汽車倒車的防撞系統(tǒng)

1、汽車倒車?yán)走_論文汽車倒車防撞系統(tǒng)摘 要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設(shè)計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。論文的內(nèi)容是基于STC89C52單片機倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和STC89C52單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于STC89C52單片機的倒車防撞報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點

2、。論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。通過多種發(fā)射接收電路設(shè)計方案比較，得出了最佳設(shè)計方案，并對系統(tǒng)各個設(shè)計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。關(guān)鍵字 單片機/超聲波/STC89C52 AbstractIs day by day prosperous along with the social economy developm

3、ent transportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one ki

4、nd to respond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range

5、 finding design one kind of back-draft hits the alarm system.The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration

6、AT89C51 monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics. The paper outlines the development and the basic pr

7、inciples of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comp

8、arison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. Fi

9、nally, through the analysis of system error, giving the system improvement programme. Key word monolithic integrated circuit,ultrasonic wave,STC89C52目 錄中文摘要 英文摘要第1章 緒論11.1論文背景11.2設(shè)計要求及主要功能介紹1第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計22.1系統(tǒng)功能定義22.2總體方案2第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計43.1主控單元設(shè)計4 主控芯片的介紹4 最小系統(tǒng)10 電源設(shè)計113.2 測距單元的設(shè)計11設(shè)計要求11 超聲波測距的基本原理11硬件

10、系統(tǒng)的電路設(shè)計123.3小車電機驅(qū)動模塊設(shè)計14 設(shè)計要求14 驅(qū)動控制芯片的介紹14 驅(qū)動電路的設(shè)計16 3. 3 顯 示 單 元17第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1 測距單元軟件設(shè)計184.2 驅(qū)動調(diào)速單元軟件設(shè)計19第5章 總結(jié)與展望20結(jié)束語21致謝22參考文獻23附錄 倒車防撞系統(tǒng)源程序25第1章緒論1.1 論文背景隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞報警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前

11、后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。1.2 設(shè)計要求及主要功能介紹本次設(shè)計的智能避障小車，它是以STC89C52作為主控制器，用超聲波模塊對距離進行距離測試，并將信號發(fā)給主控制器。用L298芯片驅(qū)動直流電機，執(zhí)行主控制器命令，控制小車的前進、后退、轉(zhuǎn)向，并用LED燈和蜂鳴器報告檢測出后方有障礙物。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計2

12、.1系統(tǒng)功能的定義 根據(jù)設(shè)計要求，可以先大致勾勒出要完成的設(shè)計，需要如下所示的幾個模塊。圖2.1 功能模塊圖2.2總體方案本次設(shè)計的簡易智能電動車，設(shè)計思路如下： 1.在小車前進過程中STC89C52芯片向超聲波傳感器模塊Trig口發(fā)送長度為20us的脈沖信號，使超聲波發(fā)射電路工作向前方發(fā)送超聲波進行測量，此時STC89C52芯片中定時計數(shù)器開始計時；當(dāng)超聲波遇到障礙物反射被，超聲波接收電路收到反射波時，將測得的高電平信號通過Echo口傳給主控制器，只有出現(xiàn)低電平時，計數(shù)器開始中斷計時STC89C52根據(jù)時間差值檢測法公式s=t/58(cm)計算出距離； 2.主控芯片STC89C52根據(jù)設(shè)定的

13、報警距離判斷前方是否出現(xiàn)了障礙物，如果判斷是，則驅(qū)動蜂鳴器報警，LED燈閃爍； 3.利用主控芯片分別對兩個直流電機發(fā)送連續(xù)的具有一定占空比的矩形脈沖進行PWM小車速度調(diào)制，在沒有障礙物的情況下，后輪直流電機收到一定的脈沖寬度則小車走的是勻速直線運動；當(dāng)STC89C52芯片判斷出有障礙物時，則前輪得到一定脈沖寬度，從而達到避障的目的。本次設(shè)計的小車結(jié)構(gòu)簡單，較容易實現(xiàn)。 采用與MCS系列完全兼容的STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能、COMS微處理器。片內(nèi)具有8字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫Flash存儲器，256×8位內(nèi)RAM，STC89C52可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮

14、小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。驅(qū)動采用L298這款芯片，主要的特點是功率強大，可以加載高達46V的電壓，并且提供兩組IN口便于對兩個輪子進行PMW速度調(diào)制控制。超聲波模塊采用計時器中斷計時的方法，算法簡單有效，并且程序中采取超時控制防止出現(xiàn)無限大的數(shù)據(jù)；同時也對溫度的影響也采取了相應(yīng)的措施，以增加測量的精確度。采用四節(jié)干電池串聯(lián)做電源，功率上達到設(shè)計要求，并且是很好的穩(wěn)定的直流電源，避免的電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)化時出現(xiàn)的電流不穩(wěn)定現(xiàn)象，一定程度上降低了電路的復(fù)雜程度。LED與蜂鳴器的設(shè)計發(fā)揮了安全的報警作用，有較強的實用性，為系統(tǒng)的人性化設(shè)計增添了色彩?？傮w設(shè)計框圖如圖2.2圖2.2 汽車倒車

15、防撞系統(tǒng)第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控單元設(shè)計3.1.1 主控芯片的介紹引腳功能本次的設(shè)計采用的是STC89C52單片機，它有44個引腳PLCC和TQFP方形封裝形式，40個引腳的雙列直插式封裝形式，最常用的是40個引腳的雙列直插式封裝形式，各個引腳功能說明如圖3.1 圖3.1 AT89S52單片機的引腳VCC：電源，接+5VGND：接地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0

16、口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。表3-1 AT89S52單片機P1口第二功能引腳號第二功能P1.0T2（

17、定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部

18、上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表3-2 89S52單片機P3口第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（

19、串行輸入線）P3.1TXD（串行輸出線）P3.2(外部中斷0輸入線)P3.3 (外部中斷0輸入線)P3.4T0（定時器0外部計數(shù)脈沖輸入）P3.5T1（定時器1外部計數(shù)脈沖輸入）P3.6(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出)P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出)RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳將持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編

20、程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。：外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時

21、，將不被激活。/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。存儲器結(jié)構(gòu)STC89C52器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64KB尋址。程序存儲器：如果引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于STC89C52，如果接VCC，讀寫程序先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000HFFF

22、FH。數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接尋址指令訪問0A0H（P2口）存儲單元MOV 0A0H, #data 使用間接尋址方式訪問高128 字節(jié)RAM。例如，下面的間接尋址方式中，R0 內(nèi)容為0A0H，訪問的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0, #data堆棧操作也

23、是間接尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆?？臻g。定時器1MCS-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器：定時/計數(shù)器T0和定時/計數(shù)器T1，52子系列有三個，還有一個定時/計數(shù)器T2。2每個定時/計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以對外部信號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能，通過編程設(shè)定來實現(xiàn)。3每個定時/計數(shù)器都有多種工作方式，其中T0有四種工作方式；T1有三種工作方式，T2有三種工作方式。通過編程設(shè)置其方式寄存器TMOD可設(shè)定定時器工作于某種方式，方式寄存器TMOD格式見表3-3。表3-3 定時/計數(shù)器的方式寄存器TMODGATEC/M1M2GATEC/M1M2門 控開/

24、關(guān)計數(shù)/定時方式選擇門 控開/關(guān)計數(shù)/定時方式選擇 T1 T0GATE：門控信號。GATE=0，TRx=1時即可啟動定時器/計數(shù)器工作，是一種自啟動的方式；GATE=1,TRx=1, =1時才可啟動定時器/計數(shù)器工作。即是引腳加高電平啟動，是一種外啟動方式。C/：定時或計數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/=1時工作于計數(shù)方式；當(dāng)C/=0時工作于定時方式。M1、M0：為工作方式選擇位，定時器/計數(shù)器的四種工作方式由M1M0設(shè)定，設(shè)定情況見表3-4。表3-4 M1M0的設(shè)定M1M0工作方式方式說明00013位定時/計數(shù)器01116位定時/計數(shù)器1028位自動重置定時/計數(shù)器113T0為兩個8位定時/計數(shù)器 4每

25、一個定時/計數(shù)器定時計數(shù)時間到時產(chǎn)生溢出，使控制寄存器TCON中相應(yīng)的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理，控制寄存器格式見表3-5。表3-5 定時/計數(shù)器的控制寄存器TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1請求 有/無T1工作啟/停T0請求有/無T0工作啟/停INT1請求有/無INT1方式下沿/低電平INT0請求有/無INT0方式下沿/低電平其中:TF1：定時/計數(shù)器T1的溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時/計數(shù)器T1計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T1中斷。進入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR1：定時/計數(shù)器T1的啟動位，可由軟件置位或清零，當(dāng)TR1=1時啟動；TR1

26、=0時停止。TF0：定時/計數(shù)器T0的溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時/計數(shù)器T0計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T0中斷。進入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR0：定時/計數(shù)器T0的啟動位，可由軟件置位或清零，當(dāng)TR0=1時啟動；TR0=0時停止。中斷STC89C52有6個中斷源：兩個外部中斷（ 和），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。如表3-6所示，IE.6位是不可以用的。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。定時器2可以被寄存器T2CO

27、N中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標(biāo)志位TF0 和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標(biāo)志位TF2在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。表3-6 中斷允許控制寄存器（IE）（MSB） (LSB)EA -ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求；EA=1，開放中斷。 ET2：定時器/計數(shù)器T2的溢出

28、中斷允許位 ES：串行口中斷允許位。 ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。 EX1：外部中斷 INT1的中斷允許位。 ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位。 EX0：外部中斷 INT0的中斷允許位。 3.1.2 最小系統(tǒng)復(fù)位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即 4.755.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器 穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 圖3.2

29、 復(fù)位電路震蕩電路晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它會組成并聯(lián)諧振電路 。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就波振蕩電路，由于晶振等效為電感頻率范圍很窄所以即使其它參數(shù)元件很大，這個震蕩器的頻率也不會有很大變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。

30、一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。 圖3.3 晶振電路圖3.4 最小系統(tǒng)整體 3.1.3 電源設(shè)計穩(wěn)壓電源是單片機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高有效率的開關(guān)電源所取代，特別是單片開關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件13。本機采用的是5v的電源，預(yù)計用干電池供電。132

31、R1CICoUI76234UoR2F0070.33m33V10k0.1µ¥W7805圖3.5 5V穩(wěn)壓電源3.2 測距單元的設(shè)計3.2.1 設(shè)計要求本次設(shè)計的測距單元主要采用超聲波傳感器模塊GH-311，達到基本的測距功能。3.2.2 超聲波測距的基本原理超聲波是高于聽覺頻率閾值的機械波，其頻率在104Hz1012Hz 之間。超聲波具有直線傳播特性，頻率越高，反射能力越強，而繞射能力越弱，表現(xiàn)出更強的方向性。利用超聲波的這種特性，采用時間差值檢測法(常稱渡越時間檢測法)進行距離的測量。其工作原理是：聲波發(fā)射探頭向介質(zhì)發(fā)射超聲波，聲波遇到目標(biāo)后有反射回波作用到接收探頭，測量發(fā)

32、射時刻與接收時刻的時間差t，然后根據(jù)以下公式計算距離s：s=ct/2 （3-1）其中c 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(m/s)。由于超聲波在空氣中傳播速度與溫度有關(guān)。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償?shù)膯栴}?？諝庵械穆曀賑 與溫度T(單位：°C)的關(guān)系可以表示為：c331.45+0.607T （3-2）3.2.3 硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計硬件系統(tǒng)主要有ATMEL 公司生產(chǎn)的STC89C52單片機、升壓電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射探頭、接收探頭、接收信號放大電路、比較電路等組成。STC89C52 單片機為整個系統(tǒng)的核心部件，主要用來產(chǎn)生200KHz 發(fā)射信號，同時也用來接收超聲波回波信號

33、并進行計算，STC89C52的外部時鐘源采用24MHz晶振，有利于產(chǎn)生200KHz 超聲波。200KHz 信號經(jīng)三極管放大后，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭；每次發(fā)射10 個脈沖，當(dāng)?shù)谝粋€脈沖發(fā)射前，啟動定時器開始計時；回波信號經(jīng)放大電路、比較電路送入單片機，單片機停止計時，隨后通過溫度傳感器采集溫度，利用式(3-1)進行距離計算；最后通過4 位數(shù)碼管顯示。超聲波發(fā)射電路經(jīng)實驗測量當(dāng)加在200KHz 超聲波探頭的激勵電流大于30mA 時，測量距離將不在增加，只有通過升壓的辦法來加大激勵能量。驅(qū)動電路采用通用的升壓芯mc34063 將5V 電壓升壓到40V，然后作為驅(qū)動三極管的電源電壓。由STC89C52

34、單片機產(chǎn)生的10個脈沖信號送入三極管Q1 基極， 經(jīng)Q1、Q2 功率放大，最后驅(qū)動發(fā)射超聲波探頭工作。發(fā)射電路如圖3.5所示。圖3.6 超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路超聲波在空氣中傳播，遇到目標(biāo)物體反射的回波信號，加到超聲波接收探頭上，由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生微弱電壓信號，輸出的這種回波信號是mV 級甚至更低的電壓信號，必須要經(jīng)過放大電路的信號放大才能進行進一步處理。集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖2-3)。實驗證明用CX20106A接

35、收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3.7 超聲波接收電路3.3 小車電機驅(qū)動模塊設(shè)計3.3.1 設(shè)計要求本次設(shè)計主要采用L298芯片驅(qū)動兩個直流電機，達到勻速行進，轉(zhuǎn)彎，停止等設(shè)定動作，已完成過彎的目標(biāo)。3.3.2 驅(qū)動控制芯片的介紹主要特性L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是工作電壓高, 最高工作電壓可達46V輸出電流大, 瞬間峰值電流可達3A, 持續(xù)工作電流為2A;內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感

36、性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端, 在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端, 使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。引腳排列及功能L298采用15腳Multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。內(nèi)部包含：兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器A與B（每個全橋由4只PNP型三極管構(gòu)成）；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。引腳排列如圖3.7所示。引腳功能如表1所示。L298主要特性如表3-7所示。 圖3.8 L298封裝表3-7 L298的引腳功能引腳符號功能115SENSING ASENSI

37、NG B與地之間連接電流檢測電阻，將檢測量反饋給控制芯片，實現(xiàn)直流驅(qū)動電機23OUT 1OUT 2全橋式驅(qū)動器A的輸出端，用來接負(fù)載4VS電機驅(qū)動電源輸入端，此腳與地之間連接高·低頻的耦合電容57IN 1IN 2輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，控制全橋式驅(qū)動器A的開與關(guān)611ENABLE AENABLE B使能控制端，輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，分別控制全橋式驅(qū)動器A與B的工作狀態(tài)，低電平時驅(qū)動器禁止工作8GND接地，芯片本身的散熱片與8腳相連9VSS邏輯控制部分的電源輸入端1012IN 3IN 4輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，控制全橋式驅(qū)動器B的開與關(guān)1314OUT 3OUT 4全橋式驅(qū)

38、動器B的輸出端，用來接負(fù)載 驅(qū)動電路的設(shè)計小車驅(qū)動電路是由L298芯片和74HC04反相器組成，L298的IN1和IN2口分別接反相器的正反相得引腳，然后接到主控芯片的P21口，IN3和IN4接法一致；ENABLE腳是使能端，用于接收主控芯片輸出的PWM信號，控制小車的速度；OUT口接直流電機，是L298處理過的信號電流，驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動；SENGSING口和GND口是接地，Vs和Vss是電源接口，是小車運動的能量源。驅(qū)動電路圖如圖3.9圖3.9 驅(qū)動電路圖3.4 顯示單元方案（1）：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,

39、且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.方案（2）：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。1602的驅(qū)動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實效果如：清屏、左移右移、光標(biāo)顯示。但是對于只顯示三位溫度值顯得浪費，又考慮到其價格較高，運用起來的復(fù)雜性，所以也不用此來顯示。方案（3）：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)字顯示器件，通過控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動電路驅(qū)動相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)

40、顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設(shè)計應(yīng)采用動態(tài)顯示方式。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時間應(yīng)不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應(yīng)用數(shù)碼管顯示。綜合比較上述兩種方案，應(yīng)采用數(shù)碼管顯示來組成本設(shè)計的顯示模塊。驅(qū)動電路如下：圖3.10 74hc573驅(qū)動四位數(shù)碼管電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 測距單元軟件設(shè)計 軟件設(shè)計主要完成超聲波的產(chǎn)生、計時、計算以及結(jié)果顯示的功能，它包括主程序、計算子程序、溫度采集子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序以及定時中

41、斷子程序。主程序主要完成寄存器、變量等的初始化、超聲波的產(chǎn)生以及部分子程序的調(diào)用。中斷子程序是用來響應(yīng)回波信號，當(dāng)有回波信號時，立即停止計時，然后轉(zhuǎn)入計算程序。程序流程圖如圖4.1 所示。 圖4.1測距單元軟件設(shè)計程序流程圖 誤差軟件修正由于回波信號經(jīng)過LM393 比較器之后， 沒有經(jīng)過鑒頻檢波電路， 直接將一系列脈沖信號送入STC89C52 單片機INT0 引腳，所以抗干擾較差。為此在中斷子程序中設(shè)置一個計數(shù)器， 對中斷次數(shù)進行計數(shù)，在500s 時間內(nèi)至少中斷三次時，才認(rèn)為有回波信號到達。經(jīng)過實驗，抗干擾效果較為理想。在測量障礙物的距離時，實驗證明被測對象的大小、表面的粗糙程度以及被測對象的

42、遠近不同，回波信號的強弱會發(fā)生變化， 產(chǎn)生的回波脈沖個數(shù)不相同。對象越小，信號越弱；距離越遠，信號也越弱。這樣造成單片機接收到的第一個脈沖與接收探頭接收到的第一個脈沖之間差值會隨被測物體的大小、表面的粗糙程度以及遠近的不同發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不同的誤差。為了減小這種誤差，系統(tǒng)采用了脈沖計數(shù)法進行校正，即在中斷中加入計數(shù)器對一次回波的脈沖個數(shù)進行計數(shù)，根據(jù)接收的脈沖個數(shù)可以判斷信號的強弱，從而對測量時間進行修正。程序見附錄二4.2 驅(qū)動調(diào)速單元軟件設(shè)計 調(diào)速的軟件實現(xiàn)該PWM調(diào)速器采用定時器0中斷方式產(chǎn)生PWM脈沖，PWM控制子程序也就是定時器0的中斷服務(wù)程序。同時它還產(chǎn)生采樣周期，即安照采樣周期

43、啟動A轉(zhuǎn)換，其程序流程圖4.2如下:圖4.2 驅(qū)動調(diào)速單元軟件設(shè)計流程圖 第5章 總結(jié)與展望5.1 設(shè)計技術(shù)上的優(yōu)缺點優(yōu)點：本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，較容易實現(xiàn)，總體設(shè)計合理，符合ITS的基本要求，是主流的智能化的信息融合技術(shù)設(shè)計理念，有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。超聲波，指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠。硬件簡單，容易實現(xiàn)測距范圍適中，測量誤差可以控制在1cm左右。有較強的抗干擾能力，精度較高。采用PWM信號對電動機進行調(diào)速，具有電路簡單，控制方便的特點，并且運行試驗表明調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，滿足調(diào)速功能的要求，具有較大的理論及實用價值。缺點：由于設(shè)計硬件成本和時間上的因素，小車設(shè)計的精確度

44、不是很高，且附加功能不是很多。5.2 發(fā)展趨勢智能化的信息融合技術(shù)是當(dāng)今智能汽車的發(fā)展前景,它使得車輛能夠利用多傳感器集成技術(shù)以及融合技術(shù), 結(jié)合環(huán)境信息、交通狀況信息做出一個最優(yōu)決策, 實現(xiàn)車輛自動感知前方的障礙物, 及時采進行避讓; 通過對前方信號的識別, 自動停車或運行; 通過對路標(biāo)的自動識別, 避免違章行為等, 從而可以大大降低車輛事故的發(fā)生, 同時減輕司機駕駛的負(fù)擔(dān), 盡量降低司機疲勞駕駛的可能性。當(dāng)然，智能汽車的發(fā)展還有很長的路要走，但是未來交通必然是由智能車主宰，再配合上智能交通系統(tǒng)，人們的夢想高速安全便捷的交通運輸將不再是夢。結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際

45、相結(jié)合的機會，通過這次智能避障小車的計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力。同時也提高了我查閱文獻資料、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 雖然我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容較多，過程也相對繁瑣，需要不斷地調(diào)試改善，但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種元器件的結(jié)構(gòu)特點，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)

46、用的。這對我今后在專業(yè)層面向著更高水平的發(fā)展大有裨益。從對基礎(chǔ)知識認(rèn)識的空白，到順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計，這也給了我很大的鼓舞和信心，讓我明白了一個道理：世上無難事，只要肯登攀，遇到任何困難都不可怕，堅定信心，努力鉆研，就有解決的辦法。所以盡管本次設(shè)計中還有很多需要完善的地方，比如實際硬件電路的不穩(wěn)定，排線布局的不合理等，但我想，隨著自己專業(yè)知識的不斷加強、綜合能力的不斷提高，這些問題最終是可以解決的。前方的路依然漫長，但立足本設(shè)計，我會更加努力！致謝 歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及張老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里，張老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)

47、度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計，是大學(xué)生涯中的最后一份答卷，四年的大學(xué)生活將因此劃上一個句號，但對于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯走得辛苦卻也收獲滿囊。在論文終于完工的時候，我的心里百感交集，思緒萬千，不禁想起了很多人，因為本設(shè)計能得以順利

48、完成，離不開他們的支持和幫助。尤其是在設(shè)計過程中，張教授給予我解決問題的思路和方法，并且在設(shè)計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對他們表示最真摯的感謝！同時也感謝家人及朋友的關(guān)心和支持，你們的幫助使我終生受益，我將永遠銘記。最后感謝評閱老師百忙之中抽出時間對本論文進行了評閱！參考文獻1 郁有文，常鍵，程繼紅傳感器原理及工程應(yīng)用西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20032 51系列單片機C程序設(shè)計與應(yīng)用方案 于京 (中國電力出版社)3 Phillip E.Allen ,Douglas R.Holberg.CMOS Analog circuit Design ,Second Edition

49、,19954 高玉奎. 電力電子技術(shù)問答. 中國電力出版社, 2004, 85 單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經(jīng)典 戢衛(wèi)平等編著 (冶金工業(yè)出版社)6曹偉華. 一款遙控車的電路剖析DB. 2004-09-24/2005-3-20.7徐銘澤，武明西，范展.遙控啟停電動車Z.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2004.8王良軍，呂云曾，王學(xué)剛.遙控啟停電動車Z.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2004.9路錦正，王建勤，等. 超聲波測距儀的設(shè)計J. 傳感器技術(shù)，2002，21（8）：29-34.10肖景和, 趙健. 紅外線、熱釋電與超聲波遙控電路M. 北京：人民郵電出版社，2003.11 Adel S. Sedra and K

50、eneth C. Smith. Microelectronic Circuits. 4th ed. New York：Oxford University Press,199812 U.Tietze Ch. Schenk. Electronic Circuits. Handbook for Design and Application, Berlin, New York: SpringerVerlag,2005附錄附錄 源程序/晶振=8M/MCU=STC10F04XE/P0.0-P0.6共陰數(shù)碼管引腳/Trig = P10/Echo = P32#include <reg52.h> /包括一個52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件#include <intrins.h>#include <math.h>#define uchar unsigned char /定義一下方便使用#define uint unsigned int#define ulong unsigned long /電機car/sbit en1=P17; /* L298的Enable A */ /控制后輪使能sbit s1=P12; /* L298的Input 1 */ sbit s2=P13; /* L298的Input 2 */ sbit en2=P16; /* L298的Enable