【正文】 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 作 者： 學(xué)號(hào)： 系 部： 電氣工程系 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 題 目： 基于 AT89C51 單片機(jī)的汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2022 年 05 月 1 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）中文摘要 本文利用超聲波傳輸中距離與時(shí)間的關(guān)系采用 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)出了能精確測(cè)量點(diǎn)間距離的超聲波測(cè)距儀 ,利用所設(shè)計(jì)出的汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀，能比較精確測(cè)量車(chē)后障礙物距離。 在分析國(guó)內(nèi)外單片機(jī)汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究成果，對(duì)基于超聲波測(cè)距的倒車(chē)測(cè)距系統(tǒng)的研制進(jìn)行了深入探討和研究。該系統(tǒng)分為測(cè)距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報(bào)警模塊，并分別對(duì)其進(jìn)行方案分析，構(gòu)建了單片機(jī)汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀構(gòu)架和設(shè)計(jì)方案 ,在硬件電路中，詳細(xì)闡述了運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可視倒車(chē)預(yù)警系統(tǒng)的測(cè) 距實(shí)現(xiàn)原理，分析了以單片機(jī)為主控單元的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和誤差分析，給出了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 單片機(jī) 超聲波傳感器 LED收發(fā)電路 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Title： The design of car parking rangefinder Abstract： In this paper, using the relation of the ultrasonic transmission distance and time by C8051F MCU controlling and data processing design capacity points that can accurately measure the distance between the ultrasonic range finder, using the design of car parking ranger, can more accurately measure the distance between the obstacle and car parking on the analysis on the basis of rangefinders related technologies, bined with the latest research results, Based on Ultrasonic Ranging System reversing conducted indepth study and research. The system is divided into distance module, alarm system control module and display module, with respect to their program analysis, construction of the single chip architecture and design of car parking ranger program。 in the hardware circuit, described in detail the use of microputer technology to achieve Distance visual reversing warning system implementation principle, analysis based on single chip main control unit of the system hardware and software design, and tested the system and error analysis, Given the stability of the system indicators. Keywords ： AT89C51 MCU Ultrasound LEDTransceiver Circuit 3 目 錄 1 緒論 ………………………………………………………………… ..........… .… .… ..1 2 超聲波 傳感器 的介紹 …………………………… ...................................................2 超聲波 傳感器 的 概述 ……………………………………… ..............................2 超聲波 傳感器 的特點(diǎn) …………………………………………………… ............3 超聲效應(yīng) ……………………………………………………………… .…… ....... 3 超聲波 傳感器 的應(yīng)用 … ……………………………………………… ................4 3 單片機(jī)的介紹 ……………………………………………………… ......……… . ..5 單片機(jī)的定義 …………………………………………………………………… ..5 單片機(jī)的特點(diǎn) …………………………………………………………………… . 5 單片機(jī)的應(yīng)用 …………………………………………………………………… ..5 AT89C51 單片機(jī)的介紹 ………………………………………………………… ....6 4 汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì) ………………………………………… .....................9 設(shè)計(jì)的思路 ……………………………………………………………………… 9 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) ……………………………………………………………… .9 硬件設(shè)計(jì)的基本原理及原理圖 ……………………………………………… ..... 9 5 超聲波汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀軟件設(shè)計(jì) ……………………………………… .................14 主程序編制及流程圖 ………………………………………………………… .....16 中斷服務(wù)程序的流程圖 及編制 ………………………………………………… .16 顯示距離子程序和延時(shí)子程序 ………………………………………………… . 17 信號(hào)處理程序 ………………………………………………………………… ......18 程序中有關(guān)存儲(chǔ)器，寄存器及標(biāo)志位的內(nèi)容及用途 ………………………… . .21 結(jié)論 ……………………………………………………………………… .................. 23 致謝 … …………………………………………………………………………… .... 25 參考文獻(xiàn) …………………… ……………………………………………………… ....26 1 1 緒論 汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀能測(cè)量并顯示車(chē)輛后部障礙物離車(chē)輛的距離 ,同時(shí)用間歇嘟嘟聲報(bào)警 ,間歇時(shí)間隨障礙物距 離縮短而縮短。 駕駛員不但可以直接觀察被顯示的距 離 ,還可以用聽(tīng)覺(jué)判斷車(chē)后障礙物距離的遠(yuǎn)近。特別適用于長(zhǎng)車(chē)身車(chē)輛倒車(chē)。儀器共有三部分組成 :監(jiān)控器、 接線盒與探測(cè)器。監(jiān)控器由單片計(jì)算機(jī)為核心的集成電路組成 ,發(fā)射 ,并接收頻率穩(wěn)定的 40kHz超聲波 ,根據(jù)發(fā)射信號(hào)與回波 信號(hào)之 間 的時(shí) 間 差計(jì)算障礙物與車(chē)輛后部的距離。 監(jiān)控器安裝在駕駛室駕駛員便于觀察的位置 ,面板上有3位 LED數(shù)碼管顯示 器 ,清晰悅目 ,小數(shù)點(diǎn)固定在第一位數(shù)后 , 顯示單位 精確到厘 米。 接線盒 包括電器盒主體，電器盒主體內(nèi)設(shè)有電器插座，所述電器插座與電器盒主體。由于本 實(shí)用新型中電器插座與電器盒主體之間為拆分式結(jié)構(gòu)連接，根據(jù)車(chē)型需要，當(dāng)汽車(chē)的電氣電路或電氣連接變更時(shí)，不用重新開(kāi)發(fā)電器盒模具，只需拔掉電器插座，在其空位上安裝另一個(gè)不同結(jié)構(gòu)的電器插座，快速便捷。 探測(cè)器是用來(lái)探測(cè)汽車(chē)后障礙物 離車(chē)距離及時(shí)反饋給電路，保證倒車(chē)安全性。 利用超聲測(cè)距技術(shù)與單片機(jī)設(shè)計(jì)制作出超聲波汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀 。 該系統(tǒng)在常見(jiàn)的汽車(chē)倒車(chē)預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和超聲波測(cè)距技術(shù)，通過(guò)顯示障礙物與汽車(chē)的距離并根據(jù)其距離遠(yuǎn)近實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警，解除了駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，提高了駕駛 安全性。 目前國(guó)內(nèi)一般使用專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀，但是專(zhuān)用集成電路的成本很高，并且顯示距離也比較困難，操作使用也不是很方便，而本設(shè)計(jì)研究的測(cè)距器成本低廉，性能優(yōu)良，市場(chǎng)前景極為廣闊，對(duì)提高我國(guó)汽車(chē)工業(yè)實(shí)際水平，具有較大的時(shí)間意義，在整個(gè)倒車(chē)過(guò)程中自動(dòng)測(cè)量車(chē)尾到最近障礙物的距離，并用數(shù)字顯示出來(lái)，在 倒車(chē)到極限距離時(shí)會(huì)發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車(chē)。本設(shè)計(jì)可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車(chē)如冷藏車(chē)、集裝箱車(chē)、垃圾車(chē)、食品車(chē)、載貨車(chē)、公共汽車(chē)等倒車(chē)交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車(chē)、倒車(chē)入庫(kù) 以及進(jìn)入停車(chē)場(chǎng)停車(chē)到位，甚至還能防止盜賊扒車(chē)。 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)更新 快 。在自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。 2 2 超聲波 傳感器 的介紹 超聲波 傳感器 的 概述 超聲波 傳感器 的含義 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(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)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(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)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(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué) 等方面 。 超 聲波傳感器及其測(cè)距原理 超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測(cè)手段， 必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器， 習(xí)慣上稱(chēng)為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā) 送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。 超聲波發(fā)生器可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3 超聲波 傳感器 的特點(diǎn) 超聲波 傳感器 實(shí)質(zhì)上是一種可逆的 換能器 。一方面，它將 電振蕩的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振蕩，形成超聲波 。另一方面，它又將接收的超聲波能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娬袷?。因此超聲波傳感器可分?發(fā)送器及接收器 。典型的產(chǎn)品是在空氣中傳播的小型超聲波傳感器 。 超聲效應(yīng) 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱的、電磁的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下 4種效應(yīng)： 。超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí) ,懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在 空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見(jiàn)電介質(zhì)物理學(xué)和磁致伸縮）。 。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡 。一個(gè)原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因 是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開(kāi)”成一空洞，稱(chēng)為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸汽 或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周?chē)橘|(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。破滅時(shí)周?chē)后w突然沖入氣泡而產(chǎn)生 高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。 。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。 。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)