【正文】 聲波衰減問(wèn)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(duì)接收探頭在接收信號(hào)時(shí)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(cè)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(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè) 圖 汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)由 Keil 編程軟件對(duì) 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(hào)通過(guò) 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(guò)程中超聲波傳感器測(cè)距時(shí)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時(shí)間，因此選用超聲波傳感器作為此設(shè)計(jì)方案的傳感器探頭。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，而且超聲波傳感器的能量消耗緩 慢有利于測(cè)距 [4]。 （ 2） 紅外線測(cè)距傳感器 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè) 紅外線測(cè)距傳感器 利用的就 是 紅外線信號(hào)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(gè)特點(diǎn)從而對(duì)障礙物的距 離的遠(yuǎn)近進(jìn)行測(cè)量的。本設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行距離的測(cè)量和報(bào)警，設(shè)計(jì)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(cè)距模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、 4 位數(shù)碼管顯示模塊這幾個(gè)模塊結(jié)合起來(lái)。首先對(duì)實(shí)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(duì)超聲波傳感器的工作原理進(jìn)行了分 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 析 ，然后具體討論了超聲波測(cè)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(jì)，最后介紹了顯示模塊電路和蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。 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(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。本設(shè)計(jì)的汽車防撞系統(tǒng)能測(cè)量出倒車方向的障礙物與汽車之間的距離 , 并 通過(guò)數(shù)碼管顯示單元模塊顯示兩者之間的距離 ,然后通過(guò)蜂鳴器 發(fā)出不同頻率的聲響 , 從而 起到提示和報(bào)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(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) 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(kāi)始是以蜂鳴器報(bào)警為標(biāo)志的。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，雖然精度不高 ，還不能測(cè)量過(guò)遠(yuǎn)的距離，但規(guī)模小，外圍電路簡(jiǎn)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(shí)的需要，可以完全解除駕駛員在倒車過(guò)程中的顧慮和困擾，提高泊車的安全。而本設(shè)計(jì)的 汽車防撞裝置就是主動(dòng)安全系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)汽車與障礙物之間距離的提示報(bào)警避免汽車與障礙物之間的擦碰。 課題背景及意義 我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 人們對(duì)汽車這種交通工具的依賴性也越來(lái)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(shí)，也引發(fā)了非常多行車的 安全問(wèn)題。 附錄 B 程序清單 ....................................................................................................................33 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) １ 緒論 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，道路交通壓力增加，交通安全問(wèn)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(shí)候是由于駕駛員對(duì)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(shí)地采取措施，從而能避免事故的發(fā)生。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的 汽車防撞裝置能減少駕駛員的駕駛壓力和判斷錯(cuò)誤，使駕駛員泊車倒車更加安全方便，本設(shè)計(jì)將對(duì)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(shí)候顧慮和對(duì)距離判斷的失誤，從而能夠避免倒車的安全問(wèn)題的發(fā)生，故此裝置對(duì)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(bào)警聲越急，蜂鳴器報(bào)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(bào)警對(duì)駕駛員幫助不是很大；之后一個(gè)質(zhì)的飛躍就是液晶屏顯示的出現(xiàn)，特別是液晶顯示開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，駕駛員就是只要發(fā)動(dòng)車輛，而且不用掛倒擋，液晶顯示器上就會(huì)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(dòng)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(lái)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(yǔ)音報(bào)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(duì)超聲波信號(hào)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(jì)。 第 4章主要是對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。 第 6 章是對(duì)本設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望。而本設(shè)計(jì)的核心是超聲波測(cè)距模塊，其他相關(guān)模塊都是在測(cè)距的基礎(chǔ)上拓展起來(lái)的，測(cè)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(lái)論述的。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，使用安全，制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是測(cè)量精度低，方向性也差，測(cè)量距離近 [3]。在中、長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，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(jià)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(cè)得的距離數(shù)值由 4 位共陽(yáng)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(bào)警聲提示，超聲波發(fā)射信號(hào)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(bào)警系統(tǒng)由蜂鳴器電路構(gòu)成。在超聲波發(fā)射電路啟動(dòng)的同時(shí)單片機(jī)啟動(dòng)中斷定時(shí)器，利用其計(jì)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(shí)間。更有利于測(cè)距的準(zhǔn)確性。根據(jù)對(duì)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(jì)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(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路 。在一般的情況下來(lái)講，在選擇單片機(jī)時(shí)要需要考慮的幾個(gè)方面有 [5]： （ 1）單片機(jī)最基本性能參數(shù)指標(biāo)。例如：對(duì)于程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，最好選用的是 Flash 的 存儲(chǔ)器。例如：在進(jìn)行設(shè)計(jì)戶外的產(chǎn)品時(shí)，就必須要選用工業(yè)級(jí)的芯片，以 達(dá)到溫度范圍的要求。 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè) （ 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(cè)，設(shè)計(jì)方案舉例，相關(guān)范例程序等。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，選擇AT89S51 單片機(jī)做為本設(shè)計(jì)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(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè) GND（ 20 腳）：接地端。 圖 時(shí)鐘信號(hào)電路 （ 3） 復(fù)位 RST（ 9 腳） 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，只要有有兩個(gè)機(jī)器周期即 24 個(gè)振蕩周期以上的高電平在這個(gè)引腳出現(xiàn)時(shí)，那么就將會(huì)使單片機(jī)復(fù)位，如果將這個(gè)引腳保持高電平，那么 51 單片機(jī) 芯片就會(huì)循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位 [5]。 P0 口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時(shí) P0口就是一個(gè)真正的雙向口；而在沒(méi)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也可以作為通用的 I/O接口使用，但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口；另外， P0 口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800 uA[5]。 P2 口是一個(gè)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(dòng) 4 個(gè) LSTTL負(fù)載的能力 [5]。 P3 口作為通用 I/O 口接口時(shí)，第二功能輸出線為高電平。在 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號(hào)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(wèn)片外存儲(chǔ)器的時(shí)候， ALE 端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào) (此頻率是振蕩器頻率的 1/6),而在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖會(huì)跳空一個(gè) ,此時(shí)是不可以做為時(shí)鐘輸出 [5]。但在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， /PSEN 將不會(huì)有脈沖輸出 [5]。對(duì)于 80S51 單片機(jī)，由于片內(nèi) 已經(jīng)自帶 有 了 程序存儲(chǔ)器， 所以 只 要單片機(jī) 外接時(shí)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(cè)量是一種 比較理想的的非接觸式的測(cè)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?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)實(shí)際上就是對(duì)機(jī)器周期 T的計(jì)數(shù)，而本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率 fosc取 12 MHz，設(shè)計(jì)數(shù)值 N，則： T＝ 12/fosc=1μs 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 15 頁(yè) 共 37 頁(yè) t=NT＝ N（ s） S＝ 170NT＝ 170N/1000000（ m） 在程序中按 式 S＝ 170NT＝ 170N/1000000 計(jì)算距離。 超聲波接收電路設(shè)計(jì) 由于超聲波在空氣中的傳播過(guò)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(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)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(jì)的要求。 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 17 頁(yè) 共 37 頁(yè) 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(shí)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(cè)距，給至少 10 us 的高電平信號(hào)。這樣 不斷的 循環(huán) 周期測(cè) ， 就可以 在不停地移動(dòng)的過(guò)程中 測(cè)量 距離 值了 。顯示模塊選用 4 位 液晶片 進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，此掃描方式能完全達(dá)到顯示要求。 圖 報(bào)警模塊電路圖 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 20 頁(yè) 共 37 頁(yè) 3． 4 系統(tǒng)整體電路 根據(jù)本章前面對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)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(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。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的，然后通 過(guò)單片機(jī)來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，能精確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距。余波就是在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因 [7]。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 開(kāi)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(dòng) T0 開(kāi)中斷 接收到回波的同時(shí)中斷停止 計(jì)算測(cè)量距離 顯示距離同時(shí)蜂鳴器報(bào)警 延時(shí) 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 23 頁(yè) 共 37 頁(yè) 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。 圖 中斷處理程序流程圖 在中斷處理程序過(guò)程中，對(duì)距離數(shù)據(jù)的計(jì)算是比較關(guān)鍵的。 TRIG=1。 //等待高電平 TR0=1。//取出定時(shí)器值高 8 位和低 8 位合并 S=S/58。 display()。 本設(shè)計(jì)中 ， 采用了 4 位共陽(yáng)極連接的數(shù)碼管顯示來(lái)顯示與障礙物之間的距離 ， 同時(shí)數(shù)碼管與 P1 口連接進(jìn)行動(dòng)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(shí)決定采樣速度 } } 專業(yè)技能綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 第 26 頁(yè) 共 37 頁(yè) 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 主