資證明。注冊資金的單位為萬元。

（8）經營方式：根據企業實際情況填寫。工業企業可分為制造、加工、裝配，修理等；商業企業可分為批發、零售、代購、代銷、代儲、代運等；建筑業町分為建筑施工、修繕、安裝等；運輸業可分為搬運、裝卸等；服務性企業則根據具體服務項目而定。

（9）經營范圍：指企業申請生產經營的產品、商品種類，品種和提供服務的項目。經核定的經營范圍是企業法定的經營范圍，是企業生產經營活動的法律界限。在填報時，一般要分別寫明主營項目和兼營項目，主營項目要同企業所屬行業相一致，兼營項日在政策允許的范圍內可適當放寬，但不能同主營項目跨大類。經營范圍是工商行政管理機關監督檢查企業是合法經營還是違法經營的重要依據，填寫時要注意使用符合國家行業劃分標準和工商行政管理機關核準企業經營范圍的規范化用語。

（10）經營期限：這一項主要適用于聯營企業，是指根據聯營企業章程、合同或協議確定的該企業經營活動的起、止時間。

（11）主管部門：寫明企業上級主管部門的全稱。主管部門以文件的形式審批同意成立該企業的要寫明文件的文號及發文日期。

（12）審批機關：企業的生產經營屬于國家法律法規實行許可證制度行業的，須經有關機關審批，并寫明審批文件文號及發文日期。

（13）經營場所面積：寫清企業經營場所總面積和分項面積。分項面積包括生產加工占用面積、營業占用面積、倉庫占用面積和其他占用面積四項。面積單位為平方米。

（14）企業主要設備和主要服務設施：填寫本企業用于生產經營的主要裝置、設施、工具等，如機械電子設備、交通運輸工具、儀器儀表、計量器具等。

（15）分支機構：分支機構指法人企業下屬的經濟活動單位，包括分（子）公司、分廠、分店等。它包括兩種情況：一種是具有獨立法人資格，能夠獨立承擔民事責任的；另一種是不具備法人資格但依法核準登記其有合法經營權的。如無分支機構，本項可免填。

2.提交文件、證件及有關部門意見

（1）申請開業登記提交文件、證件：企業法人申請開業登記應提交的文件、證件較多，主要有以下幾種：①主管部門或賽審批機關批準該企業法人設立的文件。②企業法人章程。該章程應當經主管部門或者審批機關批準。①企業法人注冊資金的信用證明、驗資證明或資金擔保書。④企業法定代表人的身公證明，包括主管部門批準任職的文件和附有照片的個人簡歷。⑤住所和經營場所使用證明，包括產：權證明、房產租賃合同等。房產租賃合同的租賃期限須在一年以—上。⑥其他根據工商管理機關要求應該出具的文件、證件。

（2）有關部門簽署意見：主要由企業的主管部門或審批機關簽注同意該企業設立并建議批準其開業的意見。須寫清簽署時間，并加蓋公章，以示鄭重和負責。

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嚴格遵循公路各部門運營活動的特征，將其進行多個責任中心的劃分，對其職責范圍進行明確，確保其能在權限范圍內獨立自主地履行自身職責。

2.編制預算責任，確定考核標準。

層層分解公路企業的整體目標，將每個責任中心進行具體落實，作為企業運營活動開展及工作效率評價的重要依據。

3.建立跟蹤系統，控制反饋情況。

對每一個責任中心進行預算執行情況跟蹤系統的建立，將實際數和預算數進行定期比較，找出兩者之間的區別，并進行分析，對運營活動進行控制及調節。

4.分析評價企業業績，建立獎罰制度。

利用業績報告定期地編制，分析和評價各責任中心的工作成果，將實際成果作為獎罰的標準，對財務人員的工作積極性進行最大限度地調動，從而起到提高工作效率的作用。

（二）公路企業財務管理中責任會計制度的設計原則

第一，責任主體原則。確保公路企業各部門管理人員充分享有運營決策權的同時，也要對其運營管理的有效性進行相應經濟責任的承擔。遵循公路企業財務管理的要求，進行責任中心的設置并進行責任會計核算體系的建立。第二，可控性原則。考核、評價公路企業財務管理中各責任中心的業績，將責任中心的自我控制為原則。如責任中心自身控制力度不足，其項目建設或經營管理中產生的費用將無法對實際工作業績進行真實、合理地反映，進而影響到財務管理的有效性及成本核算的真實性。第三，目標一致原則。在公路企業財務管理中，必須確定統一目標，也就是將企業整體目標向各責任中心具體目標的方向進行分解。但各個責任中心的具體目標必須和企業整體目標具有一致性，防止因過分追求局部利益使企業整體利益受損。第四，激勵原則。要求確立合理有效的各責任中心的責任目標、責任預算。主要含有兩項內容：首先，合理確定目標，確保其可行性。其次，確保目標完成后的獎懲與其業績相符合。第五，反饋原則。向各個責任中心進行財務信息反饋，確保企業財務人員能夠對預算的執行情況及時掌握，進而有利于采用相應地措施進行目標及預算的調整。

二、公路企業財務管理中責任會計的核算形式及方式

（一）核算形式

為防止工作的重復性、降低核算的工作量，進而起到完善和鞏固責任會計制度的作用，在公路企業財務管理中，必須將責任會計核算與財務會計核算進行有效結合，進行責任中心的建立，對各責任中心進行責任成本明細核算。嚴格按照現行公路企業會計制度并與責任會計要求相結合，確保其核算內容、依據等資源的一致性，確保報表等統一性，這種情況下，公路企業責任會計的核算形式不僅要滿足責任會計制度的要求，還要充分滿足成本核算及會計報表編制的要求。

（二）核算方式

作為國家宏觀管理經濟的重要方式，現行財務會計制度是各個企業必須遵守的法律法規，在企業經濟管理中，責任會計制度的應用可以對其經濟效益進行有效提升。公路工程核算的成本主要包括人工費用、材料費用及機械使用費和其他費用等，由此可見，在各項成本費用中其核算的內容、依據具有一致性，這就為統一核算奠定了基礎。公路企業在現行企業會計制度統一規定的會計科目的前提下，進行成本類科目的設置及增設，其增設內容有主要基本生產等。

三、責任會計在公路施工企業財務管理中的應用

（一）制定目標成本

公路工程建設主要通過招投標的形式獲取，企業財務管理中主要依據會計主體進行責任層次劃分，在責任會計組織體系建立過程中，可以根據公路企業自身的具體情況進行責任劃分。在責任會計中心確立時必須依據現行管理制度進行，公路企業的勞動成果主要包含公路建設，健全責任會計制度，不僅可以有效減少投資成本，還可以提高企業的經濟效益，實現公路企業的社會效益。依據公路企業的施工定額及財務管理的現狀，進行其材料費用、人工費用、機械費用的預測及進行成本控制，確保責任目標成本的科學性及合理性。

（二）劃分責任中心

對責任中心進行科學劃分是責任成本管理體系合理構建的重要問題，對公路各部門責任進行明確劃分，對各責任中心之間的權責進行劃分，防止責任推諉情況的出現。設置責任中心必須遵循責、權、利相結合的原則及單位現有機構編制、內部管理層次和勞動組織進行確定。按照公路財務管理的特點，并與具體項目情況進行有效結合，進行責任中心的準確劃分。在責任會計制度中，可以將公路責任中心劃分為幾個部分，如：項目部責任中心、工程隊責任劃分等。在各個項目管理中，責任成本貫穿于整個項目管理活動，為提高公路工程項目責任管理水平，必須對其進行明確的責任中心劃分，只有這樣才能有效提升公路企業財務管理的水平，確保工程建設的質量，為企業發展提供有效保證。

（三）責任成本的預算和分解

在確保工程工期、質量及安全的情況下，責任成本預算是核定給項目部的成本限額，責任成本預算不僅是各成本中心的發展目標，也是考核責任中心業績的重要依據。分解工程預算價，應按照市場經濟對企業工程總成本構成的各項成本要素進行科學、有效地分開，為成本管理、控制及財務人員業務考核提供強有力的保障。按照公路工程總成本的構成，可以對其進行有效分解，如：項目部責任成本、項目部上級機構成本等。其中項目部責任成本也就是項目部無額定利潤的工程成本，主要有項目部自身的開支和項目部所屬施工隊的各項直接費用。另一個部分項目部上級機構成本主要是指上繳稅金、間接費用及財務費用。這兩部分主要掌控機構為項目經理部和其上級機構，在責任成本限額內項目經理進行施工組織施工，公路企業在控制及管理項目部成本時，必須確保在成本限額內將指導項目部的任務完成。

（四）責任成本控制

在公路工程建設中其主要特點為大規模投資額、建設具有較長周期及施工難度大等。在建設中所使用的原料、機械設備及人工等費用是否合理直接關系到成本控制、工程進度等。因此，在下達責任指標后，目標責任成本完成與否，不能僅僅依靠指標對施工主體進行約束，還必須采取行之有效的管理方式，在管理過程中多采用責任成本進行有效控制，只有這樣才能有效提升公路企業的經濟效益。如必須統一進行大量原料的采購，防止分散采購權，造成成本控制難度加大等，在目標成本管理實施過程中，應嚴格遵循月度、季度或年度的施工計劃，采購部門對公路工程選用的材料進行詳細的市場調查，主要進行各種材料的質量、價格及規格等方面的調查，對材料價格趨勢進行及時有效地分析，遵循材料的使用情況及工期長短等進行有效應用，才能有效地降低實際成本。

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伴隨著知識經濟的快速進步與發展，促使在現代化企業發展當中，人力資源發揮著極大的推動作用，其重要性意義要遠遠比物質資源大得多。在人力資源管理當中，員工激勵與忠誠度是非常關鍵性的兩方面內容。是有效的運用各種科學有效的方法調動員工的工作積極能動性，促使每一位員工能夠盡自己最大的力量去做好有關組織工作，最終實現企業的目標。為此，企業人力資源管理中員工激勵及提升其忠誠度最終的目的是為了誘使員工產生工作積極性，令她們在滿足自身需求的前提下，為企業創造出更大的價值，增加員工最企業的滿意程度，促使其積極的投入到日常工作當中去。為此，運用科學有效的激勵機制、努力提升員工忠誠度是現代企業所需重視的關鍵性問題。

一 現代企業人力資源管理激勵問題探討

1.1 人力資源管理中的激勵理論

通常激勵理論被劃分為：內在激勵理論、過程激勵理論及外在激勵理論三個方面。內在激勵理論通常指的是誘使個人動機及行為發生的內在需求，最具有代表性的就是‘馬斯洛-需求層次論’。過程激勵理論重點說明的是人與外界環境相互間的互動，最具代表性的是‘期望理論’;而外在激勵理論重點強調的是經過對環境中的一些變化性因素來預測在今后工作中的行為變化，最具代表性的是‘學習理論’。

從上述基本理論當中，對于現代企業人力資源管理方面可以延伸一下三方面的啟示：

第一,在社會當中不管是誰都會有很多種需求，但需求會伴隨著時代的變化及個人生活環境的改變而產生巨大的差異性。所以，企業一定要時常對本企業員工中所潛存的這些不斷改變情況加以特別注意，同時在此基礎上運用管理實踐、有關政策等對其加以整合，爭取能夠滿足每位員工的自身需求。

第二,員工的自身行為是由其需求、動機及所處的環境決定的。但上述這些并不是對企業發展都會產生促進作用。為此，企業爭取要滿足每位員工的需求，以便于每位員工能夠以積極的態度投入到日常的工作當中去，促使企業組織目標的最終實現。

第三,員工的行為是能夠加以塑造的。企業有意義的目標能夠有效的促使員工的自身行為發生很大的改變，以此加強員工工作積極能動性及創新能力。所以，現代企業人力資源管理當中一定要創建完善的、行之有效的績效管理體系，經過制定具有挑戰性質的績效目標，合理準確的績效評價系統，為員工供應績效加以完善的機會及客觀性因素，才能夠保證企業員工在具有競爭力的環境下得到自身素質的提升。

1.2 合理的激勵機制相結合

1.2.1 物質激勵與精神激勵有效結合

在激勵機制當中，物質激勵是一個主要的方式，同樣是當代企業人力資源管理當中最為常見的一種激勵形式。伴隨著改革開放的進行及社會主義市場化經濟的確立，‘金錢萬能’似乎成為很多人意識中的錯誤思想，這就導致一些企業認為只要給員工發足夠的工資就能夠有效的調動員工工作積極性。但是，在現實的工作當中，很多企業消耗大量資金后卻沒有達到最終的效果。企業員工工作怠泄，耽誤了企業的發展機會。其實，真正意義上的激勵員工能動性，不僅僅需要對員工進行物質激勵，精神激勵同樣非常重要。為此，現代企業在人力資源管理當中，一定要將物質激勵與精神激勵有效結合，才能夠很好的促使員工將其潛能發揮到最大程度。

1.2.2 制定精準、公平的激勵制度

激勵制度一定要很好的展現公平的準則，在日常工作中廣泛聽取廣大員工的科學建議，出臺被廣大職工所認可的激勵制度，將該制度長期有效的執行下去。同時，激勵制度的執行需要與有關考核機制有效結合，以激發員工的積極能動性，促使所現有的外部競爭轉化為自己工作奮斗的動力，充分展現自己的潛在性能，。而多創建的激勵制度一定要科學、合理，企業在創建制定激勵制度的同時需要對有關情況進行縝密的淺析，全方面的對每位員工的狀態及工作質量進行分析，依據目前狀況更改激勵制度中的相關策略。

1.2.3 多種激勵制度綜合運用

企業需要依據自身的特點選用相適合的激勵制度，注意培養員工的積極能動性，除此之外，以榮譽感的激勵方法在現代企業當中是運用最為廣泛的一種形式，在外國發達國家中也是較為常見的，是一種非常有效果的方法。在現實的工作當中，激勵有許多種不同的形式，如果想要方法能夠與企業大體背景及特色形式，就需要創建對應的相關制度。

1.3 考慮員工的個體差異,注重軟環境投入

現代企業當中相互之間的競爭非常激烈，唯有努力的去探究人力資源，同時開展人力資源的科學分配，才能夠推動企業得到進步與發展。在指定企業獎勵制度的過程中，必須要兼顧企業自身的特殊情況及員工的個體狀況，以此取得激勵制度的最大效果。激勵制度的創建最終目的是為提升員工的工作積極能動性，在激勵制度當中要關注對員工心理上的關心，創建家庭式企業。在當代社會當中，企業員工非常重視對他們的尊重問題，多給予員工心理上的撫慰。企業在進行人力資源管理工作中要時常組織員工開展一些集體類活動，強化員工與員工、員工與領導者相互之間的溝通交流，這樣才能夠促使員工感受到一些歸屬感。

總而言之，企業管理者要注重與員工進行感情上的溝通交流，促使每位員工在完成工作任務的同時，獲得心理上的一些滿足。企業需依據自身的現實狀況，有效的運用多種形式的激勵制度，將激勵方法與最終目的有效結合，改變固有的思維方式，創建獨具本企業特色、被廣大員工認可的激勵制度，促使企業在當下競爭激烈的社會中占據一定的優勢地位。

針對我國企業人力資源管理潛在的問題來看，目前仍然需要對于人力資源管理問題進行不斷的探究，運用綜合的科學管理方法，創建企業人力資源管理體系，同時，要遵循目前市場上的一切變化信息及當今知識經濟下對人才各方面的準求，開發人力資源問題。唯有巧妙的運用人力資源理念，借助先進科學的人力資源管理制度才能夠促使企業健康向上發展。

二 培養和提升員工忠誠度的有效方式

2.1 關注員工自身問題，拓展職業生涯管理

職業生涯管理是企業為了能夠提升員工對企業滿意度以及推動企業自身有效發展的所創建的與企業員工密切相關的一項管理。經過對企業員工開展針對性的職業生涯規劃，可以在很大程度上促使員工工作成就感的形成、對企業滿意程度的提高及組織的忠誠度，很好的預防企業中優秀人才的流失，推動企業不斷的發展。

2.2 情感管理

在企業人力資源管理當中，尊重每位員工是情感管理的核心。只有做到對員工尊重才能夠促使員工對企業忠誠。在日常中，對人的關心是必不可少的精神需求，而在企業當中，上級對下屬的關心則能夠很好的督促員工積極的為企業所服務。幫助員工開展職業規劃，可幫助他們很好的實現自己的理想。企業管理者可以經常的對員工加以表揚，可選用感情上的安慰及優厚的薪酬待遇來提升員工的成就感。情感管理吧企業目標的實現跟員工自身的思想需求有效結合在一起，在幫助企業實現最終目標的同時幫助員工實現自己的理想。

2.3 開創以人為本的企業文化

在企業發展過程當中，企業文化是企業核心的價值理念，是企業生存的靈魂。企業文化能夠促使每位員工樹立科學、共同的價值理念與行為方式，加強員工自身的歸屬感、滿意度，能夠在企業當中發展成一團巨大的凝聚力量，促使員工有自我約束及激勵感。以人為本的企業文化理念重點展現了企業以人為中心的現代化企業管理模式，是未來企業發展的巨大推動力。

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本課題屬于設計性課題。21世紀人類已進入信息社會，汽車及交通也已邁入信息時代。當前信息技術在汽車及交通領域中的應用項目相當多，發展速度可以說是“日新月異”,各種媒體多有報道。

可大致歸納為4個方面，即車輛安全系統，網絡、通訊及導航系統，智能交通系統和移動多媒體系統。隨著汽車的日益普及, 停車場越來越擁擠, 車輛常常需要在停車場穿行、掉頭或倒車。由于這些低速行駛的車輛與其它車輛非常接近, 駕駛員的視野頗受限制, 碰撞和拖掛的事故時有發生, 在夜間時則更顯突出。車輛安全系統通過應用電子信息技術，使車輛實現高智能化，極大地改善車輛人機系統的安全性，以避免事故的發生和減少傷害程度。

1.1.2 選題的目的及意義

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，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。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。

微波探測技術在軍用和民用領域里的廣泛使用，使得通過這次畢業設計所學到的此方面的知識將會有很強的實用性。本設計要求對汽車倒車超聲波報警器進行硬件設計，可以通過完成本次設計，練習PROTEL軟件的使用，增加硬件設計的經驗。

隨著社會進步，經濟發展，人民生活水平的不斷提高，擁有汽車的家庭逐漸增多，交通問題也同時出現了：交通擁擠，各種不同的場合停車、倒車困難。許多非職業汽車駕駛員更是希望能有一種汽車倒車報警器，在倒車時不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，并隨時顯示其距離，在不同的距離范圍內發出不同的報警信號，以提高汽車倒車時的安全性。

汽車倒車超聲波報警器設計就是為了確保駕駛員和汽車的安全，使駕駛員在倒車時能明確與后面車輛、建筑的距離，確保倒車的安全。它具有顯示功能，能夠客觀顯示車后物體與車尾之間的距離。它可望成為新手駕駛員，以及后視不良車輛如大貨車、公共汽車、集裝箱車等車輛駕駛員倒車的好幫手，也可用于夜間輔助倒車及倒車入庫。

1.2 超聲波測距系統研究現狀以及存在的問題

1.2.1 超聲波測距系統研究現狀

隨著電子技術的發展，出現了微波雷達測距、激光測距及超聲波測距。前2種方法由于技術難度大，成本高，一般僅用于軍事工業，而超聲波測距則由于其技術難度相對較低，且成本低廉，適于民用推廣。這項技術也可用于工業測量領域。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、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，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。隨著自動測量和微機技術的發展，超聲波測距的理論已經成熟，超聲波測距的應用也非常廣泛。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環境下有一定的適應能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。特別是應用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結構信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高；而且超聲波傳感器具有結構簡單、體積小、信號處理可靠等特點。因此本設計也是利用超聲波來測量距離。

1.2.2 探測盲區問題

超聲波從發射到接收的時間間隔是由控制器內部的定時器來完成的。由于發射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經被測物就直接繞射到接收器上，造成發送部分與接受部分的直接串擾問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發射開始到"虛假反射波"結束的時間段里的信號。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm的“盲區”。此“盲區”很小，對本系統沒有影響。

1.3 論文的主要內容

論文將介紹超聲波測距系統設計的方案選擇與硬件的設計與調試。全文共分為五章，本章介紹了超聲波測距系統設計的研究現狀和本課題的選題目的與意義；第二章介紹超聲波測距系統的總體設計方案，并對每個模塊進行了方案論證與選擇；第三章介紹了超聲波測距系統的原理；第四章介紹了各單元模塊的硬件電路設計與實現；第五章介紹了系統的調試過程和調試結果，最后總結了整個設計中有待改進的地方。

 

第二章 超聲波測距系統的原理

2.1 超聲波的測距原理

2.1.1 測距的電路原理框圖

構成超聲測距系統的電路功能模塊包括發射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機控制器及一些輔助電路。

采取收發分離方式有兩個好處：一是收發信號不會混疊，接收探頭所接收到的純為反射信號；二是將接收探頭放置在合適位置，可以避免超聲波在物體表面反射時造成的各種損失和干擾，提高系統的可靠性。

根據設計要求并綜合各方面因素，選擇了西安立宇電子科技有限公司的超聲波測距傳感器TCT40－16T/R（T表示發射傳感器，R表示接收傳感器），最大探測距離為6m，發射擴散角為60度。同時，采用單片機作 為主控制器，用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成，超聲波測距器的系統框圖如下圖2-1所示。

圖2-1 測距的電路原理框圖

通過單片機的I/O口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。

2.1.2 工作原理

人能聽到的聲音頻率為：20Hz~20kHz，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波。超聲波是一種只有少數生物（如蝙蝠、海豚）才能感覺的機械波，其頻率在20kHz以上，波長短，繞射小、能定向傳播。

超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。

本設計采用的超聲波是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。

超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于共振法的應用要求復雜。在這里使用脈沖反射式。超聲波測距原理是通過超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時。超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C，而根據計時器記錄的測出發射和接收回波的時間差 就可以計算出發射點距障礙物的距離L。超聲波測距的算法原理如圖2-2所示：

 

圖2-2  超聲波測距的算法原理圖

計算公式為：

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

式中：C為超聲波在空氣中傳播速度；T為環境溫度。

        L=                     （2-2）

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

這就是所謂的時間差測距法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，表2-1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。

表2-1  聲速與溫度關系表

溫度(℃)  30

 20

 10

0 10 20 30 100

聲速(米／秒) 313 319 325 323 338 344 349 386

聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距系統的機理。本設計認為在實際使用中的環境溫度變化不大，對距離檢測精度要求也不高，將超聲波波速C認為是不變的常數。

另一種補償方法就是用查表法，查上面溫度與聲速的對應表，再適當插值補償。這種方法精確度較高。在這里考慮到設計上的簡易性，沒有進行補償，能達到簡單應用的基本要求。

該系統的工作原理：由微機編程送出40kHz頻率的方波信號至信號處理器，信號處理器通過兩級放大，再經過壓電換能器將信號發射出去，該信號遇到障礙物反射回來在此稱為回波。同時，壓電換能器將接收的回波，通過信號處理的檢波放大、積分整形及一系列常見電路的處理，送至微機處理。顯示器的聲音告警頻率、發光二極管方位指示及障礙物距超聲波探頭的距離顯示均由單片機控制。

2.1.3 超聲波測距的工作方式

利用超聲波測距的工作，就可以根據測量發射波與反射波之間的時間間隔，從而達到測量距離的作用。其主要有三種測距方法：

•相位檢測法，相位檢測法雖然精度高,但檢測范圍有限。

•聲波幅值檢測法，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。

•渡越時間檢測法，渡越時間檢測法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設計上都非常容易實現。其原理為：檢測從發射傳感器發射超聲波，經氣體介質傳播到接收傳感器的時間，這個時間就是渡越時間。

本設計的超聲波測距就是使用了渡越時間檢測法。在移動車輛中應用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發射的超聲波反射信號，根據超聲波發出及回波接收的時間差和傳播速度，計算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的距離。

2.1.4 信號處理技術

測量過程是由單片機部分和超聲波信號處理電路共同完成的，一次測量的全過程為40ms。發射時，將40kHz的超聲波信號和一個同步脈沖信號加到與門，同步脈沖信號通過與門控制發射超聲波。單片機將同步脈沖的起始時刻定為 ， 超聲波接收電路將接收到的信號加到單片機中，若檢測到信號，則記下該時刻 ，由時間差  =    ，即可算得障礙物與超聲探頭之間的距離。若單片機系統接收不到超聲波回波信號，則到40 ms時重復上述過程開始下一輪的循環。

在超聲波發出后，如果直接進入檢測狀態，則勢必浪費時間，因為此系統有最小測量距離，當距離最小時，即為時間差 最小，記為  ，所以此時間可以用來處理別的數據。本設計中計算子程序就是在此時間里完成的，這樣就節省了一些時間。

2.2 超聲波探頭的主要作用

•探頭是一個電聲換能器，并能將返回來的聲波轉換成電脈沖；

•控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性，提高分辨率；

•實現波型轉換；

•控制工作頻率，適用于不同的工作條件。

2.3 小結

本章介紹了超聲波測距系統的測距原理、超聲波測距的工作方式以及測距中如何進行信號處理優化，并闡述了超聲波測距的基本概念理論基礎、設計計算的主要方法和內容

第三章 汽車倒車超聲波報警器設計方案比較與選擇

3.1 汽車倒車超聲波報警器的總體方案設計

3.1.1 方案的擬定條件

本設計首先要根據畢業設計任務書中的要求（最大測距6m，最小測距0.20m，顯示分辨率0.02m，實時數字顯示測得的距離；在不同的距離范圍內發出不同的聲光報警信號；駕駛員可根據個人需要調整設置報警距離．本報警器與其它報警器相比具有功能多、電路簡單、操作簡便、工作穩定可靠等優點）來進行器件選擇，如諧振頻率是多少，帶寬為多少，Q值、聲壓輸出、波束指向性、電容、驅動電壓、功率是多少才能達到設計要求，在什么樣的 環境特性下才能正常工作，市場上是否容易找到，便宜且應用較廣否，這些都是需要考慮的問題。只有在這樣的條件下，方案才能順利確定，設計才能順利展開。

3.1.2 模型的建立

汽車倒車雷達是利用超聲波測距原理，不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，在一定距離范圍內給駕駛者以警示，同時由高亮度數碼管顯示出所測的距離值，提高汽車在倒車時的安全性。超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，可由單片機測出從發射到接收到回波的時間，計算出障礙物到汽車尾部的距離S=CT/2，式中C為超聲波波速。盡管超聲波波速與環境溫度有關，但汽車倒車雷達在實際使用中的環境溫度變化不大，對距離檢測精度要求也不高，將超聲波波速C認為是不變的常數。

測距系統模型應如圖3-1所示。

3.2 超聲波測距系統的器件選擇

3.2.1 微控制器的選擇

單片機是本檢測系統的核心，它完成系統的功能設定、測量對象選擇、信號處理存儲、驅動LED顯示等功能。起初對于是選擇AT89S51芯片，還是AT89C51芯片舉棋不定，覺得二者區別不大，后來查閱相關資料發現AT89S51相對于AT89C51增加了很多新功能，性能有了較大提升，價格卻基本不變，甚至比89C51更低。

     圖3-1 測距模型

•AT89S51支持ISP在線編程功能，串行寫入、速度更快、穩定性更好，燒寫電壓也僅僅需要4～5V 即可。這個功能的優勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離，是一個強大易用的功能。而AT89C51只支持并行寫入，同時需要VPP燒寫高壓。

•最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。

•燒寫壽命更長：89S5*標稱的1000次，實際最少是1000次～10000次，這樣更有利初學者反復燒寫，減低學習成本。綜合上面的一些區別，個人認為89C51的停止使用只是時間問題而已，就象當年的8031。

•內部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。

•雙數據指示器。

•電源關閉標識及電源范圍：89S5*電源范圍寬達4～5.5V，而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V 的時候則無法正常工作。

•全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變為不可能，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。

•兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產品。也就是說所有教科書、網絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。

此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。

比較結果：就如同INTEL的P3向P4升級一樣，雖然都可以跑Windows98，不過速度是不同的。從AT89C51升級到AT89S51，也是同理。和S51比起來，C51就要遜色一些，實際應用市場方面技術的進步是永遠向前的。

3.2.2 顯示模塊器件的選擇

在單片機小系統中，顯示模塊可以反映系統工作和運行結果，在系統中占有相當重要地位。常用的顯示有：LED顯示和LCD顯示。

•LED顯示的硬件電路設計簡單、價格便宜，缺點是顯示消耗的電流較高，體積大，在低功耗手持式儀器中很少使用。

•LCD顯示具有低功耗、體積小特點，越來越多地應用于以單片機為核心的便攜式儀表和測試儀中。采用LCD來顯示檢測到的溫濕度參數，降低系統功耗。

本設計顯示部分采用簡單的4位共陽LED數碼管，段碼驅動用74LS245集成電路，位碼用S8550（也可用9012）三極管驅動。

3.2.3 超聲波傳感器的選擇

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

    以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器，或者超聲波探頭。

    超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。

    超聲波探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，使用前必須預先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標包括：

•工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

•工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫療用的超聲波探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。

•靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多超聲波發生器。總體上講，超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。

本次設計就選用壓電式超聲波發生器，壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發生器內部結構如圖3-2所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會 發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。

圖3-2  超聲波換能器內部結構

超聲波發射換能器與接收換能器其結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志（一般器件上有標明是T還是R，T：發射換能器，R：接受換能器）。超聲波換能器外部結構如圖3-3所示。

 

圖3-3  超聲波換能器外部結構

每個傳感器的中心頻率都存在一定的誤差，在40kHz左右波動。而且超聲波傳感器發射波束時存在發散角問題，一般發散角都比較大，從而導致了方向性較差。同時，隨著傳播距離的增大，在不同的發散角上信號衰減的程度也有變化。它在空氣中的發散角及耗散性如圖3-4所示。

 

圖3-4  發散角與耗散性

3.3 小結

本章介紹了超聲波測距系統的工作原理和超聲波測距系統微控制器的特點，提出了超聲波測距設計的總體方案，對各功能模塊的方案進行了比較，分析了常用的傳感器，選定了超聲波測距系統設計所需的器件。

第四章 超聲波測距系統的硬件設計

4.1 硬件設計工具平臺簡介

電路及PCB設計是EDA技術中的一個重要內容，而EDA技術是現代電子工程領域的一門新技術，它提供了基于計算機和信息技術的電路系統設計方法。Protel是其中比較杰出的一個軟件，在國內流行最早、應用面最寬。Protel DXP是Altium（Protel Technology前身）公司在2002年8月推出的一套最新Protel DXP電路板設計軟件平臺。該平臺運行與Windows XP/2000操作系統。Protel DXP不僅繼承了Protel系列產品的優點，更重要的是將所有設計工具集成于設計系統一身。通過把設計輸入仿真、PCB繪制仿真、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為用戶提供了全程的設計解決方案，使用戶可以輕松的進行各種復雜的電路板設計。

使用Protel DXP設計印刷電路板的第一步就是要設計電路原理圖，只有正確設計電路原理圖，生成相應的網絡表之后才能生成PCB文件。在設計時，先分析系統，在進行模塊化的設計，將各部分電路分別設計，得到個模塊電路，在通過融合，實現整體電路的設計，還可以將所有模塊在一張比較大的圖紙上全部畫出來，但在同一張紙以模塊的形式分別設計電路圖，這樣在設計過程中思維比較清晰，設計過程比較簡單，而且更容易檢查錯誤。原理圖的設計相對簡單，在設計完成后要先通過編譯無誤后才生成網絡表，原理圖常見錯誤有：

•管腳沒有接入信號；

•放置導線時Wire與繪圖工具中Line混用，Wire具有電氣特性而Line不具有；

•元件放到圖紙界外；

•創建的工程文件網絡表只能部分調入PCB：生成netlist時沒有選擇為global；

在設計好原理圖，通過編譯檢查，生成了網絡表之后的工作就是繪制PCB板圖了。在導入網絡表之前，要確定原理圖中的元件都有PCB封裝。如果使用的器件在Protel DXP軟件的PCB庫中是沒有封裝的，那就要求自己按照器件的技術手冊封裝所需元件了。在封裝PCB元件是應注意以下幾點：

•原理圖中所填元件的封裝要與PCB元件庫中的名稱一致。

•原理圖中元件的引腳名稱要與PCB元件庫中的引腳名稱一致。

•直插式元件封裝的孔要比元件的實際尺寸稍微大些，貼片元件的引腳封裝應在條件允許的范圍內盡量加寬、加長，這樣才有利于焊接。

完成以上幾步后，將網絡表導入到PCB文件中，生成PCB板圖。在導入網絡表的時候通常會出現以下的錯誤：

•原理圖中的元件使用了PCB庫中沒有的封裝。

•原理圖中的元件使用了PCB庫中名稱不一致的封裝。

•原理圖中的元件使用了PCB庫中pin number不一致的封裝。

網絡表成功導入PCB文件之后對器件進行布局，元件的布局有自動布局和手工布局兩中方式，由于自動布局的效果往往不能令人滿意，所以一般都需要進行手工調整。良好的布局可以降低PCB布線的難度。布局應遵循以下一般原則：

首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：

①盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。

②某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。

③重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題，熱敏元件應遠離發熱元件。

④對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節，應放在印制板上方便于調節的地方；若是機外調節，其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。

⑤應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：

①按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。

②以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

③在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列，這樣，不但美觀，而且裝焊容易，也易于批量生產。

④位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或4：3。電路板面尺寸大于200×150mm時，應考慮電路板所受的機械強度。

布線的方式也有兩種：自動布線及手工布線，自動布線效率高，但有時布線的結果不盡如人意，這是因為自動布線的功能主要是實現電氣網絡之間的連接。在自動布線的實施過程中，很少考慮到特殊的電氣、物理和散熱等要求，因此必須通過手工來進行調整，使電路板既能實現正確的電氣連接，又能滿足用戶的設計要求。手工調整布線的最簡便的方法是對不合 理的布線，采取先拆線，后手工布線。在布線的過程中應注意的問題有：

•輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。

•盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的寬度關系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最經細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。

焊盤時，焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。

此外，還應注意以下兩點：

•在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時，操作它們時均會產生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流，一般R取1~2K，C取2.2~47uF。

•CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

4.2 超聲波測距系統的硬件設計

51系列單片機中典型芯片(如AT89S51) 采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2個16b的定時/計數器T0和T1，4個8b的I/O端口P0、P1、P2、P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內的Flash可編程、可擦除只讀存儲器( PROM )，使其在實際中有著十分廣泛的用途, 在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統中更為有用。該系列單片機引腳圖如圖4-1所示，同時也為了對下面超聲波測距系統的硬件設計進行更清楚的敘述，對其引腳標了號。

51系列單片機提供以下功能: 4kB存儲器；256BRAM；32條I/O 線；2個16b定時/計數器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。

空閑方式: CPU 停止工作，而讓RAM、定時/計數器、串行口和中斷系統繼續工作。

掉電方式: 保存RAM的內容, 振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。

51系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統。

 

圖4-1  AT89S51引腳圖

4.2.1 超聲波發射電路的設計

超聲波發射電路原理圖如圖4-2所示。

設計原理：發射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器T構成，AT89S51單片機P1.0端口輸出的40kHz方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發射強度。

輸出端采用兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上拉電阻R8、R9一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。

在實驗制作和電路改進中，為了增加測量效果，可以考慮提高接收的靈敏度，但是靈敏度也并不是越高就越好。接收靈敏度過高，容易引起自激，結果反而不好，其實可以從增加發射功率方面著手，只要在發射頭兩端加個線圈。線圈可以用0.01mm的銅絲在小磁環繞成大致初級10匝，次級40匝左右。

  

圖4-2  超聲波發射電路

4.2.2 超聲波檢測接收電路的設計

本超聲波測距儀的接收電路采用集成塊CX20106A，其總放大增益為80db 以保證7腳輸出的控制脈沖序列信號幅度在3.5-5V以內。超聲接收換能器UCM-40R接收到的信號經C9電容耦合至輸入端1腳，總增益大小由2腳接收器R、C決定。R越小，C越大增益越高，C9選值過大將造成頻率響應變差，為了兼顧總增益和頻率特性R14取4.7 ，C17取3.3μF，3 腳C為檢波電容，選3.3μF，當其容量減小時，瞬態響應，靈敏度會有所提高，但檢波輸出脈沖寬度變動也較大。帶通濾波特性，可由5腳R15電阻決定其值在210K-220K間調整，本設計R15定為200K。用金屬膜電阻調試，若其阻值偏差過大，中心頻率也將相對偏移。所以當信號經過帶通濾波器時，增益將大大降低，6腳C6電容為比較積分電容，7腳R16為輸出負載電阻，104pF電容C11為電源濾波元件，當電容容量減小或失效時，將造成濾波不良，可能干擾接收輸入端。超聲波接收電路如圖4-3所示。

CX20106是紅外遙控接收前置放大雙極性電路，引腳意義如下：

1 IN    遙控信號輸入端(此腳與地之間接紅外線接收二極管

2      前置放大器頻率特性和增益設定(此腳與地之間接RC串連電路)

3     接檢波電容

4 GND   接地

5      設定帶通濾波器的中心頻率(此腳與電源間接電阻)

6      外接積分電容

7 OUT   遙控指令輸出端

8      外接電源

典型電壓5V，典型功耗9mW。帶通濾波器的中心頻率可由電阻調節，范圍30－60kHz。配套使用型號為M50462AP。

 

圖4-3  超聲波接收電路

4.2.3 超聲波蜂鳴報警電路的設計

蜂鳴報警電路是采用揚聲器來對所設置的報警距離實施報警，以向駕駛員提出警示。

本系統可以設定距離值，當大于或小于設定值時將發出控制信號。當小于設定值時，進入蜂鳴報警狀態，通過一個NPN晶體管來驅動蜂鳴器，不需要復雜的濾波和放大電路，具有自動平滑功能，蜂鳴器鳴響。

超聲波蜂鳴報警電路如圖4-4所示。

 

圖4-4  超聲波蜂鳴報警電路

4.2.4 超聲波系統鍵盤電路的設計

鍵盤電路是用來對最大測距、最小測距以及有關參數進行設置。

鍵盤輸入：開啟值30-1000厘米，關閉值30-1000厘米（在該范圍內任意設置）。本系統由一個按鍵 啟動/停止系統，由三個按鍵設定距離值： 的作用是進入和退出設定， 和 ：分別是向上加值和向下減值，每按一次加或減一厘米，由數碼管輸出顯示。超聲波系統鍵盤電路如圖4-5示。

 

圖4-5  超聲波系統鍵盤電路

4.2.5 超聲波濾波整流電路的設計

超聲波濾波整流電路如圖4-6所示。該電路是用來把反射信號轉換為標準電平信號，通過整形把檢波后得到的不標準的脈沖波整形為標準脈沖波。

信號整形電路：當接收到的信號從信號篩選電路中出來之后是一個很不規則的方波信號，希望最好得到一脈沖信號，經過此部分電路處理過后再送進單片機中進行處理運算。

因為多諧振蕩器中有高頻分量噪聲，所以通過低通濾波器將高頻噪聲濾掉。本信號篩選電路在整個電路中可以說起到非常重要的作用，通過對它的適當調整，可以有效地濾除由于外界干擾帶來的非超聲波信號進入超聲波接收系統，從而大 大提高了本電路的抗干擾性。

 

圖4-6  超聲波濾波整流電路

4.2.6 時鐘和復位電路設計

（1）復位電路的設計

在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環復位。復位后P0－P3口均置1引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內部RAM有所影響。

（2）時鐘電路的設計

時鐘振蕩器：

AT89S51中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。

外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2接在放大器的反饋回路中構成并聯諧振電路。對外接電容C20，C25雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩定性，起振的難易程序及溫度穩定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF 10pF ,而使用陶瓷諧振器建議選擇40pF 10pF。

可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘接到XTAL1端，即內部時鐘發生器的輸入端，XTAL2則懸空。

由于外部時鐘信號是通過一個二分頻觸發器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊的要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術條件的要求。時鐘復位電路如圖4-7所示：

 

圖4-7  時鐘和復位電路

4.2.7 擴展顯示電路的設計

回波經過AT89S51對接收到的信息進行處理后，被測的距離在LED上顯示。

顯示電路采用簡單實用的四位一體共陽極LED數碼管顯示所測距離值，顯示電平使用低電平有效。段碼用74LS245驅動，外接升壓電阻。位碼用PNP三極管8550（可用9012替代）驅動。顯示電路如圖4-8所示。

數碼管采用動態掃描顯示，動態掃描顯示的好處是對CPU的I/O口要求較少，但對電路的干擾較大，注意PCB板的布線和對接收放大電源的穩定性要進行補償處理，否則對其影響很大。

74LS245雙向總線接收器簡要說明：74LS245為三態輸出的八組總線收發器，其主要電器特性的典型值如表4-1所示(不同廠家具體值有差別)。

表4-1  74LS245電器特性

 

 

 

 

74LS245 8ns 8ns 275mW

引出端符號：A     A總線端

B     B總線端

      三態允許端(低電平有效)

DIR   方向控制端

極限值：電源電壓 …………………………………………. 7V

輸入電壓 …………………………………………. 7V

輸出高阻態時高電平電壓 ……………………… 5.5V

工作環境溫度：74LS245 ………………………………….……… 0~70℃

存儲溫度 ………………………………………-65~150℃

 

圖4-8  顯示電路

4.3 小結

本章首先介紹了做設計的硬件設計工具Protel DXP，然后對超聲波測距系統的硬件各電路功能模塊包括發射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機控制器及一些輔助電路進行了詳細的敘述，給出了詳細的原理圖。

本系統利用AT89S51產生40kHz的頻率驅動超聲波換能器的發射頭，接收頭收到信號后，經CX20106A芯片進行放大、限幅、濾波、整形、比較后輸出低電平送到單片機的外部中斷0申請中斷，單片機響應中斷請求，取得定時器內的時間進行距離計算，用四位一體的數碼管顯示測出的距離，并可根據設定報警距離進行報警。

 

第五章 超聲波測距系統聯機調試與結論

5.1 系統硬件電路調試與分析

5.1.1 調試儀器和內容

（1）測試試驗方法：可通過顯示電路實驗、超聲波發射接收以及測距試驗進行調試。

測試儀器：示波器，多功能穩壓電源，電壓表，秒表。

（2）調試內容

超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單，安裝時探頭時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

系統調試完后對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優化系統使其達到實際使用的測量要求。

5.1.2 調試過程

系統采用模塊化電路設計, 采用較低的外部晶振和中周電路固化的超聲波探頭，數字和模擬部分電路分開供電，以提高系統抗干擾能力，但由于實際應用中仍存在較多電磁干擾，而回波信號為小信號輸入, 系統調試中通過硬件補償的方式對電路進行了優化和調整，使系統達到了較高的可靠性。

測距系統經過檢波等硬件處理后的波形如圖5-1所示：

在檢測時，發送完檢測脈沖后立刻進行判斷負脈沖的長短，從而確定是否有障礙物存在。無障礙物時負脈沖寬度固定為t1，有障礙物時負脈沖固定為t1+t2，t3為超聲波回波檢測負脈沖。t1、t2的寬度與發送的脈沖周期數有關。周波數越多，t1越寬，檢測距離越遠，反之亦然。T3與T4之間的長度會隨障礙物的距離而先行變化。因此，只要檢測出t1、t2及T3與T4之間的長度即可判斷障礙物距離。

（1）7段數碼管的測試

LED數碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應用時這個腳就分別的接VCC和GND。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數碼管了。

    首先，找個電源（3到5伏）和1個1K（幾百的也歐的也行）的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發光的找到一個就夠了，然后用GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那就是共陽的了。

（2）發射器探頭對接收器探頭的影響

超聲波從發射到接收的時間 間隔是由控制器內部的定時器來完成的。由于發射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經被測物就直接繞射到接收器上，造成發送部分與接受部分的直接串擾問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發射開始到"虛假反射波"結束的時間段里的信號。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm的“盲區”。此“盲區”很小，對本系統沒有影響。

（3）調試注意事項

•超聲波探頭表面嚴禁用手及其它物體觸摸以免產生信號滯后性及損壞。

•在測距中應保證測距儀與被測物體距離為定值，要和被測物體成一條直線，使測得距離讀數的準確性。

5.1.3 測試數據及測試結果分析計算

傳感器工作電壓：超聲波傳感器5V

試驗數據：簡單搭建電路板并調試后，對一500mm寬的距離測試，所測數據如表5-1所示（單位:mm）。

表5-1  500mm寬的距離測試數據

次數 1 2 3 4 5 平均

測值 500.3 499.8 499.9 500.1 500.0 500.03

該測距系統使用方便、精度高，在一些惡劣環境，如極易被腐蝕、電解，失去靈敏性等工礦業現場將大有用武之地。

（1）測試結果與分析

超聲波測距系統調試完成后，對系統進行了測試。在超聲波換能器與較大平面(如墻壁面)法線方向一致時，量程為0.07~5.50m，測距盲區控制在20cm內，分辨率為0.01m，實驗中對測量范圍0.07~2.50m內的平面物體做了多次測試，測距器的最大誤差不超過1cm，重復一致性很好。因為超聲波具有一定發散角，所以當在正前方和斜前方都有物體時，會以距發射器最近的物體作為探測目標。目前此設計可提交于應用于一些動機器人、安全線提示，銀行及取款機的一米線提示等場合。

（2）誤差分析

對系統進行實驗測試，結果發現在5米范圍內，最大誤差在5cm以內，且距離越近，誤差越小，限制該系統最大可測距離的因素包括：超聲波的幅度、反射面的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。

測距誤差主要來源于以下幾個方面：

①氣溫度變化等引起的聲速變化造成的誤差，溫度在-30℃-40℃范圍變化時，傳播速度v的變化范圍為313米/秒-356米/秒，由測距公式可計算出距離值有一定影響，采用聲速預置和傳播介質溫度測量結合的方法對聲速進行修正，可有效地降低溫度變化產生的誤差。

②發射與脈沖計數由于響應快慢差異開啟不同步引起的誤差，對此在調試中通過脈沖計數值補償進行修正。

③超聲波在傳播過程由于受衍射、散射和吸收等影響衰減導致的誤差，近距離誤差不明顯，距離越遠產生的誤差越大，可適當增大超聲波的發射功率等來改善。

④發射和接受前置電路延遲的時間誤差等，發射前置電路和接收前置電路中采用集成芯片都有時間延遲。對此采取時間增益控制，來減少誤差，由于本裝置對于厘米級的精度已經足夠，電路延遲都是納秒數量級，記數頻率是40kHz，所以減少一個記數單位完全可以矯正。針對誤差原因在程序設計及系統調試中做了相應處理后，收到一定的效果，精度得到一定的提高。

⑤超聲波波束對探測目標的入射角的影響。

⑥超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系。

⑦超聲波傳播速度對測距是有影響的。穩定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，傳播媒質的特性，如溫度、壓力、密度對聲速都將產生影響。因此，為了準確地計算距離，應對聲速加以修正，系統程序中采用了軟件補償措施。

（3）誤差改進

由于考慮到體積、成本等因素，本裝置在性能上、功能上還存在不足，有待于進一步提高：

•增加幾路不同方向的超聲波探測或紅外探測器以及溫度補償電路等，可以提高裝置的靈敏度和精度,同時提高可靠性。

•可在裝置中增加一個語音芯片，將蜂鳴報警改為語音說明指示，根據探測結果直接報出距離、方位，更便于使用。

•由于受發射功率及回波檢測靈敏度的限制，探測范圍較小，可增加發射功率調節等電路，以便增大探測范圍，可用于夜間探路、井下探索等。

（4）溫度的補償

由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。

所以，在超聲波的兩個探頭旁邊可放置溫度傳感器，測出環境溫度T，由單片機控制器進行軟件修正。

5.2 系統源程序的調試過程

5.2.1 軟件仿真驗證

本設計采用51匯編語言編寫，用Keil C51編譯和調試。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，且空中傳播過程略去仿真。聯調仿真后，可見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，“死區”時間為115ms，測量誤差為±1cm。

結  論

本文所設計的倒車雷達系統是保障汽車倒車安全的輔助系統，通過超聲波探頭發出超聲波，使用高速單片機計算距離，還可加入了溫度補償電路，提高了距離計算的精度。系統安裝的LED可以直觀的顯示溫度和距離，給駕駛員提供了方便。倒車時當汽車與障礙物的距離小于所設定的安全距離時，系統發出報警，提醒駕駛員，防止汽車的碰撞或擦傷，具有很強的實用性。

整個報警器系統由汽車倒車擋控制，當汽車置于倒車擋時，報警器工作；置于其它擋時，報警器不工作。在環境溫度為-20～50℃的范圍內，測量誤差為幾個厘米，這個誤差能滿足正常倒車的需要。因為本設計所采用的超聲波傳感器的輻射范圍是   60°，所以在安裝時，需在車尾裝3～4個超聲波傳感器，這樣才能覆蓋整個范圍。

利用51系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數直觀。經實際測試證明, 該類測距儀工作穩定, 能滿足一般近距離測距的要求, 且成本較低、有良好的性價比。

本超聲波測距系統可應用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業現場的位置監 控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合，覺得這次的設計實用性極強。

通過一學期的努力，完成了超聲波測距系統的設計。設計滿足了任務書中的基本要求和擴展要求，軟、硬件設計已達到預期效果。主要完成的工作有：

①學會了使用Protel軟件繪制原理圖和PCB板圖。

②完成了超聲波測距系統的各個功能模塊的硬件設計與調試。

③已經通過系統的軟硬件聯合調試，距離通過LED顯示出來。

由于時間和能力有限，本次設計還有一些不足之處，主要有以下幾方面：

①由于經驗不足，在設計超聲波測距系統的時候，設計原理圖與PCB板圖的時候出現了一些問題。

②在調試時，顯示的延遲性較大，超聲波探頭太敏感。

本文創新點：

①測試結果分析可知，本裝置采用較低成本的器件設計制作，且誤差較小，完全滿足汽車倒車的指引作用，具有較高的性價比。

②裝置結構簡單、體積小、性能穩定，操作容易、使用方便，可以安裝在不同的載體上，制作成不同的用具，如導盲眼鏡、位移儀、深度儀等，具有一定推廣應用價值。

致  謝

感謝西南科技大學。在這里，我開闊了見識，增長了知識，鍛煉了能力。大學四年的親身體驗讓我更增加了對學校的熱愛。

感謝我的指導老師曾毅對我的辛勤培育。從論文的立題到實驗的設計以及論文的撰寫整個過程無不浸透著老師的心血。他廣博的學識，嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，靈活的思維方式，耐心細致的言傳身教深深感染激勵著我，將使我終身受益。導師不但在學習上給予我耐心細致的指導，在生活中也給了我莫大的關懷，在這里向曾老師表示衷心的感謝。

    感謝大學四年所有指導過的老師。在學習的過程中給了我很多的指導，讓我在理論知識和動手能力上都有很大的提高。

在完成畢業設計和畢業論文的過程中，我們寢室的同學給了我很大的幫助，在此向他們表示深深的感謝。

感謝父母二十多年來的養育之恩，讓我順利的完成了四年的大學學業，并讓我獲取了一定的知識并最終走向社會，為社會貢獻自己!

最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝

參考文獻

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

附  錄

附錄1：系統總原理圖

 

附錄2：AT89S51引腳功能

Vcc：電源電壓；GND：地

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。

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③-2所示。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。

表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）

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。