【正文】 聲波衰減問題，發(fā)射探頭和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn) ，而且還要避免發(fā)射探頭對接收探頭在接收信號時產(chǎn)生的干擾，所以二者又不能靠得太近。此超聲波模塊的最大探測距離為 5 m，精度可以達(dá)到 cm，盲區(qū)為 2 cm，而且發(fā)射擴(kuò)散角不大于 15176。 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 8 頁 共 37 頁 圖 汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖 本設(shè)計由 Keil 編程軟件對 51 單片機(jī)進(jìn)行編程， 51 單片機(jī)在執(zhí)行程序后由 端口產(chǎn)生 40kHz 的脈沖信號通過 74LS04 電路進(jìn)行放大并送到到超聲波發(fā)射探頭，產(chǎn)生超聲波。而且汽車在行駛的過程中超聲波傳感器測距時應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時間，因此選用超聲波傳感器作為此設(shè)計方案的傳感器探頭。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠為反射線定向傳播等優(yōu)點，而且超聲波傳感器的能量消耗緩 慢有利于測距 [4]。 （ 2） 紅外線測距傳感器 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 7 頁 共 37 頁 紅外線測距傳感器 利用的就 是 紅外線信號在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強(qiáng)度也不同，根據(jù)這個特點從而對障礙物的距 離的遠(yuǎn)近進(jìn)行測量的。本設(shè)計主要是進(jìn)行距離的測量和報警，設(shè)計中涉及到的內(nèi)容較多，主要是將單片機(jī)控制模塊、超聲波測距模塊、蜂鳴器報警模塊、 4 位數(shù)碼管顯示模塊這幾個模塊結(jié)合起來。首先對實物進(jìn)行硬件排版組裝和焊接，然后討論了系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的誤差。首先對超聲波傳感器的工作原理進(jìn)行了分 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 6 頁 共 37 頁 析 ，然后具體討論了超聲波測距模塊中的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路的硬件設(shè)計，最后介紹了顯示模塊電路和蜂鳴器報警電路的設(shè)計。 論文構(gòu)成主要由以下部分組成： 第 1章主要介紹了本課題的背景意義和相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。本設(shè)計的汽車防撞系統(tǒng)能測量出倒車方向的障礙物與汽車之間的距離 , 并 通過數(shù)碼管顯示單元模塊顯示兩者之間的距離 ,然后通過蜂鳴器 發(fā)出不同頻率的聲響 , 從而 起到提示和報警的作用。此外，汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展還要求作為汽車行駛安全輔助系統(tǒng)的倒車?yán)走_(dá)要具有通信功能，并能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去 [2]。最新的一代倒車?yán)走_(dá)是整合影音系統(tǒng)，除了具備前幾代倒車?yán)? 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 5 頁 共 37 頁 達(dá)的功能外還兼有影音系統(tǒng) [1]。 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的開始是以蜂鳴器報警為標(biāo)志的。本設(shè)計的設(shè)計簡易，雖然精度不高 ，還不能測量過遠(yuǎn)的距離，但規(guī)模小，外圍電路簡單，調(diào)試也方便，成本也不高，器件更換容易，靈活性高，而且能完全滿足駕駛員泊車時的需要，可以完全解除駕駛員在倒車過程中的顧慮和困擾，提高泊車的安全。而本設(shè)計的 汽車防撞裝置就是主動安全系統(tǒng)，通過對汽車與障礙物之間距離的提示報警避免汽車與障礙物之間的擦碰。 課題背景及意義 我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 人們對汽車這種交通工具的依賴性也越來越大， 導(dǎo)致了車輛的日益增加在給城市交通不斷施加壓力的同時，也引發(fā)了非常多行車的 安全問題。 附錄 B 程序清單 ....................................................................................................................33 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 3 頁 共 37 頁 １ 緒論 當(dāng)前社會經(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題也非常嚴(yán)重，道路交通壓力增加，交通安全問題也是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 一些由駕駛員反應(yīng)不夠迅速而導(dǎo)致的汽碰擦，還有很多時候是由于駕駛員對離障礙物的距離判斷不準(zhǔn)確而造成的，如果駕駛員能提前知道障礙物的存在并且知道障礙物的距離，那么駕駛員就能及時地采取措施，從而能避免事故的發(fā)生。本設(shè)計要求設(shè)計的 汽車防撞裝置能減少駕駛員的駕駛壓力和判斷錯誤，使駕駛員泊車倒車更加安全方便，本設(shè)計將對提高交通安全起到重要作用。 汽車防撞裝置這種汽車安全輔助裝置能大大減少汽車駕駛員在倒車的時候顧慮和對距離判斷的失誤，從而能夠避免倒車的安全問題的發(fā)生，故此裝置對于提高交通安全將起到重要的作用。汽車離障礙物距離越近，蜂鳴器報警聲越急，蜂鳴器報警雖然使駕駛員知道有障礙物的存在，但卻不能確定汽車車尾離障礙物有多遠(yuǎn)，所以，蜂鳴器報警對駕駛員幫助不是很大；之后一個質(zhì)的飛躍就是液晶屏顯示的出現(xiàn)，特別是液晶顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)，駕駛員就是只要發(fā)動車輛，而且不用掛倒擋，液晶顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及汽車與周圍的障礙物的距離，液晶顯示是動態(tài)顯示，液晶顯示器的外表美 觀，顯示的色彩也很清晰，而且可以直接粘貼在儀表盤上，安裝也很方便 [1]。 隨著科學(xué)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，相關(guān)電子技術(shù)也是飛躍前進(jìn)，當(dāng)然，汽車電子產(chǎn)業(yè)也得到飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使得車載電子安全產(chǎn)品有很大的發(fā)展前景。 就目前市面上的產(chǎn)品來講，目前的汽車倒車?yán)走_(dá)主要是具備數(shù)碼管或者液晶屏的距離顯示并且?guī)в蟹澍Q器的語音報警為主的汽車安全系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用一片89S51單片機(jī)對超聲波信號循環(huán)不斷地進(jìn)行采集。 第 2章介紹的是汽車防裝系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。 第 4章主要是對系統(tǒng)的軟件設(shè)計進(jìn)行了介紹。 第 6 章是對本設(shè)計的總結(jié)和展望。而本設(shè)計的核心是超聲波測距模塊，其他相關(guān)模塊都是在測距的基礎(chǔ)上拓展起來的，測距模塊是利用超聲波傳感器，之后選擇合適單片機(jī)芯片，以下就是從相關(guān)方面來論述的。其優(yōu)點是成本低廉，使用安全，制作簡單，缺點就是測量精度低，方向性也差，測量距離近 [3]。在中、長距離測量時，超聲波傳感器的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線傳感器，但價格也稍貴。 系統(tǒng)方案 此方案選擇 51 單片機(jī)作為控制核心，所測得的距離數(shù)值由 4 位共陽極數(shù)碼管顯示 ，與障礙物之間的不同距離利用蜂鳴器頻率的不同報警聲提示，超聲波發(fā)射信號由51 單片機(jī)的 口送出到超聲波發(fā)射電路，將超聲波發(fā)送出去，超聲波接收電路由CX20206A 芯片和超聲波接收探頭組成的電路構(gòu)成，報警系統(tǒng)由蜂鳴器電路構(gòu)成。在超聲波發(fā)射電路啟動的同時單片機(jī)啟動中斷定時器，利用其計數(shù)的功能記錄超聲波發(fā)射超聲波到接收到超聲波回波的時間。更有利于測距的準(zhǔn)確性。根據(jù)對相關(guān)資料查閱，將兩探頭之間的距離定在 5 cm～ 8 cm 最為合適。本設(shè)計的 硬件電路分為 五 部分： 單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波 發(fā)射和接收電路 、蜂鳴器報警電路和數(shù)碼管顯示電路 。在一般的情況下來講，在選擇單片機(jī)時要需要考慮的幾個方面有 [5]： （ 1）單片機(jī)最基本性能參數(shù)指標(biāo)。例如：對于程序存儲器來說，最好選用的是 Flash 的 存儲器。例如：在進(jìn)行設(shè)計戶外的產(chǎn)品時，就必須要選用工業(yè)級的芯片，以 達(dá)到溫度范圍的要求。 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 10 頁 共 37 頁 （ 8）單片機(jī)技術(shù)的支持網(wǎng)站如何，賣家提供的芯片資料是否足夠完善，是否包含了用戶手冊，設(shè)計方案舉例，相關(guān)范例程序等。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計的實際要求，選擇AT89S51 單片機(jī)做為本設(shè)計的單片機(jī)使用，它是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的 CMOS 8 位單片機(jī)。 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 11 頁 共 37 頁 GND（ 20 腳）：接地端。 圖 時鐘信號電路 （ 3） 復(fù)位 RST（ 9 腳） 當(dāng)振蕩器運行時，只要有有兩個機(jī)器周期即 24 個振蕩周期以上的高電平在這個引腳出現(xiàn)時，那么就將會使單片機(jī)復(fù)位，如果將這個引腳保持高電平，那么 51 單片機(jī) 芯片就會循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位 [5]。 P0 口在有外部擴(kuò)展存儲器時將會被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時 P0口就是一個真正的雙向口；而在沒有外部擴(kuò)展存儲器時， P0 口也可以作為通用的 I/O接口使用，但此時只是一個準(zhǔn)雙向口；另外， P0 口的輸出級具有驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800 uA[5]。 P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，而且 P2 口具有驅(qū)動 4 個 LSTTL負(fù)載的能力 [5]。 P3 口作為通用 I/O 口接口時，第二功能輸出線為高電平。在 訪問片外存儲器時，ALE（地址鎖存允許）以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號輸出，其下降沿用于控制鎖存 P0口 輸出的低 8 位地址；在不訪問片外存儲器的時候， ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號 (此頻率是振蕩器頻率的 1/6),而在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖會跳空一個 ,此時是不可以做為時鐘輸出 [5]。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時， /PSEN 將不會有脈沖輸出 [5]。對于 80S51 單片機(jī)，由于片內(nèi) 已經(jīng)自帶 有 了 程序存儲器， 所以 只 要單片機(jī) 外接時鐘電路和復(fù)位電路就 可以 組成了 單片機(jī)的 最小系統(tǒng) 了 。而且，超聲波的測量是一種 比較理想的的非接觸式的測距方法 [6]。由于在常溫下超聲波在空氣中的傳播速度大約為 340 m/s[7]，所以障礙 物到發(fā)射探頭之間的距離為： S=340t/2=170t 因為單片機(jī)內(nèi)部定時器的計時實際上就是對機(jī)器周期 T的計數(shù)，而本設(shè)計中時鐘頻率 fosc取 12 MHz，設(shè)計數(shù)值 N，則： T＝ 12/fosc=1μs 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 15 頁 共 37 頁 t=NT＝ N（ s） S＝ 170NT＝ 170N/1000000（ m） 在程序中按 式 S＝ 170NT＝ 170N/1000000 計算距離。 超聲波接收電路設(shè)計 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。 CX20206A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計的要求。 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 17 頁 共 37 頁 圖 HRSR04 超聲波集成模塊正面外觀圖 圖 HRSR04 超聲波集成模塊背面外觀圖 HRSR04 型 超聲波集成模塊的工作電壓為 5 V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于 2 mA 的 ，工作時候可以比較穩(wěn)定。 HRSR04 超聲波集成模塊采用的是 I/O 觸發(fā)測距，給至少 10 us 的高電平信號。這樣 不斷的 循環(huán) 周期測 ， 就可以 在不停地移動的過程中 測量 距離 值了 。顯示模塊選用 4 位 液晶片 進(jìn)行動態(tài)掃描，此掃描方式能完全達(dá)到顯示要求。 圖 報警模塊電路圖 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 20 頁 共 37 頁 3． 4 系統(tǒng)整體電路 根據(jù)本章前面對設(shè)計的各個相關(guān)模塊的分別講述講述，再結(jié)合單片機(jī)的引腳功能，從而得到系統(tǒng)整體電路圖，如圖 所示。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計算超聲波發(fā)射點與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報警等。 整個系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵是對距離進(jìn)行測量的，然后通 過單片機(jī)來處理測量數(shù)據(jù)是比較容易實現(xiàn)的，能精確的實現(xiàn)測距。余波就是在發(fā)射超聲波時超聲波信號直接到達(dá)接受探頭的波信號，同時余波信號也是超聲波測量時存在測量盲區(qū)的最主要的原因 [7]。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 開始 單片機(jī)初始化 超聲波模塊復(fù)位 發(fā)射超聲波并啟動 T0 開中斷 接收到回波的同時中斷停止 計算測量距離 顯示距離同時蜂鳴器報警 延時 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 23 頁 共 37 頁 中斷處理程序 負(fù)責(zé)計算車尾與障礙物之間的距離是 /INT0 的 中斷程序。 圖 中斷處理程序流程圖 在中斷處理程序過程中，對距離數(shù)據(jù)的計算是比較關(guān)鍵的。 TRIG=1。 //等待高電平 TR0=1。//取出定時器值高 8 位和低 8 位合并 S=S/58。 display()。 本設(shè)計中 ， 采用了 4 位共陽極連接的數(shù)碼管顯示來顯示與障礙物之間的距離 ， 同時數(shù)碼管與 P1 口連接進(jìn)行動態(tài)的段掃描。 C 程序如下： main() { TIM0init()。 TRIG=0。 //等待低電平 TR0=0。 TL0=0。 //延時決定采樣速度 } } 專業(yè)技能綜合實訓(xùn)報告 第 26 頁 共 37 頁 報警模塊設(shè)計 主