畢業(yè)論文-基于STC89C52單片機(jī)的智能超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、山東科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要近年來(lái)，我國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加，在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)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(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。目前，國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離為0.5m5m，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距中。設(shè)計(jì)根據(jù)聲波

2、在空氣中傳播反射原理，并且也介紹了基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距器。該設(shè)計(jì)由超聲波模塊HC-SR04、LED顯示電路、鍵盤控制電路以及報(bào)警模塊等部分組成，在探測(cè)范圍內(nèi)數(shù)碼管顯示出汽車與障礙物的距離，當(dāng)距離小于所設(shè)計(jì)的安全距離時(shí)，蜂鳴報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，輔助駕駛?cè)藛T能夠安全倒車駕駛。關(guān)鍵詞：超聲波；測(cè)距；STC89C52；HC-SR04；倒車?yán)走_(dá)AbstractIn recent years, the number of cars in China is increasing year by year. On highways, streets, parking lot, garage a

3、nd other crowded, narrow place when reversing, the driver should be forward-looking, want to look back again, a bit not careful collision occurs. Therefore. Increase the car rear view ability, detect obstacles of developing the back of my car reversing radar has become a hot research topic in recent

4、 years. Therefore, designed with the single chip processor as the core, the use of ultrasound to realize non-contact ranging reverse radar system. Work, ultrasonic transmitter continuously emit a series of consecutive pulse,For logic circuit provides a short pulse measurement. , the ideal measuring

5、distance of 0.5 m 5 m, so mostly used in the close distance such as car reversing radar. Design according to the principle of the reflected sound waves in the air, and also introduces the ultrasonic range finder based on STC89C52 single-chip microcomputer. The design by the ultrasonic transmitting,

6、LED detailed introduces the ranging system hardware composition. Ultrasonic receiving circuit using HC - SR04 transceiver discrete integrated ultrasonic probe, the module consists of ultrasonic emitter, receiver and control circuit.KEY WORD:Ultrasonic；Measure distance；STC89C52；HC-SR04；Reversing rada

7、r 目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 緒論11.1 項(xiàng)目研究背景11.2 目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法4第2章 總體設(shè)計(jì)方案及論證52.1 系統(tǒng)的總體框圖52.2 各模塊的功能6第 3 章 超聲波測(cè)距原理73.1 超聲波測(cè)試分析73.2超聲波測(cè)距模塊9第4章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)134.1 單片機(jī)STC89C52RC134.2 主控制模塊設(shè)計(jì)164.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)194.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)214.5 顯示電路的設(shè)計(jì)224.6聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)234.7 鍵盤模塊設(shè)計(jì)244.8 電源設(shè)計(jì)24第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)255.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)25

8、5.2 中斷處理程序285.3 顯示子程序285.4 距離計(jì)算子程序29第6章 總結(jié)和展望296.1 總結(jié)296.2 展望30致 謝31參考文獻(xiàn)32附件1：33 PCB圖、代碼及實(shí)物圖36附件243中英文翻譯43IV 第1章 緒論倒車?yán)走_(dá)又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了駕駛的安全性。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷提高，汽車已逐漸進(jìn)入不少百姓家。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導(dǎo)致的倒車交通安全問(wèn)題也非常嚴(yán)重，道路交通

9、壓力增加，交通安全問(wèn)題也是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在面臨如此嚴(yán)峻的交通安全問(wèn)題，許多涉及安全問(wèn)題的汽車輔助系統(tǒng)也紛紛現(xiàn)世。而本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)知識(shí)、傳感器知識(shí)等，進(jìn)行的汽車防撞裝置的設(shè)計(jì)，在汽車倒車時(shí)，這種裝置可以在駕駛員對(duì)車尾與障礙物體的距離遠(yuǎn)近無(wú)法目測(cè)和判斷時(shí)進(jìn)行報(bào)警。1.1 項(xiàng)目研究背景在現(xiàn)如今伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車價(jià)格的持續(xù)下降，吸引了越來(lái)越多的家庭去購(gòu)買自己的汽車。隨著汽車擁有量的增加，在享受汽車給我們帶來(lái)的便利的同時(shí)，由于汽車而產(chǎn)生的問(wèn)題也日益突出。大多數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員對(duì)倒車的基本方法很熟悉，然而很少的人知

10、道倒車是多么危險(xiǎn)。許多車隊(duì)的管理者坦言，在他們所有的機(jī)動(dòng)車事故中，30%60%是倒車事故。一個(gè)水平中等的駕駛員花費(fèi)在倒車上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足他們總駕駛時(shí)間的 1%。這意味著相比較而言，當(dāng)你向后移動(dòng)車輛時(shí)發(fā)生事故的可能性相當(dāng)高，在2002年汽車事故的發(fā)生比例中，倒車引起的事故占21%，倒車成為令人們頭痛的一項(xiàng)任務(wù)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)也在抱怨倒車是件費(fèi)力費(fèi)神的事。公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)的擁擠不堪，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生，針對(duì)這一情況，人們對(duì)汽車操縱的便捷提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車倒車給人們帶來(lái)的倒車問(wèn)題。有鑒于此，專門為汽車倒車所設(shè)計(jì)的“倒車?yán)走_(dá)”

11、應(yīng)運(yùn)而生， 倒車?yán)走_(dá)（Car Reversing Aid System）全稱“倒車防撞雷達(dá)”，又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，為倒車導(dǎo)向，提示方向盤該如何打。駕駛者可根據(jù)操作指示完成倒車工作。它的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動(dòng)強(qiáng)度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)，判斷和操作失誤，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，大量避免了由于倒車鏡死角和駕駛者目

12、測(cè)據(jù)誤差等原因說(shuō)引起的交通事故。同時(shí)在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和地圖導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)倒車的自動(dòng)控制，所以本課題的研究也將對(duì)最終實(shí)現(xiàn)汽車無(wú)人駕駛產(chǎn)生積極的意義。1.2 目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了五代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這五代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。 第一代：倒車時(shí)通過(guò)喇叭提醒 ?！钡管囌?qǐng)注意！”想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)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(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意

13、，從某種意義上來(lái)說(shuō)，它對(duì)駕駛員并沒(méi)有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，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_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，如果車后1.8m1.5m處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒(méi)有語(yǔ)音提示，也沒(méi)有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對(duì)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(jìn)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

14、顏色來(lái)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(xiǎn)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(shí)用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。 第四代：液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)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(guò)LCD顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿

15、生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知2m以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K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(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。 1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用超聲波測(cè)距原理，包括超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等幾個(gè)部分。駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制

16、下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)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(hào)，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于（1）將倒車自動(dòng)化從被動(dòng)防撞引向智能控制方向發(fā)展；（2）體現(xiàn)了“以人為本”的駕駛理念，倒車時(shí)駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加倒車的安全性和可靠性，并且它的應(yīng)用可減輕司機(jī)體力和腦力勞動(dòng)的強(qiáng)度；（3）它取代了傳統(tǒng)倒車對(duì)人的駕車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的依賴，使初學(xué)者不需要旁人指導(dǎo)也能根據(jù)提示完成復(fù)雜的倒車任務(wù)；（4）安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者

17、無(wú)論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車；（5）這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對(duì)汽車整車的影響，為應(yīng)用和普及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制模塊、測(cè)距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)算模塊、測(cè)距模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。 第2章 總體設(shè)計(jì)方案及論證2.1 系統(tǒng)的總體框圖本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路等。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用

18、系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制單元，當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定距離時(shí)，主控芯片將測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理。然后控制蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1。電源STC89C52主控制器模塊按鍵控制超聲波傳感器模塊 4位數(shù)碼管顯示模塊蜂鳴器報(bào)警模塊 圖2.1 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖2.2 各模塊的功能1.單片機(jī)主控模塊 電源啟動(dòng)后，單片機(jī)通過(guò)發(fā)送高電平對(duì)超聲波模塊進(jìn)行觸發(fā)。利用內(nèi)部的定時(shí)器判斷超聲波的收發(fā)時(shí)間。由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算出波源和障礙物的距離。并通過(guò)液晶模塊和報(bào)警

19、模塊體現(xiàn)出來(lái)，若距離小于設(shè)定的距離，單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。2.鍵盤模塊 按鍵1：復(fù)位鍵； 按鍵2：報(bào)警距離設(shè)定按鍵 按鍵3：自定義報(bào)警距離增加1cm 按鍵4：自定義報(bào)警距離減少1cm3. 超聲波模塊 超聲波模塊采用現(xiàn)成HC-SR04超聲波集成模塊，該模塊可提供 2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào)；（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試

20、距離=（高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/2；4.液晶顯示模塊采用4位共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示模式，用來(lái)顯示實(shí)時(shí)距離。5.蜂鳴器報(bào)警電路 在本系統(tǒng)工作過(guò)程中，若測(cè)得的距離小于設(shè)定距離，蜂鳴器會(huì)進(jìn)行報(bào)警。第3章 超聲波測(cè)距原理3.1 超聲波測(cè)距分析 最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，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(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)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

21、與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖3.1所示。 圖3.1 超聲波的測(cè)距原理 （3-1） （3-2）式中:L-兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度; t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間.將（3-2）、（3-3）代入（3-1）中得： ( 3-4)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=

22、349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則(3-4)變?yōu)? ( 3-5) 而超聲波在空氣中的傳播速度是340m/s,所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測(cè)量的距離H。根據(jù)超聲波測(cè)距原理，超聲波收發(fā)設(shè)備應(yīng)該完成超聲波脈沖的發(fā)射以及回波首波的精確檢測(cè)。從結(jié)構(gòu)上可以將收發(fā)設(shè)備分為收發(fā)一體換能器和收發(fā)分立換能器，這兩種形式各自有優(yōu)缺點(diǎn)。收發(fā)一體超聲波換能器由于超聲波發(fā)射和接收在一個(gè)口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關(guān)系，因此其近距離的測(cè)量精度高。但是也由于收發(fā)共用端口的原因，導(dǎo)致了在發(fā)射完成脈沖序列之前不能夠開始接收，這就導(dǎo)致了盲區(qū)的存在，這在原理是是不能消除的。收發(fā)分立超聲波

23、換能器雖然在近距離上可以進(jìn)行測(cè)量，近乎沒(méi)有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會(huì)形成一個(gè)三角關(guān)系，從而導(dǎo)致其近距離上的測(cè)量相對(duì)誤差極大。而在電路上，由于收發(fā)一體的超聲波換能器的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路和接收極的接收檢測(cè)電路彼此相連，導(dǎo)致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設(shè)計(jì)工作。雖然收發(fā)分立形式也存在串?dāng)_的缺點(diǎn)，但其是可以通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)消除的。從總體上來(lái)說(shuō)，收發(fā)分立在應(yīng)用上更加簡(jiǎn)單、可靠，本次設(shè)計(jì)采用收發(fā)分立形式換能器。3.2 超聲波測(cè)距模塊3.2.1 HC-SR04超聲波模塊介紹 本設(shè)計(jì)的超聲波模塊采用現(xiàn)成的HC-SR04超聲波模塊，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。

24、模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。基本工作原理：采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào);模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2。其中VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。實(shí)物如下圖3.2。 圖3.2 HC-SR04超聲波模塊超聲波探測(cè)模塊HC-SR04的使用方法如下：IO口觸發(fā)，給TRIG口至少10us的高電平，啟動(dòng)測(cè)量；模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40Khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)

25、是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*340）/2，單位為m。程序中測(cè)試功能主要由兩個(gè)函數(shù)完成。超聲波測(cè)距模塊HC-SR04時(shí)序圖如圖3.3所示。 圖3.3 超聲波時(shí)序圖超聲波探測(cè)模塊HC-SR04的原理圖如圖3.4所示。 圖3.4 超聲波探測(cè)模塊HC-SR04原理圖根據(jù)HC-SR04的原理圖，HC-SR04測(cè)距模塊時(shí)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。采用的電源芯片MAX232為超聲波換能器提供了合適的電壓，驅(qū)動(dòng)換能器正常工作。它采用了單片機(jī)EM78P135作為控制器，完成了對(duì)外部觸發(fā)信號(hào)的檢測(cè)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)、檢測(cè)

26、回波首波信號(hào)等工作。與此同時(shí)其還肩負(fù)著控制電路的開啟，處理超聲波換能器的橫向干擾，并且消除電路固定延時(shí)影響等工作。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，選用這種測(cè)距模塊將極大減少設(shè)計(jì)的工作，降低設(shè)計(jì)的成本。 超聲波探測(cè)模塊HC-SR04的電氣參數(shù)如圖3.5所示。 圖3.5 HC-SR04的電氣參數(shù)3.2.2 HC-SR04總體性能分析由于HC-SR04在設(shè)計(jì)上的較為周全的考慮，使得其的精度較高。但是由于其基于性價(jià)比優(yōu)先的設(shè)計(jì)思路，其采用了應(yīng)用廣泛、性價(jià)比較高的經(jīng)典設(shè)計(jì)，即在回波接收處理電路中采用了放大、濾波、放大、過(guò)零檢測(cè)的方法。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成化、小型化，但是由于回波信號(hào)隨著測(cè)量距離的變化將發(fā)生劇烈變化，

27、這將極大增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，過(guò)零檢測(cè)電路的參考電壓的設(shè)置將極為困難。1. 由于空氣氣流的起伏、目標(biāo)的形狀和粗糙度不同、傳感器的響應(yīng)特性較差等原因，使得傳感器的回波信號(hào)不是一個(gè)規(guī)則信號(hào)，有較大的不確定性，給觸發(fā)閥值的設(shè)置帶來(lái)難度，從而使首波的檢測(cè)發(fā)生錯(cuò)誤。從而帶來(lái)了測(cè)距的不確定性。2. 由于測(cè)量距離、超聲的入射角度、反射介質(zhì)等方面的不同，使得接收換能器所獲得的回波幅度相差很大。使用單一電平閾值時(shí)，若設(shè)置的閉值過(guò)高，則可能使較微弱回波漏觸發(fā)，出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤;若閾值過(guò)低，則可能出現(xiàn)的測(cè)量相位誤差如圖3.6所示：圖3.6 閾值過(guò)低時(shí)可能出現(xiàn)的測(cè)量相位誤差由于測(cè)距模塊的集成化、小型化的設(shè)計(jì)需求，所以選用的

28、是低壓、小型換能器，其發(fā)射功率較小，這就直接決定了它的測(cè)量距離的不足。再加上換能器的發(fā)射角較大，能量不夠集中，這更是減小了其探測(cè)范圍。測(cè)距能力的不足，一定程度上意味著對(duì)較近距離的小體積物體探測(cè)能力的不足。第4章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)STC89C52RC4.1.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)中選用的宏晶科技的STC89C52RC型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用CMOS工藝的8位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8K Flash存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器。由于一般的距離測(cè)量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá)

29、s級(jí)，則其計(jì)時(shí)精度為 s級(jí)，完全可以滿足系統(tǒng)測(cè)量的要求，并且成本較低，所以本設(shè)計(jì)中選用STC89C52RC型號(hào)的單片機(jī)。STC89C52RC單片機(jī)，基于STC89C51內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)STC89C51,速度快812倍，帶ADC，4路PWM,雙串口，有全球唯一ID號(hào)，加密性好，抗干擾強(qiáng)。STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖如圖4.1所示。 圖4.1 STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾

30、多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/

31、12T可選。STC89C52單片機(jī)的基本組成框圖見(jiàn)圖4.2。圖4.2 STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖4.1.2 單片機(jī)主要特性1. 一個(gè)8 位的微處理器(CPU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供1K 的RAM。3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將RAM 和ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的

32、89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個(gè)8 位并行IO 接口P0P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會(huì)提供3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5 個(gè)中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個(gè)中斷源。7. 一個(gè)全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)

33、與微機(jī)之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)：STC89C52系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 STC89C52單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、

34、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。89C52單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。4.2 主控制模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的主控制模塊包括：STC89C52RC單片機(jī)，復(fù)位電路，超聲波測(cè)距模塊，時(shí)鐘電路。主控制最小系統(tǒng)電路如圖4.3所示。 圖4.3 主控制最小系統(tǒng)電路電路中用到3個(gè)按鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵，一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵。按下設(shè)置鍵，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警距離設(shè)置界面，默認(rèn)的報(bào)警距離是0.5米。當(dāng)按一下加鍵時(shí)，設(shè)置距離加一厘米，當(dāng)按一下減鍵時(shí)，設(shè)置距離減一厘米。硬件電路總設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖4.

35、4，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件：STC89C52RC、超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。其中D1為電源工作指示燈。圖 4.4 總設(shè)計(jì)電路圖4.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖4.5所示，時(shí)鐘電路主要結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。 Y1為12MHZ晶體振蕩器，單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，C2與C3為負(fù)載電容。晶振與單片機(jī)的腳XTAL2和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生諧波，這個(gè)諧波對(duì)電路的影響不大，但

36、會(huì)降低電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性起見(jiàn)，在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)10pf-50pf的瓷片電容接地來(lái)削減諧波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響,所以晶振所配的電容的值處在10pf-50pf之間都可以，本設(shè)計(jì)C2和C3采用0.1f。51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)處理速度，頻率越大處理速度越快，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。 圖4.5 時(shí)鐘電路4.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如圖4.6所示，具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種功能，上電復(fù)位電路是由電容C與電阻R串聯(lián)組成，電容接VCC，電阻接地，RESET腳接在它們中間，當(dāng)上電時(shí)，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)電阻上的電壓等于VC

37、C，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后電阻電壓逐漸變小直至為0，以達(dá)到上電復(fù)位的目的。同時(shí)只要按下S1按鍵，同樣可以達(dá)到復(fù)位的目的。 當(dāng)VCC上電時(shí)，C充電，在10K電阻R上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10K電阻R上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S1，C放電。S松開，C又充電，在10K電阻R上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作的狀態(tài)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C的大小影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用1030uF，單片機(jī)最小系統(tǒng)電容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 圖4.6 單片機(jī)復(fù)位電路原理圖4.5 顯示電路的設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的顯示要求比較簡(jiǎn)

38、單，測(cè)量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。只需能顯示0-9的數(shù)字，且顯示穩(wěn)定無(wú)閃爍即可。因此顯示部分采用七段半導(dǎo)體數(shù)碼管即LED。根據(jù)各管的極管接線形式，可分為共陰極型和共陽(yáng)極型。在共陰極接法中，LED數(shù)碼管的a-g七個(gè)發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不發(fā)亮。而在共陽(yáng)極接法中，剛好與共陰極接法相反。LED數(shù)碼管具有亮度大，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。LED顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式，電路結(jié)構(gòu)圖如圖4.7所示。 本設(shè)計(jì)通過(guò)軟件的編譯來(lái)實(shí)現(xiàn)由二進(jìn)制到BCD碼的轉(zhuǎn)化，從而簡(jiǎn)化了顯示電路。但是，在制作超聲波測(cè)距系統(tǒng)的過(guò)程中，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示，電流較小，LED雖然有顯示但是

39、比較暗，因此顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,位碼用9012驅(qū)動(dòng)。 圖4.7 顯示電路原理圖本設(shè)計(jì)的顯示電路采用四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管利用單片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字型碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。實(shí)際設(shè)計(jì)中本電路單片機(jī)的P1.0至P1.7依次控制段碼a、b、c、d、e、f、g、h。利用P3.4、P3.5、P3.6、P3.7口控制位選，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的目的。顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,位碼用9012驅(qū)動(dòng)。4

40、.6聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)進(jìn)行放大電流。蜂鳴器模塊的電路圖如圖4.8所示。圖4.8 聲音報(bào)警電路4.7 鍵盤模塊設(shè)計(jì)本按鍵模塊使用的是多位獨(dú)立按鍵，按鍵一端接IO口，一端接地，由于單片機(jī)的IO口都有內(nèi)部上拉，因此當(dāng)按鍵沒(méi)有按下的時(shí)候，IO檢測(cè)到的時(shí)候高電平，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，相當(dāng)于IO短接地，因此這時(shí)候單片機(jī)檢測(cè)到的電平為低電平，通過(guò)檢測(cè)不同時(shí)刻的IO口狀態(tài)就可以判斷按下的是哪個(gè)按鍵。 圖4.9 鍵盤模塊電路圖4.8 電源設(shè)計(jì) 出于實(shí)際應(yīng)用的考慮，本設(shè)計(jì)的電源采用3節(jié)5號(hào)干電池4.5

41、V供電，可以同時(shí)滿足實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)因素的考慮。電源接口電路如圖4.9所示。當(dāng)電源接通時(shí)，二極管發(fā)光，表示系統(tǒng)正在工作。開關(guān)控制采用自鎖開關(guān)，圖中P2為電源盒接口或USB輸入的接口，SW1為電源開關(guān)，用來(lái)接通電源或斷開電源。 圖4.9 電源接口電路第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報(bào)警等。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離、蜂鳴器報(bào)警和數(shù)碼管顯示。5.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的控制核心是單

42、片機(jī)，軟件主要完成測(cè)量過(guò)程控制、精確計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果處理等功能。主程序?qū)φ麄€(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，由單片機(jī)的IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給測(cè)距模塊輸入端最少10us的高電平信號(hào)，模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，同時(shí)將定時(shí)器T0啟動(dòng)。有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。然后調(diào)用距離計(jì)算的子程序，再根據(jù)定時(shí)器T0記錄的時(shí)間計(jì)算出所需要測(cè)量的距離，然后再調(diào)用顯示子程序，再將測(cè)出的距離以十進(jìn)制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)調(diào)用聲音處理程序來(lái)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。最后主程序通過(guò)對(duì)P3.3端口返回的高電

43、平的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說(shuō)明接收到了回波信號(hào)，那么主程序就返回到初始端重新將回波接收標(biāo)志位置位并且在單片機(jī)的TRIG端口上發(fā)送10us的高電平信號(hào)到超聲波發(fā)射電路，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離。其中，N為計(jì)數(shù)器的值，聲速的值取為340m/s綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)主程序的流程圖如圖5.1所示。開始開始單片機(jī)初始化初始化定時(shí)器T0發(fā)射超聲波檢測(cè)是否有回波NO NO開啟定時(shí)器YES讀取計(jì)數(shù)值計(jì)算距離蜂鳴報(bào)警LED數(shù)

44、碼管顯示標(biāo)志位清零 圖5.1 主程序工作流程圖5.2 中斷處理程序 負(fù)責(zé)計(jì)算車尾與障礙物之間的距離是INT0的中斷程序。根據(jù)前面的對(duì)超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號(hào)后，超聲波測(cè)距模塊就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平送至單片機(jī)的P3.3引腳，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器T0就立即被關(guān)閉，同時(shí)讀取返回的高點(diǎn)平的持續(xù)時(shí)間值，并給回波接收標(biāo)志位清零即成功接收到回波信號(hào)。中斷處理程序的程序流程圖如圖5.2所示。 圖5.2 中斷處理程序流程圖5.3 顯示子程序在顯示數(shù)據(jù)時(shí)，為了節(jié)省I/O端口資源，降低功耗，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示的方法。其中P1口是段碼，低電平有效。P3

45、口是位碼，低電平有效。P3.7口控制最高位，一直到P3.4口控制最低位。究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的位選端，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字的動(dòng)態(tài)顯示。四個(gè)數(shù)碼管的段碼都是P1口的輸出,即四個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的,為了使其分別顯示不同的數(shù)字,對(duì)已處理數(shù)據(jù)查表從高位顯示，經(jīng)過(guò)延時(shí)再顯示第二位、再經(jīng)過(guò)一段延時(shí)，依次下去直到最低位，然后循環(huán)。這樣測(cè)試結(jié)果可通過(guò)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方法顯示出來(lái)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及

46、發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的。顯示子程序的流程圖如圖5.3所示。 圖5.3 顯示子程序的流程圖 5.4 距離計(jì)算子程序在主程序中已經(jīng)介紹了障礙物距離的計(jì)算公式為：S=(V*T0)/2=17T0/1000cm（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值），由于本次設(shè)計(jì)使用的是程序語(yǔ)言，所以需要調(diào)用乘法與除法子程序。距離計(jì)算程序的流程圖如圖5.4所示。 圖5.4 距離計(jì)算子程序流程超聲波距離計(jì)算方法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體（障礙

47、物）后反射回來(lái)，回波被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)射超聲波到接收到超聲波信號(hào)所用的時(shí)間，就可以利用上述公式計(jì)算出超聲波發(fā)生器與被測(cè)物體之間的距離。在啟動(dòng)發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)的同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射與接收到回波之間的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波（回波）時(shí)，接收芯片在INT1端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差T0。第6章 總結(jié)和展望6.1 總結(jié) 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來(lái)越廣。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)

48、及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。 本設(shè)計(jì)主要是基于STC89C52芯片為核心的超聲波測(cè)距儀，并有HC-SR04超聲波測(cè)距模塊、數(shù)碼管顯示等器件組成，包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機(jī)復(fù)位電路、LED顯示電路和按鍵電路，主要實(shí)現(xiàn)車輛超聲波測(cè)距并報(bào)警功能。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、抗干擾性能好，

49、若要滿足更高的精度要求，還須進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。在某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用中，還要考慮超聲波的人射角、反射角以及超聲波傳播介質(zhì)的密度、表面光滑度等因素。本系統(tǒng)不僅適用于車輛距離報(bào)警系統(tǒng)，還適用于水文液位測(cè)量，應(yīng)用范圍較廣。6.2 展望本設(shè)計(jì)還可以在幾個(gè)方面進(jìn)行修改完善，進(jìn)而使得本設(shè)計(jì)的測(cè)距儀功能更加完善，諸如：1因?yàn)槌暡ㄌ筋^的限制，本設(shè)計(jì)裝置在溫度不同的環(huán)境下測(cè)量誤差也不一樣，所以要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)探頭進(jìn)行合適的更換。2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不高，當(dāng)與向障礙物移動(dòng)速度小的時(shí)侯，能夠穩(wěn)定測(cè)量并穩(wěn)定顯示，但是如果移動(dòng)速度太大就會(huì)使誤差也逐漸增大。3本設(shè)計(jì)中并沒(méi)有溫度補(bǔ)償模塊，主要是本設(shè)計(jì)做為倒車?yán)走_(dá)使用對(duì)精確的距離要求

50、不高主要是起到警報(bào)的作用，所以沒(méi)有采用溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果在設(shè)計(jì)中考慮到溫度補(bǔ)償這個(gè)模塊，并添加到設(shè)計(jì)中去，那么整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)更完善。4整個(gè)設(shè)計(jì)利用的是超聲波模塊設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，編程容易，完全能實(shí)現(xiàn)功能要求。汽車倒車?yán)走_(dá)所涉及的學(xué)科的內(nèi)容比較多，諸如傳感器、單片機(jī)等，現(xiàn)在各個(gè)學(xué)科還在不斷的發(fā)展之中，相信也將推動(dòng)這個(gè)系統(tǒng)功能的更加完善，并且應(yīng)用將更為廣泛。 致 謝首先，我要感謝張瑞老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，在我畢業(yè)論文寫作期間，老師給我提供了各方面知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒(méi)有您這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您表示由衷的感激。接著，我要

51、感謝我的室友給了我很多寶貴的意見(jiàn)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短3個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見(jiàn)，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。感謝山東科技大學(xué)，感謝您為我提供了4年大學(xué)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，也許我馬上就要離開，但我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記在這4年中哭過(guò)、笑過(guò)的回憶。參考文獻(xiàn)1 Vizimuller. RFdesign Guide-systems,cCrcuits,and Equations M.Boston：ArtechHouse，1995.2Keil Software.The Final WorldOnthe 8051M. Germany：Keil.Elektronik Gmbh and Keil

52、 software，1997.3 梁小流，梁建和.基于89S52汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)電工程技術(shù)，2011，10(4)：4951.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無(wú)線安防報(bào)警器 J. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2004.6 薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2005.7 徐愛(ài)鈞, 彭秀華. 單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.8 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 北京

53、: 高等教育出版社, 2004.9高海生，楊文煥.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M.成都：西南交通大學(xué)出版社，1996.10張友德，趙志英，涂時(shí)亮.單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1997.附件1：電氣原理圖PCB圖程序代碼：#include /調(diào)用單片機(jī)頭文件#define uchar unsigned char /無(wú)符號(hào)字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無(wú)符號(hào)整型 宏定義變量范圍065535#include #include eeprom52.h/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 56 7 8 9uchar code smg_d

54、u=0 x28,0 xee,0 x32,0 xa2,0 xe4,0 xa1,0 x21,0 xea,0 x20,0 xa0, 0 x60,0 x25,0 x39,0 x26,0 x31,0 x71,0 xff; /斷碼uchar dis_smg8 =0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8;/數(shù)碼管位選定義sbit smg_we1 = P34; /數(shù)碼管位選定義sbit smg_we2 = P35;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;sbit c_send = P32;/超聲波發(fā)射sbit c_rec

55、ive = P33;/超聲波接收sbit beep = P23; /蜂鳴器IO口定義uchar smg_i = 3; /顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)bit flag_300ms ;long distance; /距離uint set_d; /距離uchar flag_csb_juli; /超聲波超出量程uint flag_time0; /用來(lái)保存定時(shí)器0的時(shí)候的uchar menu_1; /菜單設(shè)計(jì)的變量/*1ms延時(shí)函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j120;j+);/*處理距離函數(shù)*/void smg_display()

56、dis_smg0 = smg_dudistance % 10;dis_smg1 = smg_dudistance / 10 % 10;dis_smg2 = smg_dudistance / 100 % 10 & 0 xdf; ;/*把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eeprom中*/void write_eeprom()SectorErase(0 x2000);byte_write(0 x2000, set_d % 256);byte_write(0 x2001, set_d / 256);byte_write(0 x2058, a_a);/*把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來(lái)*/void read_

57、eeprom()set_d = byte_read(0 x2001);set_d = 8;set_d |= byte_read(0 x2000);a_a = byte_read(0 x2058);/*開機(jī)自檢eeprom初始化*/void init_eeprom()read_eeprom();/先讀if(a_a != 1)/新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問(wèn)eepromset_d = 50;a_a = 1;write_eeprom(); /保存數(shù)據(jù)/*獨(dú)立按鍵程序*/uchar key_can; /按鍵值void key() /獨(dú)立按鍵程序static uchar key_new;key_can = 2

58、0; /按鍵值還原P2 |= 0 x07;if(P2 & 0 x07) != 0 x07)/按鍵按下delay_1ms(1); /按鍵消抖動(dòng)if(P2 & 0 x07) != 0 x07) & (key_new = 1)/確認(rèn)是按鍵按下key_new = 0;switch(P2 & 0 x07)case 0 x06: key_can = 3; break; /得到k2鍵值case 0 x05: key_can = 2; break; /得到k3鍵值case 0 x03: key_can = 1; break; /得到k4鍵值else key_new = 1;/*按鍵處理顯示函數(shù)*/void key_with()if(menu_1 = 1)/設(shè)置報(bào)警if(key_can = 2)set_d + ;/加1