【正文】 使蜂鳴器發(fā)出 不同的 鳴叫聲進行語音報警。 課題研究內(nèi)容及章節(jié)安排 本文 所 介紹的超聲 波 測距 報警 系統(tǒng) 在 測距 的時候 采用 的是 兩個超聲波探頭 分別進行超聲波 發(fā)射和接收來 進行 距離 的 測量的 。這些的倒車雷達 能夠連續(xù)測距 并顯示 汽車與 障礙物 之間的 距離， 而且 采用 蜂鳴器 的 不同 頻率 的 鳴叫聲 進行報警 提示 和距離 顯示 提示， 從而能夠 盡量不占用駕駛員的視覺 空間 [1]。 現(xiàn)在 市面上的 魔幻鏡倒車雷達應(yīng)該算是 比較先進的倒車 雷達了 ，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點， 并 采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)， 并用 高速電腦控制，可全天準確地 進行 探測 2 m以內(nèi)的障礙物 ，并以不同的聲音提示和直觀 的 距離 顯示 來 提醒駕駛員； 魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫 度顯示和車 內(nèi)空氣 溫度 顯示等多項功能整合在一起 [1]，并設(shè)計了語音功能， 因為其外形就是一塊倒車鏡 ，所以可以不占用車內(nèi)空間， 可以 直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置， 而且它 樣式種類繁多 ，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配 ，當然它的價格 也 是比較貴的 [1]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 本 汽車 防撞裝置 包含有 單片機控制電路 、 超聲波 測距傳感器、 蜂鳴器 報警電路 及數(shù)碼管 顯示部件等， 裝置 將 各部件有機地結(jié)合起來，實現(xiàn) 超聲波 測距及 蜂鳴器 報警 提示 的 功能。這樣駕駛員就能通過測距的顯 示甚至不同的聲音來直接判斷汽車玉障礙物之間的距離。隨著汽車數(shù)量的增加，停 車場的數(shù)量也急劇 增加 ， 停車車輛密集，停車人多，所以汽車碰撞亦逐漸增多。 而 本 設(shè)計 就是 利用單片機 知識 、 傳感器知識 等， 進行的 汽車 防撞 裝置 的 設(shè)計，在汽車倒車時，這種裝置可以 在 駕駛員 對 車尾與障礙物體的距離 遠近無法目測和判斷 時進行報警。 1 緒論 當前社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷提高，汽車已逐漸進入不少百姓家。 課 題背景 及 意義 我國社會 經(jīng)濟的 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。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。 本設(shè)計的 設(shè)計簡易，雖然精度 不 高， 還不能測量過遠的距離， 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。 倒車 雷達 系統(tǒng)的 開始 是 以 蜂鳴器報警 為標志的 。 最新的一代倒車雷達是整合影音系統(tǒng)，除了具備前幾代倒車雷達的功能外還兼有影音系統(tǒng) [1]。 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 倒車雷達 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]。 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。 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。首先 對 超聲波傳感器的工作原理 進行了分析 ，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。首先對 實物進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 。 本設(shè)計主要是進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。 （ 2） 紅外線測距傳感器 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 反射的強度也不同 ，根據(jù)這個特點從而對 障礙物 的 距離的 遠近 進行 測量 的 。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]。 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 。 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 進行 編程， 51 單片機 在執(zhí)行程序后由 端口產(chǎn)生 40kHz 的脈沖信號 通過 74LS04 電路進行放大并送到 到超聲波發(fā)射探頭，產(chǎn)生超聲波。此超聲波 模塊 的 最大探測距離為 5 m， 精度可以達到 cm， 盲區(qū) 為 2 cm， 而且 發(fā)射擴散角 不大 于 15176。汽車防撞 系統(tǒng)的測距 是利用超聲波測距的原理，在單片 機內(nèi)部程序 的 控制下，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，在 超聲波 遇到障礙物時反射到超聲波接 收 探頭，由此回應(yīng)到單片機，由單片機進行 中斷處理和 數(shù)據(jù)的處理，計算出距離，由數(shù)碼管顯示距離，并由蜂鳴器報警提示。目前，市面上的單片機 的 種類繁多，并且他們 在 功 能方面也 是各自有各自的特點 。 （ 3）單片機的存儲介質(zhì)。 （ 5） 單片機 對 工作 的 溫度范圍 的要求 。 （ 7） 單片機 在市面上的銷售渠道是 否暢通 、 其 價格是否 便宜 。 51 系列 的 單片機 執(zhí)行速 率 快 (最高時鐘頻率 為 90 MHz)，功耗低 ，在系統(tǒng) 、 在 應(yīng)用可編程 ,不占 用 用戶 的 資源 [5]。 圖 51 單片機的引腳功能圖 AT89S52貼片封裝 單片機引腳功能 （ 1） 電源引腳 Vcc（ 40 腳 ） ： 正電源 的 引 腳，工作電壓 是 5 V。 時鐘信號電路如圖 所示。 圖 單片機 復(fù)位電路圖 （ 4） 輸入輸出 口 （ I/O 口 ） 引腳 P0 口 是一個三態(tài) 的 雙向口 ， 既 可以作為 數(shù)據(jù) 和 地址 的 分時復(fù)用口， 又 可以作為通用輸入輸出口 [5]。 例 如： 指令 CLR 是 清零的意思 ， CLR 的意思 就是讓單片機 的 端口 輸出低電平；而 指令 SETB 是 置 1 的意思 ， SETB 的意思就是 讓單片機 端口 輸出高電平 [5]。 P3 口也 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載，這 8 個引腳還用于專門的第二功能 [5]。 表 P3 口 第二 功能 表 P3 引腳 兼用功能 串行通訊輸入 口 （ RXD） 串行通訊輸出 口 （ TXD） 外部中斷 0 請求輸入端 （ INT0） 外部中斷 1 請求輸入端 （ INT1） 定時器 0 輸入 端 (T0) 定時器 1 輸入 端 (T1) 外部數(shù) 據(jù)存儲器寫選通 信號輸出端（ /WR） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 信號輸出端（ /RD） （ 5） 其它控制或復(fù)用引腳 （ a） ALE/PROG（ 30 腳）：地址鎖存有效信號輸出端。 當89S51 從 外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期 內(nèi) 輸出 2 個脈沖即兩次有效 ，以通過數(shù)據(jù)總線 P0 口讀回指令或常數(shù) 。 單片機最小系統(tǒng) 單片機 最小 系統(tǒng) 是其他 拓展 系統(tǒng)的最 基本的基礎(chǔ) ，單片機 最小系統(tǒng)是指一個真正可用的單片機最小配置系統(tǒng) 即單片機能工作的系統(tǒng) 。由于超聲波的 以上 幾個 特點， 所以 超聲波 被廣泛 地 應(yīng)用于物體距離 的測量 、厚度等 方面 [6]。這樣，定時器就 能夠準確的 記錄下了超聲波 發(fā)射點至障礙物之間往返傳播 所用的時間 t（ s） [7]。 圖 超聲波發(fā) 射電路 工作時， 由單片機 產(chǎn)生 40 kHz 的脈沖 從 口 向超聲波 的 發(fā)射電路 部分 發(fā)出信號， 再 經(jīng) 74LS04 放大 電路放大后，驅(qū)動超聲波探頭 將 超聲波 發(fā)射出去 。 CX20216A 芯片的 5 腳 在 外接電阻對它的帶通濾波器 的 頻率進行調(diào)節(jié)，而且 不用再外接其他 的 電感，能夠 很好地 避免 外加 磁場對 芯片 電路的干擾， 而且它的可靠性 也 是比較高的 。 HRSR04 超聲波集成 模塊 正面外觀 如圖 所示 ， HRSR04 超聲波集成 模塊的背面外觀如圖 所示 。此模塊的測距范圍為 2 cm～ 5 m，能 基本 滿足測距要求，而且其精度可以達到 cm，盲區(qū) 僅 僅 為 2 cm， 完全 可以 能夠 滿足 本設(shè)計的 測距要求 ， 而且 測距 也比較 穩(wěn)定 。 一有輸出就可以開定時器計時 ， 當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值 ， 此時就為此次測距的時間 ， 就能夠 算出距離 。 市面上 常用 的 LED 數(shù)碼管有兩種 即 共陽極 數(shù)碼管 與共陰極 數(shù)碼管 。數(shù)碼管的動態(tài)顯示比較實用， 電路構(gòu)建簡單， 所以 本設(shè)計采用動態(tài)掃描的方法顯示測量距離， 只要 輪流顯示的速度足夠快的時候就能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)值的顯示 。報警模塊電路 圖如圖 所示。 4 系統(tǒng)軟件 設(shè)計 本設(shè)計采用 的是 模塊化 的 思路來進行 設(shè)計 和 編寫 程序， 程序主要由 系統(tǒng) 主程序和中斷程序構(gòu)成。最后主程序通過 對 回波信號的接收 ，完成后續(xù)的 工作，假如 標志位清零 則 說明接收到 了 回波信號， 那么 主程序 就 返回到 初始 端重新將 回波接收標志位 置位 并且 在 單片機的 上發(fā)送低電平 到超聲波發(fā)射電路 ， 就這樣， 連續(xù) 不斷 地 運行，循環(huán)不斷 地工作用來 實現(xiàn)測距 。 在 進行 超聲波測距時， 實際上測距 就 是 記錄 從 超聲波 發(fā)射 電路發(fā)射超聲波信號 開始 到接收到信號的聲波 的 往返時間差， 然后通過數(shù)據(jù)計算出距離，對于回波信號 需要進行 檢測的有效信號 是 反射物體反射的回波信號， 所以 要盡量避免 在 檢測 時候檢測 到余波信號。 綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖， 系統(tǒng)主程序 的 流程圖如圖 所示。 中斷 處理 程序的 程序流程圖如圖 所示 。//設(shè)置工作方式 IT0=0。 Trig=1。 // EX0=1。 //在 EA=0 時打開外部中斷 0 和定時器 1 的設(shè)置 while(Echo==0)。 } } //外部中斷 0，用做判斷回波電平 intO() interrupt 0 // 外部中斷是 0 號 { TR1=0。 // delay(50)。 } 計算 及 顯示 模塊設(shè)計 從 距離計算 公式 S=17N/1000=N(cm)中 可以 很明顯 看出 來 ， 如果 想 要得到具體的 距離 的 值， 就 只 需 要 得到從 超聲波 發(fā) 送 開始 到接收到超聲波這個過程中定時器0的計數(shù) 的 次數(shù)。當 超聲波接收電路 接收 了 到 回波 信號 的同時 時， 電路 便會 產(chǎn)生一個低電平 到單片機的 端口 ， 在 單片機 檢測到該信號后，定時器計時 就 將 停止 ， 同時 定時器的計數(shù) 的 次數(shù) 將被 提取 出來 ， 這樣 就可以得到以 cm 為單位的 測量的 距離 值。 P2=0xff。 P2=0xff。 P2=0xff。 P2=0xff。(xs=100)) { P1=WeiMa[0]。 P1=WeiMa[1]。 P1=WeiMa[2]。 P1=WeiMa[3]。(xs10)) { P1=WeiMa[0]。 P1=WeiMa[1]。 P1=WeiMa[2]。 P2=0xff。 } } } 報警模塊設(shè)計 主 程序根據(jù) 距離 計算 公式 計算數(shù)據(jù)即 距離 結(jié)果的 遠近 ， 通過數(shù)碼管顯示， 并且 同時 控制蜂鳴器的鳴叫 的 頻率。 5 硬件組裝及性能調(diào)試 本 汽車 防撞裝置 以 HCSR04型的 超聲波測距傳感器 模塊 為主 體 ，中心頻率 是基本穩(wěn)定 在 40 kHz， 安裝時保持 模 塊平整擺放即使 兩超聲波探頭的 中心軸線平行 [9]。 經(jīng)測量一塊地磚的寬度為 60 cm，本設(shè) 計的測量距離為 m，距離基本能測準，且比較穩(wěn)定，測量 情況如圖 所示。 （ 2） 不同障礙物 表面材料的 不同 介質(zhì)引起的誤差 因為 表面 粗糙 的 障礙物 介質(zhì) 要 比 光滑介質(zhì) 的測量結(jié)果要差 ，如果 障礙物 的 發(fā)射 面比較粗糙會引起 發(fā)射信號散射開那么回波信號就會 減弱， 這樣就會導(dǎo)致 測量結(jié)果 的 誤差增大 [12]。 但是 這 種 干擾能夠通過別的方法 進行處理， 比如軟件算法的方法去消除直達波的干擾 [14]。實現(xiàn)了以單片機