1、 本科畢業設計本科畢業設計題目 汽車防撞警報系統的設計 學生姓名 專業名稱 通信工程 指導教師 2015 年 5 月 8 日教學單位 學生學號 編 號 汽車防撞警報系統的設計汽車防撞警報系統的設計摘要：摘要：汽車工業和電子工業并稱為兩大巨頭的工業部門，與汽車和電子產業的發展和進步，現代汽車，越來越多的多用途電子技術，越來越多的汽車電子。運輸業現在向高密度的方向的發展，電子控制技術進一步在交通安全和車輛導航應用。本設計是基于單片機的汽車碰撞預警系統的設計核心，結合我國公路情況，司機的現有習慣和傳感器技術，設計了汽車防撞預警系統，符合中國國情，其目的是：在緊急情況下，提醒駕駛員，使駕駛員有一定的預

2、處理時間，從而避免因為駕駛員疏忽、誤判斷、疲勞等原因所造成的交通事故，以確保駕駛員的安全。它的工作基本思路是：運用超聲波準確的測量出與前方障礙物的距離，趕緊回到車上的微處理系統，通過微處理系統的操作，比較，然后作出判斷，如果達到危險距離，激活的報警。該系統的研究過程中，根據不同的交通狀況，從報警距離報警深入研究模擬；然后，依據所要求的功能，設計了系統的方案，并在此基礎上，選擇應用電路電源設計信息的收集,和其他報警信號輸出設備;與 MCS - 51 匯編語言開發了一個控制系統程序;最后,為了確保傳感器的可靠性和穩定性,使用對應的干擾措施。障礙實現距離測試,顯示和報警,超聲波測距范圍 3 厘米-

3、400 厘米,精度在 3 毫米左右。關鍵詞關鍵詞：汽車防撞； 超聲波； 傳感器； MCS-51 Design of vehicle collision warning systemABSTRACT：Automobile industry and electronic industry and referred to as the industrial sector, the giants in the car and the development and progress of the electronics industry, modern cars, more and more mult

4、i-purpose electronic technology, more and more automotive electronics. Now towards the direction of the high density of transportation development, electronic control technology further application in traffic safety and vehicle navigation. This design is the design of the vehicle collision warning s

5、ystem based on MCU core, combining with the situation of highway in China, the driver of the existing habits and sensor technology, designs the automobile anti-collision warning system, conforms to Chinas national conditions, the aim is to: in case of an emergency, to remind the driver, the driver h

6、as certain pretreatment time, thus avoiding for driver negligence, fault judgment, fatigue and other reasons caused by the traffic accident, to ensure the safety of the driver. Its basic idea is: use of ultrasonic accurately measure the distance with the obstacles ahead, quickly back to the bus micr

7、oprocessor system, through the operation of the microprocessor system, comparison, and then make a judgment, if dangerous distance, activate the alarm. In the process of the research of the system, according to the different traffic conditions, from analog alarm distance alarm in-depth research; The

8、n, on the basis of the required functions, the design scheme of the system, and on this basis, the application circuit of power supply design information collection, and other alarm signal output device; With MCS - 51 assembly language program to develop a control system; Finally, in order to ensure

9、 the reliability and stability of the sensor, using the corresponding measures. Obstacles to implement distance test, display and alarm, ultrasonic ranging from 3 cm to 400 cm, accuracy at about 3 mm. Keywords: automobile； anti-collision ；ultrasonic sensor； MCS-51目目 錄錄一一 設計正文設計正文 .11 1 緒論緒論 .11.1 課題

10、的提出及意義 .11.2 課題研究現狀 .11.3 課題要求及設計方法 .22 2 課題方案的設計與論證課題方案的設計與論證 .32.1 系統設計方案 .32.2 傳感器位置 .42.3 設計方案的論證 .43 3 硬件實現及單元電路設計硬件實現及單元電路設計 .53.1 主控制模塊 .53.2 電源設計 .63.3 超聲波測試模塊 .63.3.1 超聲波的特性.63.3.2 超聲波換能器.73.4 超聲波傳感器原理 .83.5 測距分析 .123.6 時鐘電路的設計 .133.7 復位電路的設計 .143.8 聲音報警電路的設計 .143.9 顯示模塊 .154 4 系統軟件的結構設計系統軟

11、件的結構設計 .164.1 軟件設計思路 .164.2 超聲波汽車防撞電路的算法設計 .165 5 調試調試 .205.1 硬件調試 .205.2 軟件調試 .215.2.1 匯編.215.2.2 調試過程.216 6 結論結論 .23參考文獻參考文獻 .25謝謝 辭辭 .26二二 附錄附錄 .271 設計圖 .272 實物圖 .273 程序代碼 .284.開題報告 .355.結題報告 .366.答辯報告 .370一一 設計正文設計正文1 1 緒論緒論1.11.1 課題課題的提出及意義的提出及意義 在 21 世紀的今天，我國平均每 3 個家庭就有一輛汽車，由于車輛較多，所以每天都上演著各種各樣

12、的交通事故，因此汽車防撞警報是急待解決的問題。歐洲專家做過一項研究：汽車司機只要在碰撞發生前的 0.5 秒內得到警示，就可以避免 60%的交通事故發生。如果有一秒鐘的“預警”時間將會可以避免 90%的交通事故發生1。若在天氣惡劣的條件下，看見的距離比較近，駕駛員在汽車高速行駛中很難發現障礙物。在過去的時候，人們主要的研究是汽車被動安全性。比如：在汽車的前面、后面安裝保險杠或者在汽車里面安裝安全帶和安全氣囊，防止汽車在發生交通事故時對駕駛員造成傷害。所有的這些安全措施都不能從根本上保障汽車碰撞時對司機所造成的傷害。汽車發生碰撞主要的原因是因為汽車距離障礙物太近，或者汽車的行車速度過高，司機沒有反

13、應時間，所以，大力開發汽車防撞警報系統，以減輕駕駛員的負擔2。 從經濟性和安全性兩方面來說，這些被動安全措施是在事故發生時刻對車輛和人員進行保護，有很大的局限性，因而車輛的主動安全研究尤為重要，引出了本文研究的基于單片機的超聲波測距系統。這個系統是一種可向司機預先發出視聽語音信號的探測裝置。它安裝在汽車上，能探測企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物，能向司機及乘員提前發出即將發生撞車危險的信號，促使司機采取應急措施來應付特殊險情，避免損失。1.21.2 課題研究現狀課題研究現狀交通事故沒有預測 ,優化正常的交通秩序,如何合理利用現有的計算機技術和信息技術,來提高交通的安全已經成為了國內和國外研

14、究的熱點。人們普遍認為,智能交通系統的發展在 80 年晚些時候的是解決交通安全問題的有效方法。智能交通系統是信息技術、電子控制系統、通信數據傳輸系統和計算機處理系統更合理利用交通管理系統,統一道路和環境3,人,車,建立綜合運輸、高效、準確的實時管理系統。視覺系統的探測和識別環境影響的智能汽車。與其他傳感器信息相比,測量機器視覺,為了解決這個問題,與當前條件將導致可憐的實時系統。通過計算車輛和障礙之間的距離,和檢測數據是由自適應濾波處理,檢測誤差引起的還原環境。11.31.3 課題課題要求及設計方法要求及設計方法本設計介紹的超聲測距系統是由一個超聲波傳感器, 布置在汽車的前面位置上。能檢測到前方

15、的障礙物, 通過車里的報警單元, 如果汽車與障礙物之間的距離小于安全距離，就會報警提示, 對司機起到提醒作用。本系統采用單片機 STC89C52 兩超聲信號采集周期。本文超聲波測距的基本思路采用的是渡越時間法。在第一次測量超聲波發射車輛障礙然后返回車里的時間，得到超聲波的速度，然后在乘以兩倍之間的汽車和距離的障礙。汽車行駛用的超聲波傳感器,是應用超聲波能在空氣中傳播和反射,通過發射和接收信號,根據接收超聲回波的時間差和傳播速度,計算超聲波傳播距離在除以二就是汽車和障礙兩者的距離4。大測量距離 6 米，最小測量距離 0.2 米，顯示分辨率是 0.1 米，實時數字顯示測得的距離，在不同距離范圍內能

16、發出不同的聲光報警信號。另外，論文的原理圖和程序流程圖自畫。防撞報警有微波、激光和超聲波等多種傳感器。微波系統測距范圍較遠，由于采用相控陣天線成像技術，已達到了實用化的程度，只是目前成本居高不下。國內已有公司設計出激光汽車防撞系統樣品，但由于激光波束較窄、路障報告率偏低而暫時不能推廣。超聲波的發射和接收是自然界中的普遍現象。頻率低于 20KHZ 的聲波人耳可辨，進行著各式各樣、錯綜復雜的自然聲音傳遞，因背景復雜而不利做測試媒體使用。頻率高于20KHZ 的超聲波不僅波長短、方向性好、能夠呈射線定向傳播，而且碰到界面就會有顯著反射。這些特性有利于選用超聲波做媒體，測定物體的位置、距離甚至形狀等。超

17、聲波傳感器的特性:1 在自身特性諧振點 40KHZ 附近可獲得較高的靈敏度；2 諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設計；3 不受無線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設計。另外，超聲系統成本低、性能穩定可靠，應用前景好。因此，本設計將采用超聲波傳感器測距。22 2 課題方案的設計與論證課題方案的設計與論證2.12.1 系統設計方案系統設計方案超聲波測距系統是由發射電路、接收電路、顯示電路、核心功能和一些輔助電路組成的電路功能模塊。使用發信機將發射和接收電路分開，有兩種好處：一個是發射的信號與接收信號不會重疊，;二是將探頭放在合適的位置上，能夠避免其他物體對超聲波反射面的干

18、擾，這樣就提高系統的應用性。圖圖 1 1 超聲波模擬樣圖超聲波模擬樣圖 圖圖 2 2 超聲波汽車防撞原理框圖超聲波汽車防撞原理框圖超聲波傳感器是利用壓電效應,是運用壓電陶瓷材料。因為超聲波在傳播中會有一定的衰減,而衰減越高頻率越高,由于高頻率分辨率高,所以我們應該選擇利用短距離測量，高頻和低頻測量傳感器,因為超聲波傳感器的能用來分析超聲換能器附近的諧振頻率傳感超聲波發射器放大電路超聲波接收器放大電路檢波電路定時器單片機 控制顯示器報警系統3使用 Qm;量化寬松。僅僅是一系列分支電路 Q 值5。在空載換能器(Z1 = 0)和負載(Z1 = R1)當 Q = Qm0 Qm, 00100101RWC

19、RWLQm)(110011001RRWCRRWLQm 0000RWCQe)(1000RRWCQe超聲波換能器的工作效率為：011RRR2.22.2 傳感器位置傳感器位置測距系統的發射和接收超聲波反射式分離結構,以便發送和接收頭的頭應該在同一行。距離和角度誤差衰減的問題引起的發射和超聲信號在通信過程中,發射探頭和接收探頭不能相隔太遠,為了避免發射和接收信號干擾，所以也不能離得太近。從以前的經驗和調試的實際情況后,發射探頭和接收應該放在離中心軸 4 到 8 厘米。發射機超聲波測距模塊在一波,并啟動計時器開始接收到的回波時,導致負跳單片機中斷,單片機定時器中斷程序反應,立即停止計數。時差可以通過空氣

20、中超聲波傳播時間的計算,將計算距離。2.32.3 設計方案的論證設計方案的論證超聲波探測技術主要用于中程測距、結構探傷、智能控制等領域，超聲波換能器是其核心部件，換能器按其工作介質可分為氣相、液相和固相換能器；按其發射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率又可分為 38KHz、40KHz 等不同等級。本設計選用氣相、窄波束、40KHz 的超聲波換能器。 超聲波測距經常用到兩種方法強度法和反射時間法6，本設計采用的是反射時間法，就不過多介紹強度發。反射時間法的基本思路是應用超聲波從發射到被障礙物反射回來的時間算的，在距離較短的情況下,可以認為空氣中的聲速是常數,我們使用公式來衡量回波時

21、間 T = V *(T / 2)這種方法不會受到別的聲波的干擾7，直接耦合信號 ,所以該方法非常合適測量短距離,本設計中使用這種方法。43 3 硬件實現及單元電路設計硬件實現及單元電路設計3.13.1 主控制模塊主控制模塊主控制最小系統電路如圖 3 所示。 P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.3

22、24P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37P23TrigEcho 圖圖 3 3 最小系統最小系統E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HR1100R2100R3100R81

23、00R9100R10100R11100R12100ABCDEFGDPP10P11P12P13P14P15P16P17Q18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR61KP34P35P36P37546231SW1sw-二二12P2GNDR151K12D1DVCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119G

24、ND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4GNDS3GNDS2GNDP20P21P22P23B1蜂鳴器Q58550VCCGND+R132KP231234P1VCCGNDTrigEc

25、hoTrigEcho圖圖 4 4 總設計電路圖總設計電路圖硬件電路總設計見圖 4，從以上的分析可知在本設計中要用到以下器件： 5STC89C52、超聲波傳感器、按鍵、四位數碼管、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。其中 D1 為電源工作指示燈。電路中用到 3 個按鍵，一個是設定鍵, 一個加鍵，一個減鍵。3.23.2 電源設計電源設計電源部分的設計采用 3 節 5 號干電池 4.5V 供電。3.33.3 超聲波測試模塊超聲波測試模塊超聲波模塊使用 HC SR04 超聲波模塊,模塊的非接觸式距離可以提供 2 厘米- 400 cm傳感功能,精度可達 3 毫米不等。該模塊是由一個超聲波發射器、接收器和控制

26、電路三部分組成的8。基本思路就是:運用 IO 的觸發的范圍,模塊自動發送 40 khz 的方波信號自動檢測是否返回,返回信號,輸出一個高水平的 IO 端口呼應,高水平的時間返回的超聲波發射。測試距離(=高水平時間*聲音(340 m / S)/ 2。實物如圖 5 所示。VCC 5 v 電源、接地線、瀟灑的觸發控制信號輸入,回聲回聲信號輸出線。使用超聲波探測模塊 HC-SR04 的方法如下：IO 觸發，高水平，以 TRIG 至少 10us 的開始測量;該模塊會自動發出 40KHz 的波，自動檢測被反射回來的信號;信號返回，高水平是通過 IO 回聲端口輸出，高電壓的持續時間是從超聲波返回到發射時間，

27、測試距離=（高電平*340）/ 2，單位是微米。主要包括兩個功能測試功能程序9。 在實現定時器 0 定時測量，8 頻率，TCNTT0 價值 0XCE，當定時器 0 溢出中斷發生2500 次為 125ms，公式為（單位：毫秒）： T =（定時器 0 溢出*（0XFF - 0XCE）/1000） 定時器 0 的初始值，計算頻率差的基礎上。3.3.13.3.1 超聲波的特性超聲波的特性聲音是一種自然現象與人類生活密切相關。當高頻的頻率的聲音超過人的聽覺的限圖圖 5 5 超聲波模塊實物圖超聲波模塊實物圖6制（基于大量的實驗數據，20000 赫茲的整數10），人們不會感覺到周圍聲音的存在，所謂的高頻率的

28、聲音作為“超級“的聲音。人的聽覺范圍如圖 6 所示。圖圖 6 6 人的聽覺范圍人的聽覺范圍 超聲波的波長短,超聲波和光線可以是相同的,能夠反映,折射,可以關注,遵守所有的幾何光學定律。從材料表面反射超聲波射線,等于反射角,當射線通過物質到另一個密度不同的物質會產生折射現象,也是改變傳播方向,兩種物質之間的密度差更大,折射率越大。聲波傳播的媒體,隨著傳播距離的增加,強度將逐漸削弱,這是由于介質吸收它的一些權力。同樣的媒介,聲波頻率較高,具有較強的吸收介質11。一定頻率的聲波傳播的氣體吸收,特別是日歷傷害,在液體中傳播的吸收相對較弱,在固體吸收傳播是最小的。3.3.23.3.2 超聲波換能器超聲波

29、換能器完成超聲波發射和接受這個設備是超聲波傳感器,稱為超聲換能器或者超聲波探頭。因為超聲波探頭即能發射超聲波，也可以接收超聲波，所以此設計就是運用了超聲波換能器。超聲波探頭有許多不同種的結構,它們分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭。 塑料外套金屬在壓電晶體是超聲波探頭的核心。核心芯片是由許多材料構成的。由于各種晶片種類不同，所以它的大小也不同,比如有些晶片的直徑和厚度是不同的,因此不同探頭的性能也會不同的,所以我們必須了解探測器的性能參數，。超聲波傳感器的主要性能指標包括:(1) 工作的頻率。 工作的頻率指的就是壓電晶片的共振頻率。當諧振頻率等于頻率和芯片添加到交流7電壓的時候

30、,最大輸出能量的靈敏度最高。(2)工作的溫度。由于壓電材料的成本通常是很高,特別是在使用診斷超聲探頭的力量小,因此,溫度相對較低,不能長時間工作的失敗。因為醫學的超聲波探頭溫度很高，所以需要一個單獨的冷卻裝置。(3)靈敏度。主要取決于設計芯片本的機電耦合系數、靈敏度比較高。人能聽到的聲音頻率范圍:20 hz 20 khz,這超出了可聽見的聲音,聲音的頻率范圍,即低于 20 赫茲頻率聲音稱為低頻聲波,聲頻率高于 20 khz 稱為超聲波。它是一種常用的探測材料的壓電晶體、壓電陶瓷執行工作利用壓電效應12。高頻電振動的逆壓電效應為高頻機械振動,產生超聲波,可作為發射探針;積極的壓電效應和超聲振動波

31、的使用,將轉換為電信號,可以用作接收探頭。為了研究和利用超聲波,是設計和制造各種各樣的超聲波發生器。總體來說,超聲波發生器可以分為兩種類型:一種是電氣超聲波,類似是機械波。另一種是壓電超聲波。它們兩個的頻率、功率和它們所產生的聲學特性是不同的,因此,從根本上講目的是不同。 圖圖 7 7 超聲波傳感器結構超聲波傳感器結構 壓電晶體諧振器是在壓電是超聲波發生器基礎上工作的。圖7是超聲波發生器內部的結構圖,超聲波發生器有一個共振板與兩個壓電晶體。當它的壓電振動固有頻率芯片等于脈沖信號頻率時,壓電共振發生,促進生成板振動共振超聲的發展13。反之,如果電極電壓兩個都不共振,當超聲共振被共振板收到時,壓電

32、晶片的振動將被抑制,然后會把機械能轉化為電信號。83.43.4 超聲波傳感器原理超聲波傳感器原理市場比超聲波傳感器常見是開放的,內部結構如圖 8 所示,復合振動器靈活固定在底座上。振動器是一個復合雙壓電晶片零件振動器組成的諧振器和一個金屬板和一個壓電陶瓷片。角形諧振器,有效輻射產生的超聲波振動的目的,并能有效地使超聲波振動器聚集在一個中心位置。應用于壓電陶瓷電壓時,會改變電壓和頻率的機械變形。另一方面,當壓電陶瓷的振動時,它將生成一個。根據這一原理,當振動器由兩個壓電陶瓷或壓電陶瓷和金屬板的一種形式,稱為雙壓電晶片零件元素,應用一個信號,它會發出超聲波由于彎曲振動。相反,當檢測超聲振動時,它會

33、產生一個電信號。在此基礎上,它可以用作壓電陶瓷超聲傳感器。圖圖 8 8 超聲波內部結構超聲波內部結構超聲波的基本特性如下所述：1.波長波傳播的速度被用于表示頻率乘以波長,大約 344 米/秒（20） 。在這種比較低的傳播速度，短波長，這意味著我們可以得到高分辨率的距離和方向。這是因為高的分辨率的特點，它使我們有可能獲得在測量具有高精確度。2.反射檢測物體存在，超聲波可以反映在對象上。由于金屬，木材，水泥，玻璃，橡膠，紙罐超聲波接近 100的反射，這樣我們就可以很容易地找到這些對象。布，棉，羊毛可吸收超聲波，因此難以通過超聲波來檢測它們。同時，由于不規則反射，通常可能很難探測物體和斜坡面的不平坦

34、表面，這些因素決定了理想的測試環境是超聲波在空地，并且測試對象必須被反射波。93.溫度效應聲音的速度隨環境溫度而變化。因此，要準確地測量和對象的距離，經常檢查環境溫度是非常必要的，尤其是在冬季室內外溫差大，對超聲波測距誤差的精度影響很大，可用 18B20 溫度補償，以降低溫度變化，考慮到在測試環境被設計在室內，并主要用于超聲波測距功能，測量精度不高，因此對溫度的系統的影響的問題這里不做深入研究。4.衰減傳播超聲波在空氣與距離的變化成比例地降低了強度，這是因為所引起的表面上的球面擴散損失的衍射現象，而且還因為吸收損耗的吸收能量。如圖 9 所示，超聲波頻率為高時，衰減率較高，因為超聲波的傳播距離比

35、較短，所以超聲波的衰減會從根本上影響超聲波的有效距離。圖圖 9 9 聲壓在不同距離下的衰減特性聲壓在不同距離下的衰減特性5聲壓特性聲壓級 (S.P.L.) 是表示音量的單位，利用下列公式予以表示。S.P.L.= 20logP/Pre (dB)式中14,“P”為有效聲壓 (bar)， “Pre”為參考聲壓 (210-4bar)如圖10所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。10圖圖1010 超聲波傳感器的聲壓圖超聲波傳感器的聲壓圖6靈敏度特性是聲接收靈敏度級單位,使用以下公式表示。的敏感性 E / P = 20 日志(dB)類型,“E”電壓生成(Vrms),“P”作為輸入聲壓(bar)。超聲波傳感器

36、的靈敏度直接影響系統的范圍,如超聲波傳感器是常見的在幾個敏感圖，如圖 11 所示,可以發現最大聲壓級傳感器 40 khz,也就是說相應的 40 khz 靈敏度最高。圖圖1111 超聲波傳感器靈敏度示意圖超聲波傳感器靈敏度示意圖7輻射特性超聲波傳感器是安排在桌子上。然后,測量角度和聲壓的關系(靈敏度)。為了準確地表達了輻射,與前面相比,聲壓級(靈敏度)6 分貝衰減角稱為衰變一半角,由 9 1/2 表示。規模較小的外表面的超聲設備很容易獲得準確的輻射角15。如圖 12 所示為幾種常見的超聲傳感器的輻射特性示意圖。11圖圖 1212 超聲波傳感器輻射特性示意圖超聲波傳感器輻射特性示意圖分析上述結果不

37、難看出,超聲波傳感器的最大工作壓力水平和最高的靈敏度范圍 40 khz。3.53.5 測距分析測距分析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 340m/s，根據計時器記錄的時間 t，就可以計算出發射點距障礙物的距離 (s)，即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳

38、播速度為 340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物面的距離 s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V 與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法對測量結果加以數值校正。聲速確定后，我們只要測得超聲波從汽車中發射出去到被障礙物反射到達汽車中的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖 13 所示：12 t超聲波發射 障礙物 S S H H 超聲波接收圖圖 1313 超聲波的測距原理超聲波的測距原理cosSH （3-1）)(HLarctg

39、（3-2）式中:L-兩個探頭之間一半的距離.又了解超聲波的傳播距離為:vtS 2 ( 3-3)式中:v超聲波在空氣中的傳播速度; t超聲波從汽車發射出波到汽車又接收到波所需要的時間.將（32） 、 （33）代入（3-1）中得：cos21HLarctgvtH ( 3-4)式中超聲波在空氣中的傳播速度 v 在溫度不變的情況下就是一個常數(比如在常溫 T=30度時,V=349m/s);當需要測量的距離 H 大于 L 時,則(34)變為: vtH21 ( 3-5) 所以,只需要測量出超聲波往返的時間 t,就可以得出汽車到障礙物的距離 H.3.63.6 時鐘電路的設計時鐘電路的設計分別在 XTAL1 和

40、 XTAL2 反向放大器的輸入和輸出。振蕩器的配置是在反向放大器的基礎上實施的。陶瓷諧振器可以使用。如果一個外部時鐘源驅動,XTAL2 不應該滿足。因為機器周期期間,由 6 個周,每個周的 2 個振蕩周期,由此一個機器的振蕩周期是 1213個振蕩周期,假如石英晶體外部的振蕩期的頻率是 12 兆赫茲,一個振蕩周期 1/12us,由此得出機器的振蕩周期是 1。如圖 14 所示為時鐘電路。CCX12MHZXTAL1XTAL2圖圖 1414 時鐘電路圖時鐘電路圖3.73.7 復位電路的設計復位電路的設計自動上電復位與外部手動復位是通常的重置方法,時鐘電路的單片機在以后的工作中,在高端重置繼續給 2 個

41、機器周期通常可以完成復位操作。例如,使用晶體振蕩器頻率 12 mhz,然后復位信號持續時間不應少于 2 人。這個設計用于自動復位電路。復位電路如圖 15 所示：圖圖 1515 復位電路圖復位電路圖3.83.8 聲音報警電路的設計聲音報警電路的設計14B1蜂鳴器Q 58550V CCG N D+R132KP23圖圖 1616 聲音報警電路圖聲音報警電路圖如下圖所示，用一個 Speaker 和三極管、電阻接到單片機的 P13 引腳上，構成聲音報警電路，如圖 16 示為聲音報警電路。3.93.9 顯示模塊顯示模塊 顯示接口電路是在顯示模塊基礎上的，如圖 17 所示E1D2DP3C4G54H62H9F

42、10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HQ18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR61KP34P35P36P37圖圖 1717 數碼管電路數碼管電路154 4 系統軟件的結構設計系統軟件的結構設計軟件設計的主要思路是由預設、發射、接收、顯示、聲音報警等五個模塊為前提下組成的五個獨立模塊。在主程序中有一個鍵控循環模式,在我們按下控制的按鈕時，在一定的時間內,這五個獨立模塊中的每個模塊會反過來實現調用預置子程序、子程序、子例程接收子程序,這五個獨立模塊可以根據結果分析測量結果。當測量距離小于我們設定的安全距離時，會又

43、蜂鳴器來發出聲音來報警。4.14.1 軟件設計思路軟件設計思路我們把系統的主程序作為第一個系統初始化,我們把定時器設置為 16 位的定時計數器為 T0 模式。一般我們把中斷程序 EA 作為顯示端口 P0 和 P20。然后我們以發送一個超聲波作為基礎調用系統的子程序,我們為了避免超聲波發射器與接收的波直接傳輸而造成干擾,造成延遲約 0.1 毫秒的干擾，在外部中斷的時候我們接收返回的超聲波信號。超聲波防撞系統的電路設計是以超聲波接收的中斷程序和顯示子程序為基礎的。我們了解 C語言程序可以實現許多困難的算法,我們知道匯編語言的運行效率比較高可以較精確地計算時間,和超聲波測距的程序的更加復雜的算法,我

44、們要求匯編語言對計算程序的運行時間比較精確。所以，我們的控制程序必須用 C 語言和匯編語言。4.24.2 超聲波汽車防撞電路的算法設計超聲波汽車防撞電路的算法設計 超聲波測距的基本思路就是記住汽車發出超聲波的某一時刻,當汽車發出的超聲波遇到前方的障礙物，在被前方障礙物反射回來的波,然后汽車接收到前方障礙物反射回來的波。所以我們就可以計算出超聲波信號從發射到被反射回來的時間,然后我們就可以計算出汽車與前方障礙物的距離。距離的計算公式:d=s/2=(ct)/2這里的 D 是汽車與障礙物的距離,t 是超聲波從開始發射到與到障礙物然后在被障16礙物反射回來到汽車中的時間。當開始在發射超聲波的時候我們就

45、就啟動 T0 定時器芯片,然后我們就用定時器的功能來記錄超聲波從開始發射到被反射回來的時間。當我們收到被障礙物反射回來的超聲波,接收電路就是產生一個負面的跳,就會產生一個中斷信號的請求 INT0 或 INT1 終端, 單片機外部中斷請求,外部中斷服務子程序的實現,根據時間的差異,去計算汽車到障礙物的距離。4.34.3 主程序流程圖主程序流程圖 我們把軟件分為兩部分，分別是主程序和中斷服務程序。如圖 17、18、19 所示。我們再在完成控制程序初始化的情況下，我們每個超聲波的發射和和接收的序列。我們在玩成超聲波交替傳輸時中斷服務子子程序的三個方向,主要就是外部的讀取中斷服務子程序、計算距離、結果

46、輸出的時間等。程序流程圖圖 17 YYN N主程序入口系統初始化T1 定時時間到？I/O 口 T0,T1 初始化P2.0=0 開始發射，啟動T0,T1，開外中斷 0，T0,T1 溢出允許T0 定時時間到？有中斷信號？調用中斷子程序調用顯示子程序等待調用 T0 定時溢出中斷子程序NYN 17圖圖 1717 程序流程圖程序流程圖圖圖 1818 顯示報警子程序流程圖顯示報警子程序流程圖外中斷服務子程序關中斷，停止發射讀 T0 值計算距離重裝 T0返回YNNNYY顯示服務子程序讀取距離小于 1 米?1 X2大于 2 米?顯示危險距離，并用紅色 LED 燈指示 蜂鳴器報警保持距離，黃色LED 燈指示返回

47、返回播放距離并顯示顯示安全距離并用綠色 LED 燈指示返回返回18 圖圖 1919 中斷服務子程序流程圖中斷服務子程序流程圖超聲波測距有七個工作步驟，具不步驟如下：（1） 在單片機控制 NE555 的基礎上來產生 40 千赫茲脈沖信號；（2） 超聲波發射換能器在脈沖信號通過的前提下發出超聲波；（3） 計時是在單片機發送脈沖時刻開始的；（4） 超聲波換能器接收到超聲波遇到障礙物被反射回來的波；（5） 在 T0 口的基礎上開始讀取數值；（6） 開始計算數據；（7） 最后報警顯示。由于我們使用的晶體振蕩器是 12MHZ，所以其中一個計數器的號碼是 1,當主程序檢測到汽車接收到被障礙物反射回來的波的時

48、候16,計數器 T0 數量(即超聲波的時候來回)由式(2)可以計算出測量對象和測量儀器的距離之間的距離,音速設計需要在 20 C 為 344米/秒:D =(c * t)/ 2 = 172 t0/10000cm 其中,T0 的計算計數器 T0 的價值。 距離測量結果將在十進制 BCD 碼方法液晶約 0.5 秒,然后我們就重復測量超聲波脈沖的過程。我們為了方便程序結構簡單、容易計算距離,我們用語言來寫。超聲波發生子例程的影響通過脈沖信號傳輸控制芯片 555 超聲波發射器 P1.0 口(約 40 khz 的頻率方波)不一定是責任比例是 50%,脈沖寬度是 12,時間計數器 T0 開放。因為超聲波的子

49、程序比較簡單,但是我們對它的運行精度要求交比較高所以我們用匯編語言來編程。 (1)在系統外部中斷的時候用 INT0 檢測呼應,致使它的工作在下降到沿觸發模式(IT0 = 1)。當汽車檢測到超聲波反射回來的波的信號，由此系統開始觸發并進入中斷，此時我們應該停止發射超聲波,停止計時器 T0,讀 T1 中斷服務程序價值,計算出測量結果。 (2)使用 T0 定時器,同時定時器 T1 超聲波發射。假設我們在一段時間內還是沒有收19到被障礙物發射回來的波的信號,然后我們就輸入 T1 致使程序中斷服務,我們開始進行新一輪的測試了。與 T0,最長時間是 65 ms,0.065 * 324/2 = 10.5 米

50、的最大距離可以在理想的情況下。實際情況不需要測量距離或系統很難檢測到目前為止被認為是迄今為止。但為了方便計算,初始值為 0。 5 5 調試調試本設計到四個的模塊,本設計就是由超聲波測距模塊、單片機模塊、顯示和報警四個模塊組成的,所以會很難調試的,設計更多的不確定因素,所以當調試模塊用調試方法,就差不多消除了模塊的干擾了。5.15.1 硬件調試硬件調試在我們安裝電路后,我們首先不應該急于功率測試,但是我們必須要做好下面檢查的之前的調試工作。檢查連接:總是連接錯誤(即連接的一端是正確的,另一端是與減少錯誤),(稱為行氣動安裝),然后(在電路是完全不必要的,比如連接錯誤連接)。檢查接線圖可以直接控制

51、電路原理,但如果電路布線,可以組件(如運算放大器、三極管)為中心,為了檢查檢察官對行針,這樣不僅可以找出故障或更少的一條線,但也容易找到其他的線路。我們為了保證它的連接,所以在檢查線的時候，也要用萬用表來檢查線路電阻連接設備的配置文件,和最好的測量,它可以檢測一些“隱藏”。檢查安裝的組件:檢查檢查的關鍵組件,集成運算放大器、一個三極管,二極管,電解電容器如鉛和極性或錯誤,和外引線短,但也檢查是否可靠焊接組件。應該指出,在焊接之前,有必要測試組件,確保組件可以正常工作,調試,以避免不必要的麻煩17。我們也要檢查公共的接地端和電源的輸入端，電路接通電源之前,還需要萬用表之間是否短路電源輸入和檢查,

52、如果有任何進一步檢查的原因。上面的檢查和確認,完成后在調試之前,但這應注意積極的力量,消極無法逆轉。調好的超聲波發射電路,芯片使沒有控制,電力系統工作,觀察 NE555 芯片使用示波器3 英尺。如果輸出波形不滿足要求,按規定 R9 機型和 R10 調節輸出波形,我們需求周期的方是波 40 千赫茲20我們要保證調整好發射電路和接收電路。在超聲波接收探頭沒有收到信號,觀察兩個銷示波器,40 khz 的最大干擾電壓波形測量正弦波,20 mv 的振幅。在超聲波接收探頭信號,首先測量信號放大器電路放大器輸出 5 v 正弦波振幅,但兩級輸出無論接收探頭接收到信號,持續高水平的 11 v 的輸出。檢查 NE

53、555 放大的電路參數太大,自激振蕩的形成,所以原始的放大 100 * 100 - 100 * 1018。因為超聲波有些部分是比較復雜的,尤其是相關傳感器,被天氣和溫度相對較大,內部控制電路干擾是困難的,所以我選擇了另一塊擴展板的這部分電路,和電感隔離每個部分的干擾。我考慮到這個設計只是一個學習的過程，所以我們沒必要要求性能那么高,因此,電池供電的這種方式,當距離很容易受到地面漫反射干擾的影響,所以獲得抵抗得不到太小,所以靈敏度會受到影響,但是經過幾次調試,我們把測試精度基本上能控制在 1 厘米左右的范圍。5.25.2 軟件調試軟件調試5.2.15.2.1 匯編匯編匯編語言就是一種在機器指令的

54、基礎上的文本代表記憶的符號語言,就是一種很接近機器代碼的語言。的主要優勢資源少,程序和效率高。但不同的 CPU,匯編語言可能不同,所以它不容易移植19。當前廣泛使用的 RISC 體系結構的 8 位單片機,ROM、RAM、堆棧的內部資源是有限的,如果使用 C 語言,C 語言編譯器,將成為很多機器代碼,非常容易出空間不夠信號溢出等一些問題。但是很難保證一些制造商給我們提供單片機的編譯器。匯編語言本質就是每一條指令對應一個相應機器碼,每一步的實施的行為是非常明確的。因為我們用很少的資源用于單片機的開發,所以我們建議要使用匯編語言。C 語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯

55、編語言的功能。C 語言有功能豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現對系統硬件的控制。C 語言是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術。此外，C 語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此，使用 C 語言進行程序設計已成為軟件開發的一個主流。用 C 語言來編寫目標系統軟件，會大大縮短開發周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規模更大、性能更完備的系統，用 C 語言進行單片機程序設計是單片機開發與應用的必然趨勢。21KEIL uVISION2 是眾多單片

56、機應用開發軟件中優秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51 架構的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持，PLM，匯編和 C 語言的程序設計，它的界面和常用的微軟 VC+的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。因此本系統采用 KEIL uVISION2 進行軟件的編寫和調試。5.2.25.2.2 調試過程調試過程把芯片放在電路,連接到電源,檢查程序自己的設計可以實現所需功能。假如結果與當初的想法是不一樣的,所以先檢查硬件的問題以保證測試時硬件部分是沒有問題的。在硬件之后確定硬件沒有問題那就說明應該是軟件哪有問題了。所以需要檢查軟件的一些部分，第一

57、步要檢查接收檢查示波器紅外管的輸出端口與 INT0 端口波形是正確的。在檢查紅外接收部分之后在確保紅外接收部分沒啥問題之后20，用來確定電機的調試部分,以確保電機能否根據遠程控制來達到旋轉的目的。然后就是檢查超聲波部分了,主要就是檢查顯示數碼管是可以正常運行的，所以必須要有一個控制按鈕。因為在前面我們已經確定了硬件是沒有問題的,由此可以得出,我們再結合硬件的前提下在檢查軟件設備，因為我們可以很直觀的找到那里有錯誤。表表5-5-1 1 測試結果測試結果圖圖 2020 超聲波測距時序圖超聲波測距時序圖真實距離（m）0.200.501.002.003.004.50測得距離(m)0.210.520.9

58、82.032.894.68226 6 結論結論超聲波測距的基本思路是使用超聲波發射波與超聲波接收波,根據超聲波發射端到接收端的時間來計算汽車到障礙物的距離。有兩種方法可以在超聲波的基礎上測量汽車到障礙物的距離,發射端測量距離的兩端,另一端,收到直接波,適用于高計;傳輸波所反映的對象在收到反射波,適合測距儀。本設計使用了反射波法。超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統及顯示報警電路、超聲波發射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用 STC89C52 或其兼容系列。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 P1.0 端口輸出超聲波換能器所需的 40kH

59、z 的方波的控制信號，并通過 NE555 芯片產生。利用外中斷 0 口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。超聲波發射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發射換能器T 構成，單片機 P1.0 端口輸出的 40kHz 的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，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上位電阻 R1O、R11 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，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器

60、是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內部有兩個壓電晶片和一個換能板。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，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；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換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。 超聲波接收電路由 CX20106A 集成電路芯片,這是一個紅外探測器接收電視,常用的紅23外遙控接收器。考慮頻率的載波頻率的超聲紅外遙控 38 kHz 和 40 kHz 接近的距離,我們可