汽車倒車測距儀的設計【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　汽車倒車測距儀的設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 通信工程

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p

3、><p>　　隨著經濟條件的不斷提升，人們的生活水平也不斷提高。基本上每家都會有一輛自己的小汽車，然而不是每家人都有很好的駕車技術。這樣交通事故發(fā)生的頻率也在增加。為了避免追尾事故，減少事故傷害，汽車自身必須有安裝配置方面的設備。隨之，汽車后視系統(tǒng)也應運而生了。</p><p>　　該系統(tǒng)是以AT89S52單片機為控制核心，使用時間差檢測進行測距，從而實現(xiàn)汽車安全倒車目的。此外還包括超聲波發(fā)射

4、電路，超聲波接收電路，數(shù)據顯示系統(tǒng)，蜂鳴器報警系統(tǒng)等硬件部分。軟件部分則有主程序，顯示子程序，蜂鳴器程序等模塊。本文還對系統(tǒng)進行性能分析，說明產生誤差的原因和解決方法。</p><p>　　經過測試，該設計能通過各個模塊的運行操作，基本能夠達到了預期的設計要求，可以達到汽車倒車測距的要求。</p><p>　　關鍵詞：單片機；超聲波測距；倒車雷達</p><p>&

5、lt;b>　　Abstract</b></p><p>　　As economic conditions continue to improve, people’s standard of living is also rising. Basically, each will have an own car, but not every family has a good driving tec

6、hniques. This also increases the frequency of traffic accidents. In order to avoid rear-end accidents, reduce accidents, car must have been installed its own configuration of the equipment. Following this, car rearview s

7、ystem also came into being.</p><p>　　In order to achieve the purpose of car parking, the system is based on AT89S52 microcontroller as the control center for distance measurement using the time difference de

8、tection. It also includes ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the data display circuit, buzzer alarm circuit and other hardware parts. The software is made up by the main program, display routine

9、s module and procedures buzzer module. The thesis also analyzes the performance of the system and the errors o</p><p>　　After testing, the design runs through the operation of each module. The design achieve

10、s the desired requirements, rings up to the car parking requirements.</p><p>　　Key Words: Single Chip Microcomputer; Ultrasonic Ranging; Car Reversing Radar</p><p><b>　　目 錄</b></p

11、><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 課題的研究現(xiàn)狀及意義1</p><p>　　1.2 研究內容及論文構成2</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設計3</p><p>　　2.1 課題的設計目標3</p><p>　　2.2 方案設

12、計與論證3</p><p>　　2.2.1 方案總體構架3</p><p>　　2.2.2 器件選型4</p><p><b>　　3 硬件設計6</b></p><p>　　3.1 單片機控制電路設計6</p><p>　　3.2 超聲波發(fā)射及接收電路設計8</p>

13、<p>　　3.2.1 超聲波發(fā)射電路的設計9</p><p>　　3.2.2 超聲波接收電路的設計10</p><p>　　3.3 電源模塊電路設計11</p><p>　　3.4 LED顯示及報警電路設計11</p><p>　　3.4.1 顯示模塊電路設計11</p><p>　　3.4.2

14、報警電路設計12</p><p>　　3.5 總體硬件電路圖13</p><p><b>　　3.6 小結14</b></p><p><b>　　4　軟件設計15</b></p><p>　　4.1 主程序的設計15</p><p>　　4.2 中斷程序處理設計

15、16</p><p>　　4.3 測距模塊設計17</p><p>　　4.4 顯示及報警模塊設計19</p><p><b>　　4.5 小結20</b></p><p>　　5　調試以及結果分析21</p><p><b>　　6　結論23</b></p&

16、gt;<p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖26</p><p>　　附錄2 實驗原理圖27</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設計作品說明書28</p><p><b>

17、;　　引言</b></p><p>　　1.1 課題的研究現(xiàn)狀及意義</p><p>　　近年來由于電子技術的飛躍發(fā)展，使得相關技術日新月異。尤其是汽車電子產業(yè)的迅速發(fā)展，使得高度信息化、電子化的車輛研制有了基礎。近幾年我國已經進入私家車時代，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車云頂?shù)陌踩裕管嚴走_預警系統(tǒng)不僅深受駕駛員的青睞，也逐漸成為汽車電子產業(yè)中新的增長點。尤其是近幾

18、年，倒車雷達成了商家的電子新愛，眾多生產防盜器的廠家紛紛涉足倒車雷達，處在我國汽車電子行業(yè)環(huán)境的繁榮背景下倒車雷達已經成為一個較大的行業(yè)。</p><p>　　倒車雷達（Car Reversing AidSystem）全稱“倒車防撞雷達”又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車比車或者倒車時的安全輔助裝置，主要針對汽車倒車時無法目測到車尾的物體和距離車身的距離而設計開發(fā)的。倒車雷達在車掛檔時開始工作，由探頭、主機和顯示器三

19、部分構成，探頭可以根據需要安裝不同的數(shù)量，目前比較常見的是4探頭和6探頭的；除了一般的放置位置之外，顯示器也可以替代原來的后視鏡并兼顧這兩種功能，它可以顯示多種信息。倒車雷達的提示方法也可以分為數(shù)碼顯示、聲音提示和語音提示等，國外汽車倒車雷達預警系統(tǒng)早期大多采用紅外線的發(fā)射與接收原理，不屬于雷達的產品，最大的缺點是紅外線波易受干擾，系統(tǒng)很容易會失效。后來歐美出現(xiàn)一種電磁感應倒車雷達。日本、美國和歐洲等國的大汽車公司先采用先進的奧秘雷達、

20、CCD攝像機、GPS和高檔微機等制成安全預警系統(tǒng)，使用在所開發(fā)的汽車中[1]。</p><p>　　目前的汽車倒車測距儀主要是以數(shù)碼管或者液晶屏的精確顯示和精確的語音播報為主。這個時期主要是采用以單片機為核心的只能測距傳感系統(tǒng)，能夠使汽車駕駛輔助系統(tǒng)更加簡便易用，而且達到了汽車電子系統(tǒng)網絡化的發(fā)展需求。 </p><p>　　隨著電子技術的高速發(fā)展，汽車倒車測距儀的應用也越來越廣泛。各種

21、先進的倒車測距設備應運而生，滿足了人們的生活需求。為了避免追尾事故，減少事故傷害，汽車自身必須有安裝配置方面的設備[2]。 </p><p>　　本課題主要是微機控制的汽車倒車測距儀的設計，能測量并顯示車輛后部障礙物離車輛的距離，同時用間歇的“嘟嘟”聲發(fā)出警報，“嘟嘟”聲間隙隨障礙物距離縮短而縮短，駕駛員不但可以直接觀察到檢測的距離，還可以憑聽覺判斷車后障礙物離車輛距離的遠近。本文主要從總體設計、硬件電路和軟

22、件、調試結果以及結果分析等方面展開敘述。</p><p>　　1.2 研究內容及論文構成</p><p>　　本課題的主要研究內容是汽車倒車雷達預警系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，經過單片機綜合處理后，采用間歇不同的鳴叫聲進行語音報警和顯示距離。它包括了超聲波測距模塊，控制單元89S52、蜂鳴器報警模塊和顯示模塊等。</p><p><b>　　論文構成為如下：<

23、/b></p><p>　　第一章：研究背景、意義以及相關技術在國內外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　第二章：系統(tǒng)總體結構。其中包括控制器的選擇，測距系統(tǒng)的選擇，顯示報警系統(tǒng)的方案，以及之后提出本設計系統(tǒng)的中方案。</p><p>　　第三章：系統(tǒng)硬件設計。分析了超聲波傳感器的工作原理，以及超聲波發(fā)射與接收模塊的設計，最后還介紹了系統(tǒng)顯示報警模塊的電路設計。&

24、lt;/p><p>　　第四章：系統(tǒng)軟件設計。在軟件中采用模塊化設計思想，分為主程序模塊，測距模塊，中斷檢測模塊，蜂鳴器報警模塊和顯示模塊的程序進行了軟件設計。</p><p>　　第五章：硬件組裝及性能分析。先對系統(tǒng)的硬件組裝和連接進行分析，然后對系統(tǒng)性能誤差進行討論。</p><p>　　第六章：總結。對全文進行總結，指出不足之處，并提供解決的方案和對未來前景的展望

25、。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設計</b></p><p>　　2.1 課題的設計目標</p><p>　　本課題的設計任務是微機控制的汽車倒車測距儀的設計，能測量并顯示車輛后部障礙物離車輛的距離，同時用間歇的“嘟嘟”聲發(fā)出警報，“嘟嘟”聲間隙隨障礙物距離縮短而縮短，駕駛員不但可以直接觀察到檢測的距離，還可以憑聽覺判斷車后障礙物

26、離車輛距離的遠近。</p><p>　　其具體設計要求：測量范圍在0.5-5米，測量精度為5cm，測量時與被測物體無直接接觸，且能夠清晰穩(wěn)定的顯示測量結果；根據距離遠近發(fā)出報警聲并顯示距離，障礙物距離小于1m，距離值變化5cm更換顯示，否則不更換；距離在1m以上，新值與原值之差大于10cm更換，否則不更換。</p><p>　　2.2 方案設計與論證</p><p>

27、;　　2.2.1 方案總體構架</p><p>　　經分析和總結，汽車倒車測距系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成，分別為測距系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和顯示報警系統(tǒng)。其總體框圖見圖2-1。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件結構圖</p><p>　　系統(tǒng)硬件結構圖解析：1.單片機：單片機最小系統(tǒng)由AT89S52單片機及外圍電路組成，是整個超聲波測距儀的核心電路。2.發(fā)射電路：超聲波發(fā)

28、射電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號。3.發(fā)射傳感器：系統(tǒng)中，超聲波傳感器的型號是T40-16T（發(fā)射探頭），超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波。4.接收傳感器：超聲波接收電路使用T40-16R（接收探頭）傳感器[3] 。在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時。5.接收電路：接收電路完成了超聲波回波信號的換向識別、轉換、信號的放大和整形以及產生中斷信

29、號等功能。6.數(shù)據顯示：顯示模塊是主要把測量的數(shù)據通過LED顯示屏顯示出來。7.報警電路：當接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　2.2.2 器件選型</p><p>　　(1) 主控芯片選型</p><p>　　本設計中最主要的是距離的測量，其他都是圍繞著距離測量來展開，距離測量最主要的設備當屬傳感器，選擇了

30、好的傳感器再經由合適的核心芯片處理就能達到所需精度。在選擇核心芯片的時候，我們要注意選功能強大、抗干擾能力強、軟硬件資源都比較豐富等特點的主控芯片。也要選外圍接口電路簡單，性價比高的主控芯片[2] [3]。</p><p>　　該系統(tǒng)設計選用的是8051系列的AT89S52單片機為核心，開發(fā)超聲波測距系統(tǒng)。AT89S52是一個8K字節(jié)可編程FPEPROM的高性能微控器。具有內存較大，功能強，抗干擾能力強，軟硬件資

31、源都比較豐富等特點，其外圍接口電路簡單，具有很高的性價比，成本低，而且它經過多年的發(fā)展，技術也相當?shù)某墒?。它對很多嵌入式控制應用提供了一個高度靈活有效的解決方案[4] [5] [6]。</p><p>　　總而言之，該單片機簡單，體積小，安裝簡易，成本低等特點，本設計系統(tǒng)就采用了AT89S52為控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　(2) 傳感器選型</b><

32、/p><p>　　目前汽車倒車測距儀的測距技術主要有激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。</p><p>　　1．激光傳感器：它是一種光子雷達系統(tǒng)，它具有測量時間段、量程大、精度高等優(yōu)點，在很多領域得到廣泛的應用。目前在汽車上應用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達和成象式激光雷達。成象式激光雷達又可分為掃描成象激光雷達和非掃描成象激光雷達[7]。</p><p&g

33、t;　　2.紅外傳感器：這個原理是傳感器的紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光，光敏接收管接收前方物體反射光，接收管接收的光強隨反射物體的距離變化，據此判斷前方是否有障礙物并根據接收信號強弱判斷物體距離。</p><p>　　3.超聲波測距傳感器：超聲波簡單的說就是音頻超過了人類耳朵所能夠聽到的范圍。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，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因而超聲波經常用于多距離的測量。

34、超聲波的工作方式是通過發(fā)射器發(fā)射出來的超聲波被物體反射后傳到接收器接收來判斷是否檢測到物體[8]。</p><p>　　綜上所述，由于測量行駛過程中測距應當有較強的抗干擾和較短的響應時間，我們就能看出要選擇的傳感器是超聲波傳感器作為這個方案的技術擴展。</p><p>　　(3) 顯示系統(tǒng)選型</p><p>　　顯示器是一個輸出設備，在很多電子產品中都有使用到顯示

35、器。它的應用很廣泛，在電子產品中運用到的區(qū)別只是在于結構類型不同。相對來說，LED發(fā)光二極管的設計比較簡單，也容易安裝，成本也比較低，所以通常都用這款。但是這款給出的只是一個簡單的開關量信息，而復雜的比較完整的顯示器應該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD液晶屏，其成本在幾十元到百元不等。</p><p>　　結合課題的要求，成本以及考慮單片機的借口資源，本系統(tǒng)采用的是LED實現(xiàn)顯示功能。</p>&

36、lt;p>　　(4) 報警系統(tǒng)選型</p><p>　　由于在這個設計中報警聲音比較簡單，可以直接用單片機的一個引腳產生一方波控制，所以我們就采用了有源蜂鳴器，根據距離遠近進行報警。</p><p>　　統(tǒng)由超聲波發(fā)射，回波信號接收，計時測量、數(shù)據處理和只能算法、顯示和報警等構成。AT89S52單片機系統(tǒng)是超聲波測距儀的核心部分，控制一個40KHz的脈沖驅動振蕩電路。超聲波發(fā)射電路作

37、用是將振蕩電路振蕩出的脈沖信號，將驅動超聲波發(fā)射傳感器，發(fā)射電路[9]。超聲波接受電路主要是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉變成單片機的中斷信號。顯示報警系統(tǒng)采用簡單實用的3位共陽極七段LED數(shù)碼管。</p><p><b>　　3 硬件設計</b></p><p>　　汽車倒車測距系統(tǒng)主要是實現(xiàn)汽車尾部的障礙物之間的距離的測量。本系統(tǒng)硬件主要有單片

38、機控制系統(tǒng)設計，測距系統(tǒng)和顯示報警系統(tǒng)設計。其中控制系統(tǒng)設計主要對AT89S52單片機系統(tǒng)進行設計；測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構成；顯示報警系統(tǒng)設計主要對數(shù)據通訊、數(shù)據轉換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進行設計。</p><p>　　3.1 單片機控制電路設計</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)由AT89S52單片機及外圍電路組成，是整個超聲波測距儀的核心電路。</p>

39、<p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能的含有8K字節(jié)快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，具有內存較大，功能強，抗干擾能力強、軟硬件資源都比較豐富等特點。它的外圍接口電路簡單，具有很高的性價比，成本低，價格僅為DSP的五分之一，而且它經過多年的發(fā)展，技術也相當?shù)某墒?。使用高密度、非易失存儲技術制造，并且與AT89S52指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。所以它是一種功能強大的微控制器，它對很多嵌入式控制應用提供了一個

40、高度靈活有效的解決方案[10]。</p><p>　　AT89S52的主要性能包括：</p><p>　?。?）與MCS-52微控制器產品系列兼容；</p><p>　?。?）片內有8K直接的可在線重復編程快閃擦寫存儲器；</p><p>　　（3）編程所需的所有時序和電壓，均不需外部電路供給；</p><p>　?。?/p>

41、4）存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次；</p><p>　?。?）存儲數(shù)據保存時間為10年；</p><p>　?。?）寬工作電壓范圍，Vcc可由2.7V到6V；</p><p>　?。?）全靜態(tài)工作，可由0Hz到16MHz；</p><p>　　（8）程序存儲器具有3級鎖存保護；</p><p>　?。?）128X8

42、位內部RAM；</p><p>　?。?0）32條可編程I/O線；</p><p>　　（11）三個16位定時器/計數(shù)器；</p><p>　?。?2）中斷結構具有5個中斷源和2個優(yōu)先級；</p><p>　?。?3）可編程全雙工串行通道；</p><p>　?。?4）空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保護存儲內容。<

43、/p><p>　　AT89S52內部有256個字節(jié)的RAM，地址范圍是00H~FFH，但實際提供給用戶使用的只有128個字節(jié)（00H~7FH），另128個字節(jié)（80H~FFH）是特殊寄存器區(qū)。芯片內部還有三個16位的定時器/計數(shù)器。在本系統(tǒng)中定時器T0用來計時，定時器T1用來做波特率發(fā)生器。時鐘電路采用12M晶振。AT89S52單片機最小系統(tǒng)及其外圍電路設計圖如圖3-1所示[11] [12]。</p>

44、<p>　　單片機最小系統(tǒng)是指能讓單片機工作的最簡單的電路，包括電源電路、振蕩電路、復位電路，如圖3-1。</p><p>　　AT89S52單片機各個引腳分布如圖3-1所示，P2.7為控制超聲波發(fā)射；AC1,AC2通過接OUT1,OUT2控制電源模塊；P3.5接收超聲波回波信號，T0引腳為信號輸出供超聲波傳感器產生40KHz共振頻率的信號，使超聲波產生共振；P18和P19為單片機自身的11.0592M

45、Hz晶振； P2.0-P2.6、 P3.2-P3.4引腳對應液晶顯示屏的DB0-DB7，控制液晶屏的寫入字符；P3.6、P3.7控制按鍵K1、K2；TXD引腳控制寫入下載程序；P3.1引腳輸出報警信號，當距離達到限值就啟動蜂鳴器，開始鳴叫報警，以提示駕駛員注意倒車情況。</p><p>　　圖3-1 AT89S52單片機最小系統(tǒng)及其外圍電路設計</p><p>　　3.2 超聲波發(fā)射及接

46、收電路設計</p><p>　　超聲波也是一種聲波，是一種頻率超過20KHz的機械波。它沿直線傳播，方向性好，傳播距離較遠，在介質中傳播時在不同的分界面上會產生反射波。超聲波測距儀已經應用于某些領域，與傳統(tǒng)的測距儀相比，它具有原理簡單，易于控制，且具有非接觸測量、價格低廉等優(yōu)點。利用超聲波測量是一種有效的非接觸式測距方法。</p><p>　　超聲波測距儀的接收器可能接收到三種干擾信號：&

47、lt;/p><p><b>　　面反射的信號；</b></p><p>　　側面物體漫反射的信號；</p><p>　　直達信號，即從超聲波發(fā)射器自接接收信號。</p><p>　　當三種信號幅值足夠大，放大后淹沒了有用信號時，將會使處理器產生誤解，輸出錯誤結果。因此，設計中需避免此類信號進入超聲波接收器，或者進入接收器后濾

48、掉，或者處理器即使辨識，不予處理。</p><p>　　測距原理是通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與雷達測距原理相似。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)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340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s

49、)，即：s=340t/2。）</p><p>　　由于單片機內部定時器的計時實際上是對機器周期T機的計數(shù)，設計中時鐘頻率f取12MHz，設計計數(shù)值N，則 </p><p>　　T機=12/fosc=1µs，t=NT機=N 10-6（s）</p><p>　　S=170NT機=17010-6(m)</p><p>　　或 S=17N

50、/103=0.017N(cm)</p><p>　　超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器。超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超生振動轉換成電信號。超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器或者超聲波探頭（T40-16），見圖3-2。</p><p>　　圖3-2 超聲波探頭（T40-16）</p>

51、<p>　　3.2.1 超聲波發(fā)射電路的設計</p><p>　　超聲波發(fā)射電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號。電路如圖3-3所示。該測距儀采用NE5532集成放大器實現(xiàn)兩級放大電路與T40-16R組成超聲波接收部分、采用CD4049集成器件組成整波電路與T40-16T組成發(fā)射部分[12] [13]。系統(tǒng)中，超聲波傳感器的型號是T40-16T（發(fā)射探頭）和T40-16R（接收探頭）

52、，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時。</p><p>　　圖3-3 超聲波發(fā)射電路</p><p>　　3.2.2 超聲波接收電路的設計</p><p>　　由于超聲波在空氣中傳播，其能量會隨傳輸距離的增大而減小，從遠距離障礙物反射的回波信號一般比較弱，所

53、以在設計超聲波接收電路時，要有較大的放大倍數(shù)，為減小環(huán)境噪聲對回波信號的影響，也要考慮選用濾波特性叫好的電路，使回波易于檢測。超聲波接收電路圖3-4所示，使用T40-16R（接收探頭）傳感器。</p><p>　　圖3-4 超聲波接收電路</p><p>　　其中的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時，放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強

54、時放大器不會過載；其帶通濾波器中心頻率可由芯片5腳的外接電阻調節(jié)，不需要外拉電感，可避免外磁場對電路的干擾，可靠性較高。</p><p>　　不同方向的超聲波接收器將接收到回波信號轉換成電壓信號，信號經過兩級放大以后，被送人電壓比較器進行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入INT0中斷口，該低電平作為AT89S52外部中斷0的中斷信號使AT89S52產生中斷，在中斷服務程序中停止計數(shù)器T0的計時，并計算出有關數(shù)

55、據。由此可見，接收電路完成了超聲波回波信號的換向識別、轉換、信號的放大和整形以及產生中斷信號等功能。</p><p>　　3.3 電源模塊電路設計</p><p>　　電源電路目的：給控制電路及其它電路提供電源。電源設計是電路設計圖3-5很重要的關節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定工作。本電源設計是采用L7805三端穩(wěn)壓集成電路。</p><p>　　圖3-5

56、電源模塊</p><p>　　三端穩(wěn)壓集成電路lm7805。電子產品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78 ×× 系列和負電壓輸出的lm79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有l(wèi)m9013樣子的TO-92封裝[14]。在實際應用中，應在三端集

57、成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率7805IC內部電路圖.的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。</p><p>　　3.4 LED顯示及報警電路設計</p><p>　　3.4.1 顯示模塊電路設計</p><p>　　顯示模塊是主要把測量的數(shù)據通過LED顯示屏顯示出來。LED數(shù)碼管里有8個發(fā)光二極管，每一個發(fā)光二極管都有一根電極引

58、到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上。</p><p>　　顯示模塊的電路原理圖如圖3-6。</p><p>　　圖3-6 顯示原理圖</p><p>　　由圖3-6可以看出這個顯示模塊選用了3個LED顯示屏。LED顯示屏的型號規(guī)格是HS310561K。</p><p>　　3.4.2 報警電路設計</p>

59、;<p>　　本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警，當距離小于1M時，蜂鳴器就會發(fā)出“滴滴”聲來作為報警聲。蜂鳴器是采用5V有源蜂鳴器[15] [16]。其報警輸出單元的原理圖如圖3-7。</p><p>　　圖3-7 報警聲響輸出原理圖</p><p>　　在圖3-7中，蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴器、阻抗匹配器及共鳴箱、發(fā)光二極管組成。當接通電源后，多諧振蕩器起

60、振，輸出音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。蜂鳴器由單片機RD端控制。</p><p>　　3.5 總體硬件電路圖</p><p>　　在前面幾個章節(jié)的介紹描述，結合單片機各個引腳的功能。得到了總體硬件設計圖見圖3-8。</p><p>　　圖3-8 總體硬件設計圖</p><p><b>　　3.6 小結</b>

61、;</p><p>　　本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件設計思想，然后分析了超聲波傳感器的結構、工作原理和工作方式，最后根據超聲波測距的工作原理和理論分析，對超聲波發(fā)射模塊、超聲波接受模塊、電源模塊、顯示模塊以及報警模塊的硬件電路設計進行了詳細的闡述。并對系統(tǒng)總硬件電路圖進行了描述。</p><p><b>　　4　軟件設計</b></p><p>　

62、　系統(tǒng)硬件電路構建好了之后，我們接下來就要實現(xiàn)軟件的要求。軟件設計采用的是C語言編程，運用模塊化程序設計的思想，主要是設計發(fā)送超聲波，對回波進行檢測，計算測量距離，顯示測量距離，語音播報等。軟件主要包括主程序，中斷處理程序，測距模塊程序，顯示及報警模塊程序四個主要模塊組成。這樣的程序設計使軟件層次結構清晰，有利于軟件的調試修改。</p><p>　　4.1 主程序的設計</p><p>　

63、　主程序對系統(tǒng)環(huán)境初始化后，首先職位回波接受標志和單片機P1.0口輸出一個低電平以啟動超聲波發(fā)射電路，同時啟動定時器T0，然后調用計算距離子程序，根據定時器T0記錄的時間計算出待測距離，接著調用顯示子程序，將測出距離以十進制BCD碼方式送LED顯示，同時也調用蜂鳴器的發(fā)生。最后主程序通過回波接收標志位和在P1.0上發(fā)送低電平，如此往下運行，循環(huán)重復。</p><p>　　本設計中系統(tǒng)的核心技術在于距離的測量，精確

64、的測距后通過單片機來處理數(shù)據時比較容易實現(xiàn)。程序中對測距數(shù)據的處理方法是：距離按S=17N/103=0.017N(cm)進行計算，其中N為計數(shù)器的值，此時聲速取為340m/s。</p><p>　　在開始發(fā)射超聲波的時刻T0開始計時，等待TNT0中斷，在TNT0中斷時停止T0計時，在中斷程序中讀出TH0、TL0時間值。定時器T1工作方式2，自動裝載，用于串口通訊，接收數(shù)據。在系統(tǒng)初始化的過程中，主要是設定定時器0

65、的工作方式，同時還要打開總中斷等。當P1.0發(fā)出一個時長為20us的低電平，便可啟動超聲波發(fā)生器產生40KHz超聲波，同時打開定時器進行計時。當超聲波接收到回波信號，會產生一個低電平給INT0，之后進入中斷處理程序。在主程序中會恢復定時器的初值等，依次進行循環(huán)。</p><p>　　綜上所述，其系統(tǒng)主程序流程圖見圖4-1。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖</p>

66、;<p>　　4.2 中斷程序處理設計</p><p>　　INT0中斷服務程序負責計算車尾距離障礙物的距離。在中斷處理程序中，主要是進行距離的計算。首先是從定時器0里得到超聲波傳播的時間，再運用公式計算出障礙物離車尾的距離，之后將距離值傳遞到其他模塊進行處理。程序流程圖如圖4-2。</p><p>　　圖4-2 中斷處理程序流程圖</p><p>

67、　　在啟動發(fā)射脈沖的同時，AT89S52的內部計數(shù)器T0開始計數(shù)。T0的作用就是測量從超聲波發(fā)射至接收回波的時間。外部中斷的中斷源INT0接收超聲波接收電路的輸出比較器LM393的1端的下降沿中斷，進入外部中斷處理子程序 。</p><p>　　void KeyAndDis_Time0(void) interrupt 1 using 1//定時器0中斷外理</p><p><b&g

68、t;　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　TH0=0xD8;</b></p><p>　　TL0=0xF0;</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>

69、<b>　　time(); }</b></p><p>　　4.3 測距模塊設計</p><p>　　在公式S=17N/103=0.017N(cm)中，我們可以知道，要得到距離的具體值，只需得到從發(fā)送超聲波到接收超聲波這個過程中定時器0的計數(shù)次數(shù)。</p><p>　　void wdzh()//超聲波測量</p><

70、;p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　csbint=1;&

71、lt;/b></p><p><b>　　sx=0;</b></p><p>　　delay(1700);</p><p><b>　　csbfs();</b></p><p><b>　　csbout=1;</b></p><p><b&g

72、t;　　TR1=1;</b></p><p>　　i=yzsj;</p><p>　　while(i--)</p><p><b>　　{}</b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　while(csbint)

73、//判斷接收回路是否收到超聲波的回波</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　if(i>=3300)</p><p><b>　　csbint=0;</b></p><p>

74、<b>　　}</b></p><p><b>　　TR1=0;</b></p><p>　　s=TH1;</p><p>　　s=s*256+TL1;</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　c

75、sbint=1;</b></p><p>　　jsz=s*csbc;//計算測量結果</p><p>　　jsz=jsz/2; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　因此在主程序發(fā)送了信號給超聲波發(fā)生器后，就要打開總中斷和定時器0。當接收到信號時，會產生一個低電平給INT0。在

76、檢測到該信號后，就停止定時器的計時，提取定時器的計數(shù)次數(shù)，就可以得到cm為單位的距離值。</p><p>　　4.4 顯示及報警模塊設計</p><p>　　顯示模塊的功能是用定時器將得到的最短距離在顯示屏上進行顯示。在這個設計中，我們采用的是LED來現(xiàn)實距離，LED采用共陽極連接，同時與P0口連接進行段掃描。這個現(xiàn)實過程是在外部中斷0發(fā)生后進行的。</p><p>

77、;　　void scanLED() //顯示功能模塊</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=buffer[2];</p><p><b>　　LED1=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p&g

78、t;<p><b>　　LED1=1;</b></p><p>　　delay(50);</p><p>　　P2=buffer[1];</p><p><b>　　LED2=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p>

79、<p><b>　　LED2=1;</b></p><p>　　delay(50);</p><p>　　P2=buffer[0];</p><p><b>　　LED3=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p>

80、<p><b>　　LED3=1;</b></p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　根據計算結果的大小，就可以控制蜂鳴器的鳴叫頻率。在距離小于1M時，蜂鳴器發(fā)出“滴滴”聲；當距離小于0.5M時，蜂鳴器發(fā)出緊湊的“滴滴”聲。當距離小于0.5m時，蜂鳴器連

81、續(xù)發(fā)出“滴滴”聲。LED顯示屏上不現(xiàn)實小于0.35M的數(shù)據。這個控制過程可通過單片機產生一個方波來實現(xiàn)。在這個設計中，我們采用單片機P2.0引腳產生一個不同頻率的方波來控制蜂鳴器不同頻率的“滴滴”。</p><p>　　if(jsz<100)//判斷是否達到報警值</p><p><b>　　{</b></p><p><b

82、>　　shx++;</b></p><p>　　if (jsz<50)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(shx<20){sx=1;}else sx=0;if(shx>40)shx=0;</p><p><b>　　}</b><

83、;/p><p>　　else if(jsz<55){if(shx<38){sx=1;}else sx=0;if(shx>76)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<60){if(shx<47){sx=1;}else sx=0;if(shx>94)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<6

84、5){if(shx<58){sx=1;}else sx=0;if(shx>116)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<70){if(shx<72){sx=1;}else sx=0;if(shx>144)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<80){if(shx<112){sx=1;}else sx=0;

85、if(shx>224)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<90){if(shx<175){sx=1;}else sx=0;if(shx>350)shx=0;}</p><p>　　else if(jsz<100){if(shx<272){sx=1;}else sx=0;if(shx>542)shx=0;}</p>

86、<p><b>　　}</b></p><p>　　else {sx=0;}</p><p><b>　　4.5 小結</b></p><p>　　本章首先對系統(tǒng)的主要設計思路進行了描述，介紹了系統(tǒng)的軟件設計總體框圖及其軟件流程圖，以及在主程序中采取的軟件抗干擾措施。然后對系統(tǒng)的主程序，中斷處理程序，測距模

87、塊程序，顯示及報警模塊的實現(xiàn)分別進行了詳細的闡述。</p><p>　　5　調試以及結果分析</p><p>　　本次制作，先通過對汽車倒車系統(tǒng)的一個了解。在了解過程中，首先遇到的難題就是各個功能模塊的原理不清楚，通過網上搜索，找到超聲波測距的原理及各個小模塊的原理及原理圖。在網上還未找到的模塊，通過圖書館的書籍資料查詢和咨詢指導老師等途徑了解。在了解的前提下，再通過查找各個芯片和電路板來

88、焊接。在焊接的過程中，需特別留心元器件擺放的方向，以及把握焊接的時間，如果焊接時間過長，會使溫度過高而燒壞元器件。同時要注意焊錫不能過多或過少，過多會使電路板上相鄰的引腳短接，過少會導致虛焊。為了防止出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象的出現(xiàn)，每個焊點我都謹慎操作。</p><p>　　所有元器件焊接好后，要對成型的電路板進行常規(guī)檢測，包括查看電路板上所焊接的元器件是否擺放正確，防止誤焊誤插，以及對各條線路進行測試，檢測元器件各引腳是否

89、已正確的連接到電路板上，是否虛焊。測試完畢，接下來就是對電路進行系統(tǒng)的調試。硬件處理完成后，我們進行軟件的編寫，把主程序設計，中斷程序設計，測距模塊設計，顯示及蜂鳴器模塊設計的程序一一進行調試。</p><p>　　在調試過程中，通過多次的實驗積累下來的數(shù)據，調節(jié)測試距離的遠近，使LED顯示出相應的數(shù)據。還要通過蜂鳴器的響聲的急促與否來判斷障礙物離超聲波探頭的遠近。在調試過程中我們主要調試障礙物離探頭的距離，通過

90、顯示器顯示出來的數(shù)據結合蜂鳴器的響的頻率和實際距離是否一致。在通過多次的調試測試，發(fā)現(xiàn)基本可以完成課題要求，雖有些許誤差如表5-1所示，但基本不受影響。</p><p>　　表5-1 測試數(shù)據表</p><p>　　根據上表所示的數(shù)據，其有可能的誤差來源分析如下：</p><p>　　1.聲速對測量結果的影響：聲波是機械波，在空氣中傳播時會衰減的，其衰減的程度受距

91、離，空氣的粉塵，空氣中溫度的影響。</p><p>　　2.時間測量的影響：接收脈沖的變化，例如當發(fā)射10個脈沖后，經過被測面反射后，反射回來10個脈沖接收。每個脈沖是25us，當距離不遠時，當?shù)谝粋€脈沖到達時，即可使INTO產生中斷，此時誤差很小。但是距離較遠時，只能接收到最高處的脈沖，這樣就會有幾個脈沖誤差。</p><p>　　3.直達波的影響：在超聲波發(fā)射頭振蕩出超聲波時，超聲波可

92、能直接傳到超聲波接收器，為了避免此類的誤差，在發(fā)射時要延時一段時間，在此段時間內禁止中斷。延時結束后再開INTO中斷。</p><p><b>　　6　結論</b></p><p>　　本設計按照任務書的要求，實現(xiàn)了汽車倒車測距的功能。這個設計是主要基于AT89S52單片機，以超聲波測距為主的報警系統(tǒng)。實現(xiàn)了以單片機為控制核心，工作時通過測距傳感器采集數(shù)據，由控制核心

93、快速計算出汽車尾部與障礙物距離并顯示結果及進行語音報警，從而達到安全泊車的目的。</p><p>　　本設計將原理與實際結合，將模糊的理論引入到超聲波倒車系統(tǒng)的設計應用中，主要進行了以下方面的工作：</p><p>　?。?）在了解測距技術實現(xiàn)原理和超聲波傳感器工作原理的基礎上研究和分析了系統(tǒng)設計方案，并對測距系統(tǒng)的控制參數(shù)和應用場景進行了分析；</p><p>　

94、　（2）完成倒車系統(tǒng)的硬件選型和電路設計；</p><p>　?。?）完成倒車系統(tǒng)的軟件設計和程序調試；</p><p>　?。?）對倒車系統(tǒng)進行測距實驗；</p><p>　?。?）對誤差進行分析，并針對相關誤差給出了軟件修正方法；</p><p>　　本設計還可以在以下幾個方面進行改善，從而使得本設計的測距儀功能更 加完美：</p&

95、gt;<p>　?。?）探頭的使用受環(huán)境影響比較大，在高溫高壓等惡劣的環(huán)境下測量誤大，可以在測量時根據實際情況來更換；</p><p>　?。?）在設計中沒有采用溫度補償，主要是設計對近距離的精確測量沒有高的要求，而是大概起到警報作用，如果加入溫度補償，使整個系統(tǒng)有一個很好的提升；</p><p>　?。?）在本系統(tǒng)設計中沒有語音播報功能，只是采用蜂鳴器來報警，可以通

96、 過語音播報，使駕駛員更加清楚準確的知道離障礙物的具體距離；</p><p>　?。?）還有在汽車尾部加入一個攝像頭，這樣就可以使駕駛員更加清楚的看到汽車后部的情況；</p><p>　　汽車倒車測距儀設計很多學科的內容，各個學科的不斷發(fā)展必將推動本系統(tǒng)功能的日益強大，應用更加廣泛。</p><p><b>　　參考文獻</b><

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105、統(tǒng)實物圖</p><p><b>　　附錄圖2-1</b></p><p><b>　　附錄圖2-2</b></p><p>　　附錄2 實驗原理圖</p><p><b>　　附錄圖3-1</b></p><p>　　附錄3 畢業(yè)設計作品說明書&l

106、t;/p><p><b>　　一、作品名稱</b></p><p><b>　　汽車倒車測距儀</b></p><p><b>　　二、作品功能</b></p><p>　　能測量并顯示車輛后部障礙物離車輛的距離，同時用間歇的“嘟嘟”聲發(fā)出警報，“嘟嘟”聲間隙隨障礙物距離縮短而縮短

107、，駕駛員不但可以直接觀察到檢測的距離，還可以憑聽覺判斷車后障礙物離車輛距離的遠近。</p><p><b>　　三、運行環(huán)境</b></p><p><b>　　1.硬件環(huán)境</b></p><p>　　PC機，還有實驗設備：電子綜合設計開發(fā)板</p><p><b>　　2.軟件環(huán)境&l

108、t;/b></p><p>　　在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝有C軟件在其中運行。</p><p><b>　　四、操作步驟</b></p><p>　　1、各參數(shù)設定順序為：環(huán)境溫度、測量次數(shù)、測量上限、報警值。2、K1為功能鍵，K2為定值調整。3、設定方法：模塊接通工作電源處于工作狀態(tài)后，點動功能鍵K1，顯示值顯示字符，之后

109、轉入顯示當前定值，現(xiàn)次點動K1鍵，閃動顯示的位數(shù)為當前要調整的值，按動K2進行定值設定，設定好一位后，點動K1設定下一位。4、設定定值的流程：環(huán)境溫度、測量次數(shù)、測量上限、報警值。工作狀態(tài)→K1→顯示“t C”環(huán)境溫度→K1→K1→K2設定十位數(shù)→K1→K2設定個位數(shù)→K1→顯示“C S”測量次數(shù) → K1→K1→K2設定十位數(shù)→K1→K2設定個位數(shù)→K1→顯示“HHH”測量上限→ K2設定百位數(shù)→K1→ K2設定十位數(shù)→K1→K2設