基于單片機的汽車倒車?yán)走_設(shè)計與實現(xiàn)說明書

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘 要 近年來，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。因此 ,增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_便成為近些年來的研究熱點。為此，設(shè)計了以單片機為核心，利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_系統(tǒng)。工作時，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。目前，國內(nèi)外一般的超聲波測距儀，其理想的測量 距離為 1m 5 m，因此大都用于汽車倒車?yán)走_等近距離測距中。本文根據(jù)聲波在空氣中傳播反射原理，以超聲波換能器為接口部件，介紹了基于 STC89C51 單片機的超聲波倒車?yán)走_。該設(shè)計由超聲波發(fā)射模塊、信號接收模塊、單片機處理模塊、數(shù)碼顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細介紹了倒車?yán)走_的硬件組成、檢測原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。超聲波接收電路使用 SONY 公司的 CX20106A 紅外檢測專用芯片，該芯片常用于 38kHz的檢波電路，文中通過對芯片內(nèi)部電路的仔細分析，設(shè)計出能夠成功對 40kHz 超聲波檢波的硬件電路， 倒車 雷達 使用數(shù)碼管顯示目標(biāo)物的距離。 關(guān)鍵詞 ： STC89C51；倒車?yán)走_；超聲波傳感器；測距 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 ABSTRACT In recent years, Chinas number of cars is increasing every year. Highways, streets, parking, garage and other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur.So after the increase of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. the ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. Finally, signal processing devices based on the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and the distance between obstacles. Ultrasonic Ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range； In addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensitivity and thus Ultrasonic Ranging way so that only apply to a shorter distance. At present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 1 5 m, based on STC89C51 ultrasonic range-finder. Receiving circuit using the SONY company dedicated CX20106A infrared detecting chip, the chip used in the detector circuit 38KHz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40kHz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain, The use of digital rangefinder display the distance between objects. KEY WORDS： STC89C51； Wave；Measure； Distance Reversing； Reverse radar 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1章 緒論 . 1 1.1 設(shè)計的研究現(xiàn)狀 . 1 1.2 設(shè)計的目的和意義 . 1 1.3 目前國內(nèi)倒車?yán)走_的研究現(xiàn)狀 . 1 1.4 主要研究問題 . 3 第 2章 倒車?yán)走_總體設(shè)計方案 . 4 2.1 超聲波測距 . 5 2.1.1 超聲波測距原理 . 5 2.1.2 理論計算 . 5 2.2 本章小結(jié) . 6 第 3章 倒車?yán)走_ 的硬件設(shè)計 . 7 3.1 超聲波發(fā)射模塊 . 7 3.2 超聲波接收模塊 . 8 3.3 單片機實現(xiàn)測距原理 . 10 3.4 鍵盤控制電路 . 11 3.5 超聲波傳感器的特性 . 11 3.5.1 超聲波傳感器的頻率特性 . 11 3.5.2 超聲波傳感器的指向特性 . 12 3.6 單片機的選擇 . 13 3.6.1 STC89C51 的簡介 . 13 3.6.2 STC89C51 的主要性能參數(shù)和特點 . 13 3.7 超聲波傳感器的選擇 . 13 3.7.1 超聲波傳感器的簡介 . 13 3.7.2 超聲波傳感器的技術(shù)參數(shù) . 14 3.8 本章小結(jié) . 14 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 第 4章 倒車?yán)走_ 的軟件設(shè)計 . 15 4.1 軟件 總體結(jié)構(gòu)框圖 . 15 4.1.1 軟件各程序 的簡介 . 15 4.2 軟件設(shè)計要求 . 16 4.3 主程序 . 16 4.4 發(fā)射和接收模塊中斷程序 . 18 4.5 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 . 18 4.6 本章小結(jié) . 19 第 5章 測試結(jié)果與分析 . 20 5.1 測試結(jié)果 . 20 5.2 誤差分析 . 21 5.3 測試過程 . 21 5.3.1 實驗?zāi)康?. 21 5.3.2 實驗原理 . 21 5.3.3 實驗過程 . 22 5.3.4 實驗結(jié)果 . 22 5.3.5 實驗結(jié)論 . 22 5.4 本章小結(jié) . 22 結(jié)論 . 23 參考文獻 . 24 致謝 . 25 附錄 1 . 26 附錄 2 . 41 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 章 緒 論 1.1 課題的研究現(xiàn)狀 隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國開始進入了私家車時代，汽車駕駛員越來越擔(dān)心車的安全了，其中倒車就是一個隱患。本文所設(shè)計的倒車?yán)走_主要是針對汽車倒車時無法目測到車尾與障礙物的距離而設(shè)計開發(fā)的。 超聲波測距由于其能夠進行非接觸測量和相對較高的測量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢來看，汽車市場的快速發(fā)展將帶動倒車?yán)走_市場的繁榮。國內(nèi)倒車?yán)走_主流市場已經(jīng)開始有進口高檔汽車向中低檔汽車 發(fā)展。技術(shù)上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化發(fā)展，設(shè)備趨于小型化、人性化、智能化等方向發(fā)展。由此可見，超聲波汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)將會在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的發(fā)展作出重要貢獻。 超聲波倒車?yán)走_系統(tǒng)一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場上的倒車?yán)走_大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車?yán)走_，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā) 出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 1.2 設(shè)計的目的和意義 隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是不爭的事實，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免的都存在一個后視盲區(qū)。倒車?yán)走_是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_的發(fā)明 是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。 1.3 目前國內(nèi)倒車?yán)走_的研究現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_設(shè)計以及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這六代產(chǎn)品各有特點，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒光顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_這三種。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 2 第一代：倒車時通過喇叭提醒。“倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能 算真正的倒車?yán)走_，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后 1.8m 1.5m 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，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。 第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進步很多，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(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示 產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 0.8m以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有 0.6m0.8m；紅色代表危險距離，表示障礙物距離只有不到 0.6m，必須停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。這一代有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強，所以誤報也較多。現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強，所以誤報也較多。 第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2m 以內(nèi)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?yán)走_可以把后視鏡、倒車?yán)走_、免提電 話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車?yán)走_系統(tǒng)。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 3 第六代：專為高檔轎車配置的。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。 1.4 主要研究問題 （ 1）超聲波測距范圍小于 350cm，距 離顯示分辨率 1cm，測距誤差小于 5%； （ 2）超聲波在傳播中距離的計算； （ 3）超聲波的發(fā)射和接受能否順利完成，達到實時顯示倒車距離，倒車距離顯示的是測距值的最小值，在達到設(shè)計要求的最小距離時系統(tǒng)產(chǎn)生報警。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 4 第 2 章 倒車?yán)走_ 總體設(shè)計方案 該設(shè)計的應(yīng)用背景是基于 STC89C51 的超聲信號檢測的。因此初步計劃實在室內(nèi)小范圍的測試，限定在 2.5 米左右。單片機（ STC89C51）發(fā)出短 暫的 40KHz 信號，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此型號進行技術(shù)判斷后，把相應(yīng)的計算結(jié)果送到 LED 顯示電路顯示，進行蜂鳴報警。 其發(fā)射電路通常分為調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈（有時裝在探頭內(nèi)），諧振頻率有調(diào)諧電路的電感、電容決定，發(fā)射的超聲脈沖頻帶較窄。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數(shù)決定，頻帶較寬。將一定頻率、隔度的交流電壓加到發(fā)射傳感器的固有頻率 40KHz，使其工作在諧振頻率，達到最優(yōu)的特性。發(fā)射電壓從理論上說是越高越好，因為對同 一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接受傳感器上接受的回波功率就比較大，對于接受電路的設(shè)計就相對簡單一些。但是每一支實際的發(fā)生傳感器有其工作電壓的極限值，同時發(fā)射電路中的阻尼電阻決定了電路的阻尼情況。通常采用改變阻尼電阻的方法來改變發(fā)射強度。 發(fā)射部件的點脈沖電壓很高，但是由于障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對這樣小的信號進行處理就必須放大到一定的幅度。接收部分就是有兩級放大電路，檢波電路及鎖相環(huán)構(gòu)成，其中包括雜波抑制電路。最終達到對回波進行放大檢測，產(chǎn)生一個 單片機（ STC89C51）能夠識別的中斷信號作為回波到達的標(biāo)志。 圖 2.1 倒車?yán)走_系統(tǒng)總 設(shè)計方案 該系統(tǒng)又單片機控制電路、超聲波發(fā)射和接受電路、顯示電路以及報警電路等幾部分組成。單片機是整個系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分電路的工作。單片機在超聲波信號發(fā)射的同時開始計時，超聲波信號在空氣中傳播，遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的聲波信號經(jīng)過處理后輸入到單片機的外部中斷口產(chǎn)生中斷，單片機停止計時。通超聲波發(fā)射 單 片 機 LED數(shù)碼管顯示 鍵盤控制 超聲波接收 放大 比較 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 5 過單片機可得到超聲波信號的往返所需要的時間，即可求得車體與障礙 物之間的距離。在達到技術(shù)要求的情況下產(chǎn)生報警。 2.1 超聲波測距 2.1.1 超聲波測距原理 超聲波測距的原理一般采用回波探測法，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，超聲波在介質(zhì)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。圖 2.2即為超聲波測距的具體流程圖： 圖 2.2 測 距的原理 2.1.2 理論計算 如圖 2.2 為反射時間，是利用檢測 聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間 T 利用公式： 2TCS 其中， S 為被測距離、 V 為空氣中聲速、 T 為回波時間， 21 TTT 可以計算出路程，這種 方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時間門”來加以克服。這樣可以求出距離： 2 21 TTCS 555 時基電路振蕩產(chǎn)生 40Hz 的超聲波信號。其振蕩頻率計算公式如下： 5109 2 43.1 CRRf 超聲波測距的原理：即為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這T 2 T 1 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 6 個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式為： 22 tcsd 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。 超聲波的指向性強，能量消耗緩慢，遇到障 礙物后反射效率高，是測距的良好載體。測距時有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，有定時器計時。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波咋介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計時。這樣，定時器就記錄下了超聲波自發(fā)射點至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時間 t 。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 340m/s。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接 收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。 在使用時，如果溫度變化不大，則可以認為聲速是基本不變的。 2.2 本章小結(jié) 本章分析了超聲波測距的原理，以及理論的計算，對于系統(tǒng)的總體設(shè)計方案做了詳細的介紹。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 7 第 3 章 倒車?yán)走_ 的硬件設(shè)計 該系統(tǒng)設(shè)計有超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤控制電路、單片機硬件接口電 路及顯示報警電路組成，該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的 STC89C51單片機，下面分步介紹各硬件部分的具體設(shè)計分析。 3.1 超聲波發(fā)射模塊 超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個部分，超聲波探頭（又稱“超聲波換能器”）選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計一個驅(qū)動電流 100mA 以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用 發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點是無需驅(qū)動電路，但缺點是靈活性低。本設(shè)計采用第二種方法產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號。 40KHz 的超聲波是利用 LC 震蕩電路振蕩產(chǎn)生的，其振蕩頻率計算公式如下： 脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用 STC89S51 的 P1.0 口發(fā)射 40 kHz 的方波信號，經(jīng)過 74HC04 放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。 74LS04 是一個高速 CMOS 六反相器，具有放大作用，具有對稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時間，而相對于 LSTTL 邏輯 IC，它的功耗減少很多。對于 HC 類型，其工作電壓為 2 6 V，它具有高抗擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號和 CMOS 邏輯輸入等特點。本系統(tǒng)將 40 KHz方波信號分成兩路，分別由 74LS04 經(jīng)兩次和一次反向放大，從而構(gòu)成推拉式反向放大。電路圖如圖 3.1 所示。發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波換能器構(gòu)成，單片機 P1.0 端口輸出 40KHz 方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)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(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)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(qū)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。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 8 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)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(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)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(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與 接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 U 4 A74 A L S 04 U 4 B74 A L S 04U 4 C74 A L S 04U 4 D74 A L S 04U 4 E74 A L S 04L S 1T X (F )R81KR91KV C CP 1 0 圖 3.1 超聲波發(fā)射電路 3.2 超聲波接收模塊 超聲波接收電路包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計采用與發(fā)射端同型號的壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路進行放大。 超聲波接收部分采用集成芯片 CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片。內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平 控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。可以利用它作為超聲波檢測電路 。 前置放大器：它是高增益的放大器，由于超聲波在空氣中直線傳輸時，傳輸距離越大，能量的衰減越厲害，故反射回來的超聲波信號的幅值會有很大的變化。為了不使放大器的輸出信號過強而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動電平限制電路，對前置放大器的增益進行自動限制。通過反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進行自動控制。 限度放大器：當(dāng)信號太強時為了防止放大器過載，限制高電平振幅，同時也可消除寄生調(diào)幅干擾。 寬頻帶濾波器：其頻率范 圍為 30Hz60Hz，其中心頻率可調(diào)。 檢測器：將返回的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 9 積分濾波器與整形電路：檢測器輸出的信號經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波。 接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現(xiàn)準(zhǔn)確的計時。 IN1C12C23G N D4F05C36O U T7V C C8R 1 7C X 201 06AL S 3R X (S )C947 3R 1 4 4.7 K+C 1 7 10 uF /5 0V+C 1 0 10 uF /5 0VR 1 520 0KR 1 620 0KC6 33 0pFV C CC110 4P 3 2超聲波接收電路 圖 3.2 超聲波接收電路圖 3.2.1 集成電路 CX20106A 集成電路 CX20106A 是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。常用的載波頻率 38khz 與 測距的 40khz 較為相近，可以利用它來做接收電路。適當(dāng)?shù)母淖僀3 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。 CX20106A(國內(nèi)同類產(chǎn)品型號為 D20106A)是日本索尼公司生產(chǎn)的在紅外遙控系統(tǒng)中作接收預(yù)放用的雙極型集成電路。它還可廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng)等。這種 IC 性能優(yōu)越 ， 封裝形式及體積與許多遙控信號接收器 IC 相同或相似 ， 故可用來代換多種型號的遙控信號接收集成電路。 CX20106A 可用來完成遙控信號， CX20106A 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外解調(diào)集成電路，采用 8 腳單列直插式塑料 超 小型 封裝， +5v 供電， 內(nèi)部含可前置放大、自動偏置、限幅放大、通帶攄波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路 。 其主要功能是從 38KHz 紅外載波信號中，將編碼信號解調(diào)出來，并加以放大和整形，然后再送到微處理器 (CPU)進行處理，以實現(xiàn)遙控操作功能，其具體引腳圖如圖 3.3 所示 ： 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 10 圖 3.3 集成電路 CX20106A 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 CX20106A 的引腳注釋： （ 1） l 腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40k 。 （ 2） 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們 的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R 或減小C，將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=4.7 ， C=3.3 F。 （ 3） 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 3.3 F。 （ 4） 4 腳：接地端 。 （ 5） 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大， 中心頻率越低。例如，取 R=200k 時， fn 42kHz，若取 R=220k ，則中心頻率 f0 38KHz。 （ 6） 6 腳： 該腳與 GND 之間接入一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短 。 （ 7） 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22k ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降 。 （ 8） 8 腳： 電源正極， 4.5V 5V。 3.3 單片機實現(xiàn)測距原理 單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙 物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 tr，然后求出距離 S Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)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。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 11 波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射 /接收的設(shè)計方法。 3.4 鍵盤控制電路 此鍵盤與單片機 P2口四個引腳相接，用于對報警距離進行設(shè)定。其中 S1表示“確定”按鍵； S2表示“減一”； S3表示“加一” 、 S4表示循環(huán)移位，對不同位置進行選擇。駕駛員可以根據(jù)自身要求對報警距離進行設(shè)定，從而大大提高了駕駛的安全系數(shù)。 3.5 超聲波傳感器的特性 超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的傳感器特性為例子。 3.5.1 超聲波傳感器的頻率特性 圖 3.4 超聲波傳感器的升壓能級和靈敏度 圖 3.4聲波發(fā)射傳感器的升壓能級和靈敏度。其中， 40KHz 處為超聲波發(fā)射傳感器的中心頻率，在 40KHz 處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機械波 最強，也就是說在40KHz 處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。而在 40KHz 兩側(cè)，聲壓能級迅速衰減。其頻率特性如圖 3.5所示。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 40KHz 的交流電壓來激勵。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 12 圖 3.5 超聲發(fā)射傳感器頻率特性 另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在 40KHz處曲線最尖銳，輸出電信號的振幅最大，即在 40KHz 處接收靈敏度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共 振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而且有較寬的帶寬，同時靈敏度以隨之降低。并且最大靈敏的向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗的前置放大器配合使用，才能有較高的接收靈敏度?？紤]到實際工程測量的要求，可以選用超聲波頻率 f = 40KHz，波長 = 0.85cm。 3.5.2 超聲波傳感器的指向特性 實際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點看成一個振蕩器，輻射出一個半球而波（子波）， 這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點的聲壓是這些 子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。 超聲傳感器的指向圖由一個主瓣和幾個副瓣構(gòu)成，其物理意義是 0度時電壓最大，角度逐漸增大時，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般為 40度到 80度，本設(shè)計要求傳感器的指向角為 75度。圖 3.6是電路中選用的發(fā)射傳感器的指向特性及結(jié)構(gòu)。 圖 3.6 超聲波傳感器指向特性及結(jié)構(gòu) 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 13 3.6 單片機的選擇 本系統(tǒng)中所用到的單片機為 STC89C51，以下是對其功能與結(jié)構(gòu)的簡單介紹。 3.6.1 STC89C51的簡介 STC89C51是兼容 8051內(nèi)核的單片機，是高速低功耗的新一 代 8051單片機， 12時鐘機器周期和 6時鐘周期可反復(fù)設(shè)置。 3.6.2 STC89C51的主要性能參數(shù)和特點 1 增強型 6時鐘機器周期， 12時鐘機器周期， 8051CPU。 2 工作電壓： 5.5V 3.4V。 3 工作頻率范圍： 0 40 MHZ，相當(dāng)于普通 8051的 0 80 MHZ，實際工作頻率可達 48MHZ。 4 用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)。 5 片上集成 512字節(jié) /1280字節(jié) RAM。 6 通用 I/0口（ 32/36個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/0口） PO 口是開漏輸入，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 7 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器可通過串口（ P3.1） 直接下載用戶程序， 8K 程序 3秒即可完成一片。 8 EEPROM 功能。 9看門狗。 10內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路（ D 版本才有 0）外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路。 11共 3個 16位定時器 /計數(shù)器。 12外部中斷 2路，下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷， power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 13通用異步串行口（ UART）。 14工作溫度范圍 :0-75 /-40 - +85。 15.封裝： PDIP-40,PLCC-44,PQFP-44。 3.7 超聲波傳感器的選擇 3.7.1 超聲波傳感器的簡介 超聲波傳感器選擇的是 DYP-ME007 超聲波測距模塊，可提供 3cm-3.5cm 的非接觸式距離感測功 能，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測距模塊觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來時，模塊黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 14 輸出回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定物體的距離。 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(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)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(lǐng)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(zhì)或分界面 會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面 。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)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(jié)構(gòu)，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。 3.7.2 超聲波傳感器的技術(shù)參數(shù) 1 工作電壓： DC5V； 2 靜態(tài)電流：小于 2mA； 3 電平輸出：高 5V； 4 電平輸出：低 0V； 5 感應(yīng)角度：不大于 15 度； 6 感應(yīng)距 離： 4cm-5m； 7 高精度： 0.3cm。 3.8 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計，對硬件的選擇做了介紹和分析，以及硬件個部分的組成，對硬件部分的搭建做了充分的準(zhǔn)備。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 15 第 4 章 倒車?yán)走_ 的軟件設(shè)計 4.1 軟 件總體結(jié)構(gòu)框圖 超聲波倒車?yán)走_系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、 INT0 超聲波接收中斷程序及顯示子程序四個主要模塊組成。軟 件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.1 圖 4.1 程序總體框圖 4.1.1 軟件設(shè)計各程序簡介 （ 1） 系統(tǒng)初始化模塊：即系統(tǒng)剛上電的時候?qū)ο到y(tǒng)的各個引腳的電平分配和對各寄存器的初值賦值。 （ 2） 數(shù)碼管顯示模塊：通過該模塊的設(shè)計能夠讓所測得的距離顯示在數(shù)碼管上。 （ 3） 按鍵掃描模塊：此模塊用來通過鍵盤控制倒車?yán)走_的工作。 （ 4） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動定時器工作，同時啟動接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號輸入時，對輸入信號進行處理。 （ 5） 運算結(jié)果處理模塊： 運算結(jié)果處理模塊將多次所測得時間進行處理，進行軟件取大值工作，根據(jù)公式計算出距離，然后再對計算得出的結(jié)果進行修正處理，數(shù)據(jù)處理后送至數(shù)碼顯示模塊。 （ 6） 蜂鳴報警模塊：當(dāng)所測距離小于一定值時，通過蜂鳴報警來挺行駕駛員。 系統(tǒng)初始化程序 按鍵掃描模塊 液晶顯示模塊 運算結(jié)果處理模塊 發(fā)射接收控制模塊 蜂鳴報警模塊 系統(tǒng)各功能模塊 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 16 我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法 ， 匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。 主程序除了完成定時器 T0、中斷源 TNT0 初 始化外，主要實現(xiàn)超聲波的巡回發(fā)射（調(diào)用超聲波發(fā)射程序）和距離的動態(tài)掃描顯示； INT0 中斷服務(wù)程序計算車尾距離障礙物的距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一方面交由主程序顯示，另一方面與設(shè)定值（比如 1m）進行比較，如小于 1m，接蜂鳴器報警，否則關(guān)閉報警；如果車尾距離障礙物的距離較遠，超聲波往返時間就會超過了定時器 T 一次性最長的定時時間，則 T0 發(fā)生溢出而中斷，這時進行距離計算，并顯示“ OFF”，以示車后無障礙物，可放心倒車。 4.2 軟件設(shè)計要求 本系統(tǒng)的設(shè) 計要求是利用超聲波測距原理設(shè)計一個車用的倒車?yán)走_。要求通過設(shè)計能夠測出并顯示車與障礙物的距離，并能在距離小于 4m 的時候根據(jù)設(shè)定值進行蜂鳴報警。 4.3 主程序 主程序是單片機程序的主體，整個單片機端系統(tǒng)軟件的功能的實現(xiàn)都是在其中完成的，在此過程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。程序首先完成初始化過程，然后是一個重復(fù)的控制發(fā)射信號的過程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都很判斷在發(fā)射信號后延時等待的過程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來判斷程序的流程。 工作時，微處理器 STC89C51先把 p1.0置 0，啟動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時啟動內(nèi)部定時器 T0開始計時。要檢測返回信號必須在啟動發(fā)射信號后 1.4毫秒才可以檢測，這樣就可以抑制輸出的干擾。當(dāng)超聲波信號碰到障礙物時信號立刻返回，微處理器不停的掃描 int0引腳，如果 int0接收的信號有高電平變?yōu)榈碗娖剑藭r表明信號已經(jīng)返回，微處理器進入中斷關(guān)閉定時器。再把定時器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。然后再根據(jù)現(xiàn)場情況進行聲光報警。下圖 4.2 為主程序流程框圖： 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 17 圖 4.2 主程序流程圖 開始 初始化 發(fā)射超聲波 啟動定時 開中斷 Testok=1 計算距離 開報警 距離 1.0m 關(guān)報警 顯示距離 Testok=2 Testok=0 N Y 顯示 OFF 顯示距離 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 18 4.4 發(fā)射和接收模塊中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 P1.0端口發(fā)送 2個左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為 12 s左右，同時把計數(shù)器 T0打開進行計時。 主程序利用為中斷 0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（ INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷程序后就立即關(guān)閉計時器 T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1即 Testok=1。如果當(dāng)計時器溢出是還未檢測到超聲波返回信 號，則定時器 T0溢出中斷將外中斷 0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2，及 Testok=2以表示此次測距失敗。超聲波發(fā)射程序比較簡單，主要包括 T0中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。 下面分別給出各自的流程圖如圖 4.3 和 4.4： 圖 4.3 T0 中斷子程序 圖 4.4 超聲波接收中斷子程序 4.5 顯示子程序和蜂鳴報警子程序 先進行動態(tài)顯示初始化將指針指向緩沖區(qū)首地址，然后去顯示位指針，取要顯示的數(shù)，再將數(shù)變成段碼，然后將段碼送段控制器，位碼送位控制器，在延時，然后判斷 是否是最后一位，是否顯示完畢，沒有的話修改該緩沖區(qū)指針和位碼，直到顯示完畢。 顯示及報警子程序框圖： 屏蔽外部中斷 屏蔽定時器中斷 關(guān)定時器 屏蔽外部中斷 關(guān)定時器 Testok=2 返回 屏蔽定時器中斷 關(guān)定時器 T0 關(guān)外部中斷 Testok=1 返回 屏蔽 T0 中斷 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 19 圖 4.5 顯示子程序框圖 圖 4.6 報警子程序框圖 4.6 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)的軟件部分，包括各部分的詳細介紹和程序設(shè)計框圖，對于程序的編寫做了準(zhǔn)備。 報警子程序 取測量值 LED 顯示 Y 距離小于 1m 返回 蜂鳴報警 N 外部中斷入口 初始化 開位選 查表送段碼 位選左移一位 修正段碼指針 返回 顯示完畢 N Y 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 20 第 5 章 測試結(jié)果與 分析 5.1 測試結(jié)果 在室內(nèi)進行的實驗中，根據(jù)實驗要求做了多次測試，記錄了每次的數(shù)據(jù)，因為實驗中都會存在著誤差，所以測量時取平均值的方式記錄，每次測量時根據(jù)設(shè)定的距離進行 3 次測量，然后取平均值。 表 5.1 距離測量數(shù)據(jù)表 序號 理論值 cm 實際值 cm 絕對誤差 % 相對誤差 % 1 25 24 1 3.8 2 30 31 1 3.2 3 40 42 2 4.7 4 58 57 1 1.7 5 80 81 1 1.2 6 96 94 2 2.1 7 120 119 1 0.8 8 144 146 2 1.3 9 190 188 2 1.0 10 210 211 1 0.4 11 250 248 2 0.8 12 280 283 3 1.0 13 300 301 1 0.3 14 325 326 1 0.3 15 333 332 1 0.3 16 350 349 1 0.2 從表中可以看出絕對誤差為 3cm，相對誤差小于 5%，滿足設(shè)計要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 21 圖 5.1 倒車?yán)走_工作圖 5.2 誤差分析 引入測量誤差的原因主要有： 1、環(huán)境對 測量的影響，包括空氣溫度變化引起的聲速變化、空氣成分變化、聲波傳播途中溫度梯度導(dǎo)致的誤差，由于這些因素對結(jié)果產(chǎn)生的影響比較小。開關(guān)門的可靠性是標(biāo)志超聲波傳感器可靠性的關(guān)鍵，即同門控制。也就是說發(fā)射與脈沖計數(shù)必須同步。 2、量化誤差，即參考頻率計數(shù)結(jié)果的誤差，由于單片機計時時鐘頻率的值有量化誤差為 0.01 米，符合測距要求范圍。所以超聲波發(fā)送應(yīng)考慮因素有： 1 量程范圍 ；2 目標(biāo)距離和目標(biāo)反射情況。 3、觸發(fā)誤差，由于被測信號經(jīng)放大，噪聲信號。干擾信號的摻入，使觸發(fā)時間可能提前或滯后，給測量結(jié)構(gòu)帶來了隨機誤差。 4、 本系統(tǒng)接收模塊在工作時對發(fā)射信號的接收需要有一定的延時，再在這段時間中鎖相環(huán)鎖定信號，由此產(chǎn)生的誤差。影響測量誤差的因素很多，還有現(xiàn)場環(huán)境干擾、實際脈沖頻率等。 5.3 測試過程 影響本設(shè)備進行報警的過程有很多原因，這些原因會導(dǎo)致儀器報警的成功與否，所以為此做了本次實驗。 5.3.1 實驗?zāi)康?本次實驗?zāi)康氖菍Ρ鞠到y(tǒng)能否成功做出多次測試，保證設(shè)備的設(shè)計成功。 5.3.2 實驗原理 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 22 通過超聲波傳感器的超聲波的發(fā)射與接收驗證倒車?yán)走_的系統(tǒng)報警。 5.3.3 實驗步驟 第一，驗證硬件各部分接觸是否完好； 第 二，接通電源，按復(fù)位鍵，進行系統(tǒng)初始化； 第三，設(shè)定報警距離，在超聲波發(fā)射方向設(shè)立障礙物，觀察在被測距離范圍內(nèi)報警器是否報警； 第四，改變報警距離，進行多次顯示記錄，觀察是否能夠準(zhǔn)確報警。 5.3.4 實驗結(jié)果 第一種，報警器能夠第一時間準(zhǔn)確在到達設(shè)定的報警距離時進行報警，報警器指示燈閃爍，發(fā)出蜂鳴聲。 第二種，報警器沒有在設(shè)定的報警距離時報警，指示燈沒有閃亮，蜂鳴器沒有發(fā)出聲音。 5.3.5 實驗結(jié)論 超聲波傳感器的發(fā)射和接收受到周圍環(huán)境的影響，造成了設(shè)備測量的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致報警器無法報警。 5.4 本章小 結(jié) 本章對于系統(tǒng)的實現(xiàn)做了多次實驗，進行了測量和誤差的分析。介紹了產(chǎn)生誤差的原因。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 23 結(jié) 論 本 研究所設(shè)計的倒車?yán)走_系統(tǒng)，通過超聲波傳感器反射超聲波，使用 STC89C51高速單片機計算 測量車與障礙物之間的往返時間 ，計算出車和障礙物之間的距離 然后顯示在 LED 數(shù)碼管上，當(dāng)在探測的范圍有障礙物時，蜂鳴器提示報警 。 在設(shè)計本產(chǎn)品時，通過查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書館搜集到的材料，再加上指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與資料提供，與生活中對于超聲波的工作原理的觀察研究相結(jié)合，設(shè)計出了這個超聲波倒車?yán)走_系統(tǒng)，完成了 課題的要求，但是由于設(shè)計的理論基礎(chǔ)知識掌握不充足，對課題的研究深度還不夠，在某些地方還不能闡述的非常詳盡，但設(shè)計的系統(tǒng)中也有著自己的特點，特點如下： （ 1） 產(chǎn)品價格低廉； （ 2） 采用模塊化設(shè)計，使用方便； （ 3） 利用超聲波傳感器和單片機，易安裝，穩(wěn)定性好； （ 4） 超聲波接收和發(fā)射分開，防止了信號發(fā)射和接收的不準(zhǔn)確； 由于考慮了成本問題，在硬件上使用了 DYP-ME007 超聲波傳感器，在軟件上，充分利用了 STC89C51 的強大功能。 但是現(xiàn)在市場上大多數(shù)倒車?yán)走_多數(shù)存在這幾點不足： （ 1） 最大有效探測距離問題； （ 2） 反應(yīng)速度問題 ； （ 3） 探測盲區(qū)問題。 目前汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)的發(fā)展趨勢就是逐步解決這些問題，以至于更好的為駕駛者服務(wù)。 本論文所存在的不足以及進一步的展望：經(jīng)過前面章節(jié)的詳細敘述，論文討論了倒車?yán)走_ 系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計，雖然做出了一些成果，但由于個人能力和時間限制，系統(tǒng) 的精確度還不夠好，對于聲速在空氣中會受到影響沒有解決。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 24 參考文獻 1 童詩白，華成英 ， 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M,第三版 .北京：高等教育出版， 2001.1. 2 姜威等 ， 實用電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) .北京理工大學(xué)出版社， 2002.10. 3 楊凌霄等 ， 微型計算機原理及應(yīng)用 .中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2004.05. 4 沈小豐等 ， 電子技術(shù)實踐基礎(chǔ) .清華大學(xué)出版社， 2005.09130 141. 5 陳光東 ， 單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.4. 6 徐淑華，程退安，姚萬生 .單片機微型機原理及應(yīng)用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 6. 7 蘇長贊 ， 紅外線與超聲波遙控 .北京：人民郵電出版社， 1993.7. 8 張謙琳 ， 超聲波檢測原理和方法 .北京：中國科技大學(xué)出版社， 1993.10. 9 丁義元等 ， 高精度測距雷達研究 .電子測量與儀器學(xué)報， 2000.10. 10 勝全 .D18B20 數(shù)字溫度計在微機溫度采集系統(tǒng)中的序編制 ， 南京：南京大學(xué)出版社 ， 1998. 3. 11 張靖 ， 加強單片機系統(tǒng)抗干擾能力的方法 .通化師范學(xué)院學(xué)報， 2004 .10. 12 袁慧梅 ， 單片機系統(tǒng)的印制板設(shè)計與抗干擾技術(shù) .電子工藝技術(shù) ， 2004 .6. 13 薛紅宣等 ， 采用軟件抗干擾設(shè)計提高微機系統(tǒng)的可靠性 .電子產(chǎn)品世界， 2004.1. 14 劉霞 .單片機系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析 .電子測量技術(shù) ， 2003. 15 余發(fā)山等 .單片機原理及應(yīng)用技術(shù) .中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2003.12. 16Lopez-sanchez,Ana lilia. Ultrasonic sysem models and measurementsM.America:Iowa State Unibersity,2005. 17 Cirrus Logic Corporation.Single Phase BiDirectional Power/Energy IC-CS5460AEB/OL. .JAN2003. 18 Modbus Protocol.Modicon Modbus Protocol Reference GuideEB/OL. 1楊忠敏汽車儀表的發(fā)展現(xiàn)狀 J汽車電器， 2004. 19 Silk M G Ultrasonic transducers for nondestructive testingM.Bristol:A.Hillier,1984. 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 25 致 謝 經(jīng)過近半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng) 接近尾聲，衷心感謝我的導(dǎo)師。本文工作開始到撰寫的每一個階段都是在我的導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下完成的，在這次設(shè)計中我不僅鞏固了專業(yè)知識，而且提高了動手的能力，更重要的是這次畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我塌實的作風(fēng)，端正了我學(xué)習(xí)的態(tài)度，也教給了我做人的道理。我相信這次畢業(yè)設(shè)計所積累下的寶貴經(jīng)驗會給我今后的學(xué)習(xí)和工作帶來很大的幫助和深遠的影響。 范德會老師以其嚴(yán)謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)對我產(chǎn)生了重要的影響，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及 同學(xué)的支持和幫助，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。雖然老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，到中期檢查，后期詳細設(shè)計，試驗測試等整個繁瑣的過程中老師都給予了我悉心的指導(dǎo)。 同時，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個團結(jié)友愛，相互促進的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 同時還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我打下了夯實的專業(yè)知識基礎(chǔ)。正是因為有了他們的支持和鼓勵，本次畢業(yè)設(shè)計才會順利完 成。 還要感謝黑龍江工程學(xué)院四年來對我的大力栽培。 最后我要深深地感謝我的家人 正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！ 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 26 附 錄 1 #include #include #include #define uchar unsigned char /定義一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long #define jump_ROM 0xCC #define start 0x44 #define read_EEROM 0xBE sbit speak = P10； sbit k1=P12； sbit k2=P13； sbit k3=P14； sbit k4=P15； sbit k5=P16； sbit k6=P17； sbit led=P11； unsigned char TMPH,TMPL； /P3 口接液晶的 8 個數(shù)據(jù)口， RS、 RW、 E 三個液晶控制位接到 P1 口的低三位。 /若程序下載后液晶無任何顯示或顯示偏暗，需調(diào)節(jié)電位器來調(diào)節(jié)液晶的顯示對比度。 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 27 sbit LCM_RW=P25； /定義引腳 sbit LCM_RS=P24； sbit LCM_E=P26； #define LCM_Data P0 #define Busy 0x80 /用于檢測 LCM 狀態(tài)字中的 Busy 標(biāo)識 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uint times=0； code char exampl= ； code char examp2= ； void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM)； void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC)； unsigned char ReadDataLCM(void)； unsigned char ReadStatusLCM(void)； void LCMInit(void)； void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData)； void DispInt(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned int i)； void Delay5Ms(void)； void Delay400Ms(void)； void mdelay(unsigned int delay)； void ePutstr(uchar x,uchar y,uchar code *ptr)； void disp(uchar code *dir)； void delay_ms(uchar t) /延時函數(shù)，大概為 t 為 1，則延時 5 到 6ms 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 28 uint i； for( ；t0；t-) for(i=0；i31) l+； ； for (i=0；il；i+) DisplayOneChar(x+,y,ptri)； if ( x = 16 ) x = 0； y = 1； /*= 移動顯示 =*/ void disp(uchar code *dir) 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 32 uchar i,j=0； while(1) for(i=0；i0；delay-) for(i=0；i124；i+) ； /* sfr CLK_DIV = 0x97； /為 STC 單片機定義 ,系統(tǒng)時鐘分頻 /為 STC 單片機的 IO 口設(shè)置地址定義 /* sbit Trig = P37； /產(chǎn)生脈沖引腳 sbit Echo = P32； /回波引腳 sbit test = P11； /測試用引腳 黑龍江工程學(xué)院本科生 畢業(yè)設(shè)計 34 uchar code SEG710=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f；/數(shù)碼管 0-9 uint distance4； /測距接收緩沖區(qū) uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i； /自