【正文】 探頭和接收探頭都是平行放置且距離較近，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時(shí)，接收探頭會(huì)引起強(qiáng)烈的感應(yīng)信號(hào)，因此必須將其隱去。脈沖過(guò)后， S = 1， R =1， Q=0， 0INT = 1。 接收電路主要由回波放大接收及比較控制電路組成，如圖 12 所示。 在接收端第一級(jí)，要求其放大倍數(shù)為了 C945 這 62 倍左右，所以選擇只三極管，達(dá)到了放大倍數(shù)。 方案的比較與確定 方案一： 40kHz 的超聲波發(fā)送脈沖信號(hào)由單片機(jī)的 口送出，發(fā)出一系列的脈沖群，每一個(gè)脈沖群的持續(xù)時(shí)間大約為 左右。 第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè) 第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 總體方案設(shè)計(jì) 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由晶振電路、復(fù)位電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、報(bào)警電路組成。過(guò)去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨(dú) 第 2 頁(yè) 共 44 頁(yè) 的超聲儀，計(jì)算機(jī)可充分發(fā)揮各自特點(diǎn)。意大利 Carullo 等人推 出了一種自適應(yīng)的系統(tǒng)，使用一個(gè)特殊的發(fā)射波形，取得良好的回波包絡(luò)和環(huán)境噪聲估計(jì)，設(shè)置一定的回聲開(kāi)平電路，且采用自動(dòng)增益控制放大器的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)這些措施來(lái)提高超聲檢測(cè)精度。 本課題把硬件電路和軟件有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，完成汽車(chē)行車(chē)、倒車(chē)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠了解單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀，而且通過(guò)對(duì)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)掌握了數(shù)字電路從原理圖到 PCB 版的全部 過(guò)程，形成完善的設(shè)計(jì)思路以及思想，并通過(guò)對(duì)汽車(chē)超聲波報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程，鍛煉應(yīng)用 C 以及相關(guān)匯編語(yǔ)言等軟件設(shè)計(jì)電路程序的能力為以后參與實(shí)際工作奠定良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。汽車(chē)的數(shù)量在大副攀升，交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車(chē)、盜竊 [1]事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。 14 HCSR04 工作原理 13 超聲波發(fā)射電路和接受電路 ..................................................................................... 14 HCSR04 主要技術(shù)參數(shù) 對(duì)組成的各系統(tǒng)電路的芯片進(jìn)行了介紹，并闡述了它們的工作原理。 基于單片機(jī)的汽車(chē)防撞測(cè)距警報(bào)系統(tǒng) 學(xué)院名稱(chēng)： 電氣信息學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 08 東 測(cè)控 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 2021 年 6 月 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 1 基于單片機(jī)的汽車(chē)防撞測(cè)距警報(bào)系統(tǒng) 摘要 : 本文介紹 了 一種單片機(jī)控制的汽車(chē)防撞 測(cè)距 報(bào)警系統(tǒng) ，此系統(tǒng)利用AT89C52 單片機(jī)作為主控制器，結(jié)合超聲波測(cè)距原理，通過(guò)發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)數(shù)碼管顯示距離，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的距離時(shí)蜂鳴器報(bào)警。此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，使用方便等特點(diǎn)。超聲波測(cè)距法是最常見(jiàn)的一種距離測(cè)距方法 [24]，應(yīng)用于汽車(chē)的前后左右防撞的 近距離和低速狀況下。 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速設(shè)備的快速發(fā)展，數(shù)字化采集和分析的超聲波信號(hào)的持續(xù)發(fā)展成為了可能。此外，也有很多的文獻(xiàn)研究，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和小波變換理論來(lái)提高傳輸時(shí)間的準(zhǔn)確性。高智能化檢測(cè)儀器只能滿足檢測(cè)條件，使用環(huán)境，重復(fù) 性測(cè)試內(nèi)容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。見(jiàn)系統(tǒng)框圖 11。信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管放大，再經(jīng)過(guò)阻抗匹 第 4 頁(yè) 共 44 頁(yè) 配電路即變壓器（變壓器輸入輸出比為 1： 10）后，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭，發(fā)射換能器兩端就加上了高電壓，內(nèi)部的壓電晶片開(kāi)始震動(dòng)，經(jīng)過(guò)壓電換能器將發(fā)出 40kHz 的脈沖超聲波。第二三級(jí)選用了一枚集成放大器 NE5532，它集成了兩個(gè)放大器，可達(dá)到預(yù)定放大倍數(shù)。 圖 12 接收控制及接口電路 初始，比較器 A1 同相端已經(jīng)通過(guò)調(diào)整 Rr，使其電壓略高于 。回波信號(hào)經(jīng)放大濾波，送至比較器 A1 的反相端 ，它是疊加在 40kHz的信號(hào)。當(dāng) 輸出啟動(dòng)信號(hào)，主控 同步脈沖加至比較器 A2 時(shí)， A2 輸出一個(gè)遠(yuǎn)大于 的電壓，經(jīng)過(guò) D2 降壓后約為 左右，加至 A1 同相端，又 C2 的延遲作用， A1 同相端產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，它的幅度和寬度均大于發(fā)射串?dāng)_信號(hào)， A1 輸出端即 RS 觸發(fā)器的 S 端仍為高電平，這樣串?dāng)_信號(hào)將被隱去。采用555 多諧振蕩器可以實(shí)現(xiàn)寬范圍占空比的調(diào)節(jié)，并且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單占用面積小。如圖 14 所示，首先調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 R 使比較器 A1 同相端電位高于 。 （ 3）盲 區(qū)干擾信號(hào)的消隱。所以必須將其隱去 ,當(dāng) 輸出啟動(dòng)信息 ,同步脈沖加至比較器 A2 時(shí)， A2 輸出一遠(yuǎn)大于 的電壓， 經(jīng) D2 降壓后大約等于 ，加至 A1 同相端，由于 C1 延遲作用， A1 同相端將產(chǎn)生一定寬度和高度的方波，如圖 13中的（ 4）所示。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生 40kHz 脈沖電壓。 （ 2）接收電路。檢波電路拾取回波中的正半波，以便后級(jí)電路放大；整形電路把回波信號(hào)整理為單片機(jī)系統(tǒng)能夠接收的信號(hào)并向單片機(jī)申請(qǐng)中斷以停止計(jì)時(shí)。其電路如圖 16所示。為提高傳感器的靈敏度， Q 值一般不能太低，為使傳感器充分振蕩起 來(lái)，發(fā)射脈寬要求不能小于 Q 個(gè)振蕩周期，才能使發(fā)射幅度基本達(dá)到最大。 如何達(dá)到信號(hào)的最佳接收關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和安全性，所以也應(yīng)考慮到影響接收信號(hào)的各方面問(wèn)題。匹配濾波器具有以下特點(diǎn)：（ 1）輸 出最大信噪比與信號(hào)波形無(wú)關(guān)；（ 2）匹配濾波器對(duì)信號(hào)的幅度和時(shí)延具有適應(yīng)性，即對(duì)只有幅度和出現(xiàn)時(shí)間不同的信號(hào)，它們的匹配濾波器是相同的；（ 3）匹配濾波器與相關(guān)接收和相關(guān)器具有等效性。前置放大主要起阻抗匹配的作用，使輸入信號(hào)功率最大。程控放大器分為 2 檔，分別放大 10 倍和 100 倍，由控制端 A1， A0 控制。 由 AT89C52 單片機(jī)編程，執(zhí)行程序后 口產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng) HCSRO4 超聲波測(cè)距模塊，產(chǎn)生超聲波和接收。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INTO 或 INT1 端產(chǎn)生一個(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，計(jì)算距離。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)最小系統(tǒng)主要是由 AT89C52 芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路組成。第二是內(nèi)部 Flash 變大： AT89C51 有 4 kB 的內(nèi)部 Flash PERAM，而AT89C52 的內(nèi)部 Flash PERAM 增加 1 倍，達(dá)到 8kB。 AT89C52 具有 40 個(gè)引腳， 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。芯片引腳圖如圖 21 所示。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 L298N 與單片機(jī)連接 : ：用于連接 IN1。 : 用于連接 IN4。它采用外部振蕩器時(shí)，引腳應(yīng)接地。 RST： AT89C52 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升 到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89C52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降（電池電 壓不足）等引起的問(wèn)題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位通常有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方法。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本 身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作 。輸出端為引腳 X2，在芯片的外部通過(guò)這兩個(gè)引腳接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。模塊性能穩(wěn)定，測(cè)度距離精確。 HCSR04 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）使用電壓： DC5V； （ 2）靜態(tài)電流：小于 2mA； （ 3）電平輸出：高 5V； （ 4）電平輸出：底 0V； （ 5）感應(yīng)角度：不大于 15 度； （ 6）探測(cè)距離： 2cm450cm ； （ 7）高精度：可達(dá) ； （ 8）接線方式： VCC、 trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè) HCSR04 工作原理 （ 1）采用 IO 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 輸出一高 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 。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣 型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。報(bào)警電路由一 個(gè)三極管、一個(gè)電阻和一個(gè)蜂鳴器組成的。本設(shè)計(jì)是用 L298 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)。 OUT1， OUT2，OUT3， OUT4 分別接電機(jī)的一相。 圖 27驅(qū)動(dòng)電路圖 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)原理圖見(jiàn)附錄 1。 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) 第三章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波 測(cè)距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門(mén)控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。 RAM 中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為 ? ?NTVTVS ??????? （ 31） 其中， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， Tr 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率， N 為計(jì)數(shù)器的值。由于采用了單片機(jī) AT89C52 并考慮整個(gè)系 統(tǒng)的控制流程，整個(gè)系統(tǒng)軟件都有 AT89C52系列單片機(jī)匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 主程序 主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè) 的，程序首先完成初始化過(guò)程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過(guò)程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都會(huì)判斷 在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過(guò)程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來(lái)判斷程序得流程，有回波的話，再經(jīng)過(guò)測(cè)距的子程序流來(lái)計(jì)算距離，判斷所測(cè)距離是否在安全范圍內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)顯示和報(bào)警電路。在脈沖產(chǎn)生前先對(duì)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 進(jìn)行初始化，在這里選擇的是工作方式 1 定時(shí)器模式，所以 TMOD 應(yīng)該設(shè)定為 0x11，再開(kāi)啟 T0 的同時(shí)開(kāi)發(fā)發(fā)射超聲波脈沖。 （ 2）超聲波的接收與處理。 include sbit csbout=P1^0。 部分源程序如下： write_(0x80)。 （ 4）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間。 超聲波測(cè)得的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理后，由 LCD1602顯示出數(shù)據(jù)來(lái)。 //報(bào)警距離設(shè)計(jì) 按一次為距離設(shè)計(jì) ， 按兩次為正常工作狀態(tài) sbit temp_1=P2^2。 //顯示位數(shù)計(jì)數(shù) uchar table1[16]= Distance= 。 uchar table5[16]=Dis_Setup= CM。,39。,39。,39。,39。,39。,39。}。 /存放報(bào)警距離值，初始值為 20cm unsigned long temp_value。 //控制按鍵次數(shù) void delay(uint n) //延時(shí) 1MS { uint x,y。y0。ms。 P0=。 delay(5)。 delay(5)。 } void init() //液晶初始化 { lcden=0。 delay(20)。 delay(20)。 IN4 = 0。 //關(guān)閉報(bào)警 temp_value = S_flag。 硬件調(diào)試