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1、題題 目目 基于單片機的汽車倒車雷達設(shè)計目目 錄錄摘要摘要 .21. 緒論 .11.1 課題提出的意義.11.2 國內(nèi)外研究發(fā)展及現(xiàn)狀.11.3 本設(shè)計的主要工作.22. 測距原理及系統(tǒng)框架設(shè)計.22.1 超聲波測距原理.22.2 超聲波傳感器.33. 系統(tǒng)電路設(shè)計.53.1 電路設(shè)計總框圖.53.2 發(fā)射電路與接收電路設(shè)計.53.3 顯示電路設(shè)計.63.4 報警電路設(shè)計.83.5 系統(tǒng)復位電路設(shè)計.103.6 按鍵模塊.114. 系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計.114.1 硬件設(shè)計.114.2 軟件設(shè)計.125. 仿真與調(diào)試.145.1 調(diào)試操作.145.2 系統(tǒng)原理仿真圖.145.3 實物調(diào)試.155

2、.4 實物焊接.166. 結(jié)論 .17參考文獻 .17致謝 .19基于單片機的汽車倒車雷達設(shè)計基于單片機的汽車倒車雷達設(shè)計摘要摘要 ：倒車雷達作為汽車停車時的安全輔助裝置，在生活中有著廣泛的應用。本課題基于STC89C51 單片機，設(shè)計了一種基于單片機的汽車倒車雷達，由 HC-SR04 超聲波模塊發(fā)射超聲波控制信號，通過測量回波時間計算距離。該系統(tǒng)主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件部分主要有發(fā)射接收模塊，電路模塊組成，軟件部分主要為控制程序設(shè)計。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：單片機 ；倒車輔助系統(tǒng)；測距Design of Car Reversing Aid System Based on STC89C51 MC

3、UAbstract: As a safety auxiliary device for car parking, reversing radar has a wide range of applications in life. Based on STC89C51 microcontroller, this paper designs a car reversing radar based on single chip microcomputer, and launches ultrasonic control signal from HC-SR04 ultrasonic module, an

4、d calculates the distance by measuring echo time. The system is mainly divided into hardware design and software design. The hardware part mainly consists of transmitting and receiving module, circuit module , software part mainly consists of program design. .Key words: Single chip microcomputer; Re

5、verse assistant system; ranging 11. 緒論1.1 課題提出的意義隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車作為代步工具走入了很多家庭，隨之而來的是交通擁堵和交通事故頻發(fā)，而部分交通事故是由于倒車不慎引起的，故倒車雷達的應用具有重要的社會意義。目前市面上主要有三種輔助倒車裝置，分別為語音提示裝置、車載后視裝置和倒車雷達裝置。語音提示裝置針對的對象是汽車后方的人，當車輛在倒車時，語音提示裝置會發(fā)出警示語來提示車后的人，該裝置價格便宜且使用方便，但適用范圍較窄，只能對車輛后方的人進行提醒，不能輔助駕駛員進行倒車，具有一定的安全隱患；車載后視裝置通過汽車后方的視頻捕捉裝置來實時顯示

6、車后面的障礙物，該設(shè)備在夜間工作效果不佳，需要配備紅外攝像頭才能對后方的物體進行拍攝，故成本較高，還沒有完全普及1。倒車雷達也被稱作為“輔助泊車裝置” ，駕駛系統(tǒng)在停車或倒車時會通過提示音來通知駕駛員來了解車后的狀況，幫助駕駛員省去了不必要的麻煩，提高駕駛員的安全。蝙蝠通過發(fā)出超聲波來躲避障礙物，而倒車雷達就是基于這一原理設(shè)計而成的?，F(xiàn)在各個領(lǐng)域所使用的雷達原理基本是一致的3。通過汽車尾部的超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波并判斷是否有回聲來判斷后方是否有障礙物。市場上汽車倒車雷達系統(tǒng)較為普遍，在此基礎(chǔ)上新增了判斷后方障礙物距離的功能，當駕駛員在倒車時啟動倒車雷達，通過安裝在汽車后方的超聲波發(fā)生裝置發(fā)射超

7、聲波并記錄下收到回波的時間，來計算汽車與后方障礙物的距離。當距離小于安全距離時報警器發(fā)出報警聲提醒司機 2。1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展及現(xiàn)狀在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，交通問題日益突出，倒車安全越來越受到重視，一旦發(fā)生倒車事故，不僅僅會產(chǎn)生經(jīng)濟糾紛，更有可能對人身安全產(chǎn)生威脅。因此，雷達倒車裝置應運而生。為了解決駕駛員倒車時的安全隱患，提高倒車的安全系數(shù)，倒車雷達通過顯示汽車與障礙物的距離來提醒駕駛員汽車后方障礙物的情況，解決了視覺盲區(qū)和視線模糊的問題，提高了駕駛員倒車的安全性。在過去的幾十年里，人們在對汽車上的研究只專注于汽車被動安全性方面。但是這些被動安全裝置如安全帶、安全氣囊還不足以保證駕駛員

8、的人身和財產(chǎn)安全。經(jīng)過六代技術(shù)的發(fā)展，倒車雷達技術(shù)已經(jīng)越來越成熟。前兩代倒車系統(tǒng)嚴格意義上并不是雷達倒車，對駕駛員并沒有直接的幫助。第三代倒車系統(tǒng)是數(shù)碼顯示倒車系統(tǒng)，可以顯示汽車與障礙物的距離，但精度較低。第四代倒車系統(tǒng)顏色清晰，外表美觀，但抗干擾能力較弱。第五代倒車系統(tǒng)結(jié)合前四代倒車系統(tǒng)的優(yōu)點，功能較多，更為先進。第六代倒車系統(tǒng)配置比較高端，應用較少，價格較貴5。目前市場上有很多外國公司生產(chǎn)的倒車雷達設(shè)備，國內(nèi)的一些公司也推出了相應的倒車雷達裝置，但由于技術(shù)差距，國內(nèi)的倒車雷達裝置在質(zhì)量上還是比不上外國生產(chǎn)的倒車2雷達裝置。美國、日本、德國工業(yè)起步較早，在半導體技術(shù)和集成電路技術(shù)方面占有優(yōu)勢

9、，在倒車雷達方面技術(shù)較為成熟6，而隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)外都擁有了較為先進的倒車雷達系統(tǒng)。倒車雷達裝置的功能在于可以探測空的停車位，并通過語音信息或者屏幕顯示通知駕駛員，駕駛員通過信息提示后尋找空的停車位，當駕駛員在倒車時，倒車系統(tǒng)實時監(jiān)測汽車的位置狀態(tài)，并給出最安全的停車路線和停車角度。日本豐田汽車公司研制出一種可以全自動泊車的導航系統(tǒng)7，當導航系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個合適的停車位后，汽車的顯示屏上就會實時顯示車后的畫面，駕駛員只需要確認停車的位置，導航系統(tǒng)就能準確的將車輛停入到泊車位中，現(xiàn)在這種高端停車系統(tǒng)在汽車中已經(jīng)運用的越來越廣泛。1.3 本設(shè)計的主要工作 本系統(tǒng)設(shè)計工作主要由三個部分組成，

10、第一個部分即連接各個模塊的硬件電路，分別為超聲波發(fā)射與接收模塊、按鍵模塊、顯示模塊和報警模塊，該部分需要掌握各個模塊的原理，根據(jù)該設(shè)計需要完成的功能，按照電路仿真原理圖對各個模塊進行連接；第二個部分是軟件模塊，本設(shè)計采用 keil 進行程序編寫工作，將編寫好的程序燒錄進 51 單片機中來對系統(tǒng)進行調(diào)試，進而實現(xiàn)各個硬件部分的功能；第三個部分是仿真模塊，本設(shè)計采用Proteus 軟件來進行倒車雷達原理仿真圖的設(shè)計，將編寫好的程序燒錄進單片機中來進行調(diào)試并實現(xiàn)相應的功能。2. 測距原理及系統(tǒng)框架設(shè)計2.1 超聲波測距原理汽車倒車雷達測距根據(jù)超聲波測距原理，由控制模塊發(fā)出超聲波，接收模塊接收返回的超

11、聲波，根據(jù)計算兩者之間的時間差來計算汽車與障礙物的實際距離，計時器從超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波時開始計時，如果超聲波在傳輸?shù)耐局杏龅秸系K物，則產(chǎn)生回波，超聲波計時器接收到回波信號即停止計時，再由處理單元計算兩者的時間差得到汽車與障礙物之間的距離，若接收器沒接收到回波，則表明汽車后方無障礙物，可以安全停車。本設(shè)計的系統(tǒng)原理圖如圖 2-1 所示。3定定時時器器控控制制計計算算傳傳輸輸調(diào)調(diào)制制計計時時4 40 0K K振振蕩蕩增增益益放放大大超超聲聲波波發(fā)發(fā)射射超超聲聲波波接接收收障障礙礙物物圖 2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2 超聲波傳感器超聲波是一種高頻聲波，其優(yōu)點在于：能耗較低、指向性較強且傳播距離較遠

12、，常用于測距，如測距儀和物位測量儀等。除了車載雷達的應用之外，還可以使用超聲波測距技術(shù)來探測井的深度和管道的長度。這些應用大多是利用超聲波檢測迅速，方便，準確，簡單，易于控制等優(yōu)點，并能滿足實際需要。因此，它更廣泛地應用于測量和控制系統(tǒng)中。超聲波傳感器是一種可以將超聲波能轉(zhuǎn)化成通常便與測量的能量的裝置。有兩種類型傳感器，一種是流體動力型，另一種是電聲型。電聲型又分三種類型，分別為壓電傳感器，靜電傳感器和磁致伸縮傳感器。流體動力型又分為兩種類型，即液體和氣體。超聲波傳感器在針對不同使用情形有著不同的頻率和不同的結(jié)構(gòu)。而在不同的領(lǐng)域也有不同的名稱，例如在超聲診斷中把超聲傳感器稱為“探頭” ，而在工

13、業(yè)流體動力學中又叫“哨” 。壓電傳感器時一種電聲類型傳感器。它是超聲波檢測裝置的重要組成部分。探頭由壓電晶片、連接器等組成，壓電傳感器是超聲波檢測中最常用的傳感裝置，可以通過壓電傳感器實現(xiàn)聲能和電能的相互轉(zhuǎn)換。壓電材料可分為兩類：一種是晶體，如石英等；另一類是壓電陶瓷，如鈦酸鋇等。它們具有一些獨特的性質(zhì)：在電場中放置壓電材料會發(fā)生形變；如果該材料受到外力作用，內(nèi)部會應形變而產(chǎn)生有方向的電場。因此，只需要對壓電材料施加交變的電場，就會因形變而震動產(chǎn)生超聲振動。因此，壓電材料在超聲波傳感器上應用越來越廣泛。其示意圖如圖 2-2 所示。4共共振振板板電電極極壓壓電電晶晶片片圖 2-2 超聲波探頭示意

14、圖壓電晶片是超聲波傳感器的一個重要組成部分。逆壓電效應即當壓電晶片受到單片機發(fā)送脈沖信號而產(chǎn)生的振動。相反，正壓電效應是當超聲波作用于晶片時由振動引起的形變，這種形變可相應的可轉(zhuǎn)化成電信號。超聲波發(fā)射模塊需要發(fā)射超聲波，故采用逆壓電效應，而接受模塊需要將接收的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號，則采用正壓電效應。由于它需要的材料較少，而且價格較為便宜，故在生活中有很廣泛的應用。當交流電壓施加到壓電材料上后，壓電晶片會由于壓電效應而產(chǎn)生形變，其方向大小在某種程度上與所施加的外部交流電壓的方向大小成比例。也就是說，將一個固定頻率的電流電壓施加到壓電晶片中，壓電晶片就會產(chǎn)生于交流電壓頻率相同的振動信號，通過介質(zhì)產(chǎn)生

15、超聲波并發(fā)送。當壓電晶片收到機械波時，會使壓電晶片產(chǎn)生與機械波一致的形變程度，從而產(chǎn)生相同頻率的電信號。其發(fā)射與接收的實物如圖 2-3 所示。圖 2-3 超聲波發(fā)射與接收圖53. 系統(tǒng)電路設(shè)計3.1 電路設(shè)計總框圖系統(tǒng)電路由單片機進行控制，電路設(shè)計主要包括超聲波測距電路，數(shù)碼管顯示電路，報警電路和按鍵電路。電路設(shè)計流程圖如圖 3-1 所示。超超聲聲波波測測距距模模塊塊S ST TC C8 89 9C C5 51 1數(shù)數(shù)碼碼顯顯示示蜂蜂鳴鳴器器報報警警按按鍵鍵設(shè)設(shè)置置驅(qū)驅(qū)動動5 5V V直直流流穩(wěn)穩(wěn)壓壓圖 3-1 電路設(shè)計總框圖3.2 發(fā)射電路與接收電路設(shè)計超聲波發(fā)生裝置在發(fā)射超聲波時，其工作頻

16、率必須為 40khz。當工作頻率在 40khz 時，接收到的回波信號強度最好，測量精度最高，測量距離最遠，當工作頻率低于 40khz 或高于 40khz 時，接收回波信號強度和靈敏度都偏低，測量距離不遠。選擇電容或電感來產(chǎn)生40hkz 的發(fā)射信號，但是這兩種方法不容易糾正，并且電容和電感的頻率不穩(wěn)定導致控制較為困難，所以選擇這兩種方式做為信號發(fā)生器并不合適。由于晶振的振動頻率較為穩(wěn)定，故選擇單片機晶振作為系統(tǒng)信號發(fā)射的時鐘。通常確定是否有障礙物是基于接收到的回波信號強度值，然而，反射超聲波的信號強度與環(huán)境因素也有關(guān)，因此本設(shè)計中重要的組成部分也包括環(huán)境選擇。系統(tǒng)仿真圖如圖 3-2 所示.6圖

17、3-2 發(fā)射與接收模塊仿真圖首先系統(tǒng)初始化，之后程序開始運行，P0 端口首先發(fā)射 10ms 的 TTL 電平信號，單片機會持續(xù)發(fā)射 8 個 40khz 脈沖信號，并由放大電路進行放大，共持續(xù)發(fā)射 200ms，P32 口負責接收返回的超聲波信號，同時端口會根據(jù)檢測距離輸出一個返回信號。P01 端口會產(chǎn)生一個 40khz 的脈沖信號，由放大三極管來驅(qū)動發(fā)射探頭并產(chǎn)生超聲波信號。接收探頭將回波轉(zhuǎn)變成交變的電壓信號。通過兩級放大電路進行放大, P32 引腳由高電平變成低電平。單片機控制器將低電平作為中斷請求信號，進行數(shù)據(jù)處理。3.3 顯示電路設(shè)計數(shù)字顯示屏一般由發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管顯示器分為靜態(tài)

18、顯示和動態(tài)顯示。動態(tài)顯示的原理就是對二極管施加脈沖電流，通過單片機控制每一個二極管的端口，選擇需要點亮的二極管。靜態(tài)顯示的原理是給想要點亮的二極管施加恒定的電流。通過軟件編寫程序來控制需要點亮的二極管，其中相應的接口電路不變，如需顯示不同的數(shù)據(jù)，就需要重新進行程序的修改。但顯示的位數(shù)增加時，成本也相應地增加。其顯示電路仿真圖如圖3-3 所示。圖 3-3 數(shù)碼顯示模塊本設(shè)計選取一個四位一體的八段共陰極數(shù)碼管來進行實驗，來測量汽車與后方障礙物的實際距離。單片機端口通過與顯示模塊中的四個位選端相連，來對數(shù)碼管進行控制。本設(shè)計采用靜態(tài)掃描方式，將數(shù)碼管的 8 個同名端都連接在一起，單片機可以通過接線對

19、每個端口進行獨立控制。單片機傳輸相同的字型碼到每個數(shù)字二極管，通過位選端口來決定數(shù)碼管的顯示。動態(tài)顯示具有低損耗的優(yōu)勢，在動態(tài)工作方式中，只有單個數(shù)碼管處于工作狀態(tài)，其流程圖如圖 3-4 所示。7賦賦型型和和位位開開始始結(jié)結(jié)束束圖 3-4 數(shù)據(jù)子流程圖系統(tǒng)最終顯示運行的流程圖如圖 3-5 所示，Y Y顯示報警子程序取測量值LED顯示距離50cm蜂鳴器不報警，為安全區(qū)蜂鳴器報警，危險區(qū)N N結(jié)結(jié)束束圖 3-5 系統(tǒng)顯示運行流程圖該系統(tǒng)說明：在顯示報警程序中，當兩者之間的距離小于安全距離即 50 厘米時，蜂鳴器報警表示倒車危險。當顯示兩者距離大于安全距離即 50 厘米時，蜂鳴器不報警則表示倒車安全

20、。在數(shù)碼顯示模塊中，還應用到 74HC573 D 型鎖存器如圖 3-6 所示8圖 3-6 74HC573 鎖存器74HC573 芯片包含 8 路 D 型鎖存器，每一個鎖存器都具有獨立的 D 型輸出。在顯示模塊中，當 LE 引腳為高點平時，數(shù)據(jù)從 D0-D7 引腳輸入，并且每次輸入的數(shù)據(jù)都會隨著輸入的變化而變化，當 LE 引腳變?yōu)榈碗娖綍r，所輸入的數(shù)據(jù)即將會保存在所其中，從 Q0-Q7 輸出一直顯示在數(shù)碼管上。當 OE 端口低電平時，鎖存器正常工作。相反，芯片輸出則處于高阻態(tài)的狀態(tài)。3.4 報警電路設(shè)計報警電路共包括三個部分，分別為三極管，電阻，蜂鳴器。在負反饋電路中，將同相輸入端接地，在反相輸

21、入端進行信號輸入，由“虛短虛斷”原理，即 （3-idUUU1）當理想集成運放時可以近似地認為兩個輸入端之間的差模電壓為零，即：0uA (3-2)0idUUU即： (3-3)UU而具有一定值。因為輸入端之間的差模電壓為零，而并非短路，所以為“虛短”。即：0U (3-4)0II“虛斷”即輸入端相當于斷路狀態(tài)。“虛地”即相當于接地的狀態(tài)。根據(jù)“虛斷虛地”的原理。所以9 (3-5)00,iififfUUUUIIRRR因為，則可得：0,ifIII (3-6)0fiiRUUR因此可以將信號放大。報警電路流程圖如圖 3-7 示。Y Y超超出出預預設(shè)設(shè)值值蜂蜂鳴鳴器器報報警警N N結(jié)結(jié)束束開開始始圖 3-7

22、報警電路的流程圖報警模塊的 C 語言程序如下：f(S=BJS) Feng=0;else Feng=1;其中 S 為取測量的距離值，BJS 為報安全距離，當小于安全距離時置為低電平。相反距離大于安全距離時置為高電平，以便程序下面繼續(xù)識別。系統(tǒng)仿真圖如圖 3-8 所示，其中 R4 代表電阻，Q1 代表三極管，Buz1 代表蜂鳴器，當與障礙物距離小于安全距離即 50cm 時，P2.0 端口產(chǎn)生高電平使得基極與發(fā)射極之間產(chǎn)生開啟電壓，三極管處于導通狀態(tài)，蜂鳴器報警。10圖 3-8 報警模塊仿真圖3.5 系統(tǒng)復位電路設(shè)計復位引腳有沒有出現(xiàn)兩個周期以上的高電平是判斷單片機是否復位的依據(jù)，若有則代表單片機復

23、位完成。當復位電路設(shè)計完成后需要做相應的前期檢查工作，復位引腳不能一直保持為高電平，這種情況會使程序無法執(zhí)行，當復位引腳出現(xiàn)一直為高電平狀態(tài)時一定要及時解決這一問題。單片機系統(tǒng)中對于復位電路的一個基本要求就是系統(tǒng)復位后單片機迅速恢復狀態(tài)，能夠正常的工作。單片機有兩種復位方式，分別為上電復位和手動復位。上電復位是利用了電容充電的原理來實現(xiàn)的，當單片機系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)就會立即進入程序所設(shè)定好的復位狀態(tài)。手動復位主要利用的是電阻的分壓原理，即按一下復位鍵就能實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的復位操作，這一復位方式在具有上電復位功能的同時又能簡化操作，使得操作更加靈活。復位電路的過程很簡單：當單片機通電的時候，復位引

24、腳瞬間獲得一個較高的電平，由于需要要給電容不斷的送電，結(jié)果就會導致復位引腳電平變低，若復位引腳在高電平狀態(tài)能保持較長的時間，單片機便可實現(xiàn)復位的操作。通過上電復位和手動復位都能有效的使系統(tǒng)實現(xiàn)復位，手動復位只要按下復位鍵就能進行復位操作。復位完成后還要注意檢查是否為所規(guī)定的復位狀態(tài)，系統(tǒng)復位電路如圖 3-9 所示。圖 3-9 復位電路仿真圖通過設(shè)計外部電路來進行單片機的復位操作，當時鐘電路正在運行時，如果單片機引腳 RST 的狀態(tài)為高電平，單片機就會進行復位操作回到初始狀態(tài)。當需要復位時，將 RST11引腳接上高電平，此刻單片機處于復位的狀態(tài)。如果 RST 的狀態(tài)一直為高電位不變時，那么單片機

25、就會不斷地進行復位操作。3.6 按鍵模塊在本設(shè)計中需要對安全距離進行更改，則需要外部電路來實現(xiàn)這項功能。因此設(shè)計了按鍵電路。三個按鍵分別與單片機的 P1.5-P1.7 三個端口相連。與 P1.7 相連的按鍵的功能是通知單片機，開始更改安全距離。與 P1.5 端口相連的按鍵則是增加安全距離，與 P1.6相連的引腳則是減少安全距離。系統(tǒng)案件電路如圖 3-10 所示。圖 3-10 系統(tǒng)按鍵電路4. 系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計4.1 硬件設(shè)計51 單片機的優(yōu)點在于其高性能，低電壓的特點，這一系列單片機具有的基本功能主要如下：1）內(nèi)存可拓展性較強，不僅有 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器和 4K 字節(jié)的程序存儲器，當內(nèi)

26、存不足時，可以在外部擴展 64k 字節(jié)的程序存儲器和 64k 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器；2）共 32 個引腳作為輸入或輸出端，分別為 8 個引腳一組，構(gòu)成 4 個并行入或輸出端口（即 I/O 接口），單片機可以對每組引腳進行獨立控制；3）位處理功能較強，能夠直接訪問某些內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和寄存器中的位；4）具有 8 位中央處理器；5）具有 2 個可編程的中斷優(yōu)先級，5 個中斷源和 2 個 16 位的定時器/計數(shù)器；6）全雙工串行輸出輸入端口，可以作為寄存器通用異步接收器和發(fā)射器的端口，有 40 個管腳和 32 個外部雙向輸入和輸出端口。12根據(jù)實際應用，通過編程來實現(xiàn)對輸入輸出端口寄存器的控制，具體步驟如

27、下：1）根據(jù)功能需要，通過偽代碼的編寫來確定采用哪個 I/O 端口；2）為了確保外部電路的正常工作，需要對單片機進行數(shù)據(jù)初始化；3）根據(jù)系統(tǒng)各個模塊的功能，確定 I/O 端口的電流方向，對數(shù)據(jù)端口的寄存器進行初始化；4）對單片機各個 I/O 端口進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對應的功能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，各接口功能如下：P1.0：產(chǎn)生一個 40KHz 的脈沖信號；（后方測距電路）P1.1：產(chǎn)生一個 40KHz 的脈沖信號；（右側(cè)測距電路）P1.2：產(chǎn)生一個 40KHz 的脈沖信號；（左側(cè)測距電路）：發(fā)出中斷請求信號；0INT：和管腳的功能一致；1INT0INTP1.3-P1.4：判斷中斷優(yōu)先級等級并且與

28、ICA3 端口相連；P0.0-P0.7：與數(shù)碼管相連；P2.7、P2.0、P2.1：接報警電路；XTAL1：接入外部晶振引腳；XTAL2：接入外部晶振引腳，發(fā)出時鐘信號；RST：即復位端口。51 單片機芯片引腳圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 89C51 芯片4.2 軟件設(shè)計軟件設(shè)計部分通過keil編寫程序，之后將程序燒寫到單片機中。程序中包含兩個部分，分別為中斷程序和子程序。首先，單片機進行初始化操作，執(zhí)行相應的程序段。其次，重復調(diào)用子程序，計時器在發(fā)射超聲波時發(fā)射時開始計時，超聲波接收器判斷是否有回波產(chǎn)13生，如果有則進入中斷服務子程序，通過單片機對發(fā)射和接收時間進行處理，得到與障礙物距離

29、，并將結(jié)果顯示在終端設(shè)備上。程序的流程如圖4-2所示。 單單片片機機初初始始化化定定時時子子程程序序有有回回波波外外部部中中斷斷子子程程序序定定時時器器初初始始化化發(fā)發(fā)射射超超聲聲波波發(fā)發(fā)射射是是否否完完畢畢停停止止發(fā)發(fā)射射Y YY YN NN N返返回回結(jié)結(jié)束束圖 4-2 軟件設(shè)計主程序流程外外部部中中斷斷入入口口進進入入外外部部中中斷斷0 0讀讀取取T TH H0 0* *2 25 56 6時時間間值值+ +T TL L0 0計計算算距距離離結(jié)結(jié)果果顯顯示示并并報報警警開開外外部部中中斷斷返返回回圖 4-3 軟件設(shè)計中的子程序流程圖功能說明：發(fā)射波和回波時間差要經(jīng)過一系列換算才能得到與障礙

30、物之間的距離，之后顯示在數(shù)碼管上。兩者之間的實際距離與時間的轉(zhuǎn)換公式為： (4-1)0 2560OutcomeTHTL (4-2)(1.7) 100OutcomeOutcome14本系統(tǒng)中需要進行兩種換算：一是時間與距離的換算；二是進制之間的轉(zhuǎn)換。硬件設(shè)計通常是對外部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括模塊的連接，電路的設(shè)計等，軟件設(shè)計則是驅(qū)動外部電路工作的工具，通過硬件和軟件的結(jié)合完成所需要的實踐結(jié)果，由硬件電路作為前提，軟件設(shè)計則需要完成的功能如下: 1)信號控制硬件設(shè)計中的電路設(shè)計包含發(fā)射電路與接收電路，顯示模塊，報警模塊，按鍵模塊等。同時，軟件設(shè)計需要通過編程來實現(xiàn)對各個模塊進行控制，包括發(fā)射脈沖和始終

31、頻率信號，增益控制信號以及他們相應的輸出。2)數(shù)據(jù)存儲對比超聲波發(fā)射時間和接收到回波的時間來計算與障礙物之間的距離。將處理的結(jié)果存儲在存儲器中。發(fā)射一次信號計時器就清零一次，以便下次處理。3)信號處理通過轉(zhuǎn)換公式將發(fā)射和接收到超聲波的時間差轉(zhuǎn)化為距離，兩者間的距離轉(zhuǎn)換公式為： (4-3)HD =T *C / 2其中 D 是距離，T 為電平時間，C 為聲速。4)數(shù)據(jù)傳輸與顯示經(jīng)過轉(zhuǎn)化公式將發(fā)射和接收到超聲波的時間差轉(zhuǎn)化為距離后，將其傳輸并顯示在數(shù)碼管上。在中斷子程序里完成汽車與障礙物之間的距離值并在外電路上顯示，當初始化程序發(fā)射后即進入中斷響應過程。當單片機接收中斷程序響應時，進行數(shù)據(jù)處理，最終

32、將計算的結(jié)果輸出并顯示在終端設(shè)備。5. 仿真與調(diào)試5.1 調(diào)試操作系統(tǒng)設(shè)計完成后需要進行調(diào)試來驗證系統(tǒng)的可靠性，排除故障。通過仿真軟件Proteus對實物進行仿真操作，搭建出該系統(tǒng)的電路圖，通過軟件編譯生成Hex文件燒錄到單片機中，對單片機進行電路仿真，如果仿真沒有出問題即可進行實物焊接。首先檢查系統(tǒng)各個模塊是否完好，逐一檢查各個軟件引腳焊接是否正確，確保實物焊接完好之后，將已編寫好的程序燒寫進單片機中，其中電路進行調(diào)試，對于已焊接好的實物進行調(diào)試。5.2 系統(tǒng)原理仿真圖系統(tǒng)仿真圖如圖 5-1 所示，該系統(tǒng)的主要模塊包括單片機模塊，晶振電路，發(fā)射與接受模塊，按鍵模塊，復位模塊，報警模塊等。系統(tǒng)

33、程序的默認安全距離設(shè)定為 50 厘米，這一距離可以在模塊設(shè)置中進行調(diào)節(jié)，進而檢測系統(tǒng)運行的效果。系統(tǒng)仿真運行簡介如下：15系統(tǒng)運行之前先將已經(jīng)編寫好的 Hex 文件燒錄到 c51 單片機中，另外對發(fā)射與接收模塊也進行單獨編碼控制。由于仿真程序無法發(fā)射真實的超聲波也無法接受超聲波，故無法進行數(shù)據(jù)處來顯示汽車與障礙物之間的距離。將給發(fā)射模與接收模塊單獨編寫的程序傳送到HC-SR04 模塊中，啟動程序，單片機的發(fā)射與接收模塊開始執(zhí)行程序，HC-SR04 模塊輸入距離為 2 米，返回一個信號，由單片機處理該信號，將得出的距離和設(shè)定的安全距離做比較，如果大于安全距離則表示安全，三極管基極為低電平，此時三

34、極管處于截止狀態(tài)無法導通，蜂鳴器一個引腳接地，另一引腳為低電平，因此蜂鳴器不報警，倒車安全。在本系統(tǒng)中的按鍵模塊用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全距離，三個按鍵的引腳分別于單片機的 P1.4，P1.4 和P1.6，當需要調(diào)節(jié)安全距離時，摁下與 P1.6 引腳相連的按鍵，P1.4 為增加安全距離， P1.5引腳為減少安全距離。當把安全距離改為 1 米時，將發(fā)射與接受模塊程序中將距離改為0.5 米時，發(fā)射與接收模塊返回中斷請求信號，單片機響應此信號并執(zhí)行相應的子程序，記錄發(fā)射與產(chǎn)生信號的時間并存儲在寄存器上，單片機則將 P2.0 端口置于低電平，三極管導通，從而蜂鳴器報警，說明此刻是危險距離。Y112MHZR12

35、.2KR22.2KR32.2KR42.2KR5220R6220R7220R8220R9220R10220R11220R12220R132.2kQ19012Q29012Q39012Q49012Q59012LS1SPEAKERS1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBC130pC230p123456789J210kEA/V P31X 119X 218RESET9RD17WR16IN T012IN T113T 014T 115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2

36、223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30T X D11RX D10U189C51/52OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U274HC573W1W2W3W4W1W2W3W4+5GNDABCDEFGdpGND1234JP1聲聲聲GNDTrigEchoT rigEchoGND+5GNDe1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112U34-LEDAFBEDdpCGS1S2S3S4R1410K+ C310uFGND+5+5+5321P1DC11223344

37、5566SZSWIT CHGND+5上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上圖5-1 系統(tǒng)原理仿真圖5.3 實物調(diào)試1）將實物接上電源，放置于安全合適的位置，打開電源鍵，系統(tǒng)開始工作，程序運行結(jié)果圖如圖5-2所示，結(jié)果顯示障礙物距離為0.65米，大于默認的安全距離，蜂鳴器不報警；16圖5-2 安全距離調(diào)試2）進行下一步調(diào)試時，縮短測量距離，如圖5-3所示，數(shù)碼管顯示實際距離為0.29米，小于0.5米，蜂鳴器發(fā)出警報；圖5-3 危險距離調(diào)試5.4 實物焊接在進行實物焊接時，先檢測每個元器件是否完好，之后再對實物進行焊接，免得調(diào)試時出現(xiàn)硬件故障

38、問題，耽誤時間，影響效率。焊接前要保證器件的完好性，焊接完成后要對每個模塊進行分別測試，防止出現(xiàn)因為焊接時烙鐵的高溫燒壞元器件的問題。當確保每個模塊都能正常運行的時候再進行軟件程序的燒錄。我們一定要養(yǎng)成焊接完成再次測試的17好習慣。焊接的時候還要考慮的機體美觀的問題，切不可在焊接電路的時候用過多的錫條，這樣不僅會在電路板上留下很難看的大疙瘩，還有可能使得某些線路上的焊錫相接處而導致短路的現(xiàn)象。焊接是一門學問，我們需有耐心的操作，更需我們持認真負責的態(tài)度對元器件進行焊接。在此還要感謝同學的幫助，在他的幫助下完成了整個實物焊接。6. 結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計中，由于剛開始專業(yè)知識匱乏導致無從下手，后來通

39、過查閱文獻，請教老師，慢慢地采用逐步分析的方法，從一個模塊到另一個模塊。首先，顯示了解單片機的知識，再去了解報警電路，按鍵電路和發(fā)射與接收電路等等模塊。漸漸地對整個知識框架和設(shè)計有了一個大致的了解，雖然一路上有著各種困難。但是皇天不負有心人，最終在老師和同學的幫助下解決了這些問題。本文介紹了在超聲波測距的原理設(shè)計了一個超聲波倒車裝置，首先設(shè)計了各個模塊的外部電路即發(fā)射與接收電路，按鍵電路，報警電路，顯示電路等硬件電路。之后對軟件進行編寫，保證每個模塊都能順利運行，對每一個模塊進行詳細的分析，用專業(yè)軟件畫出其工作流程圖進行仿真，本設(shè)計的思路如下:1)首先在了解超聲波的基礎(chǔ)上進行總體思路設(shè)計；2)

40、通過 PROTEUS 軟件進行系統(tǒng)電路圖的仿真；3)進行系統(tǒng)程序設(shè)計并且調(diào)試；4)完成硬件焊接與軟件燒錄，最終進行實物調(diào)試；參考文獻1鐘勇，范森海，王永輝.高速公路事故的誘因及預防對策J.公路交技,2010,12(6):150-1552 黃麗萍，倪龍；汽車可視倒車雷達預警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 哈爾濱工業(yè)大學, 2010,18(1):150-1563 薛麗芳,汪卉,顏文俊;基于超聲波的距離測量J,自動化與儀表;2007(5):17-204 陳雪麗. 單片機原理及接口技術(shù)M.北京,化學工業(yè)出版社, 2005.5 陳曉東.鄭建祥;汽車用微機可靠性試驗研究J.汽車與電器,2009(S):114-116

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43、:Benefits and barriersJ. Tom Journal. 2008,18(3) :170-17715 J.L.Tissot.IR detection with uncooled senors.Infrared Physics&Technology.2004,46(5):18721019致謝在此，特別感謝我的指導老師宋瑩老師在我寫論文期間給我悉心的指導，并且嚴格要求。在寫論文的時候，宋瑩老師給我提供了很多專業(yè)知識上的指導。沒有您這樣的幫助和指導，我不會順利的完成畢業(yè)論文與設(shè)計。在此，我表示衷心的感謝！除此之外，我還要感謝經(jīng)常和一起學習的同學，他們給我指出一些錯誤和給了我不少專業(yè)上的幫助，在此，也表示真心的感謝。