【正文】 使蜂鳴器發(fā)出 不同的 鳴叫聲進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。 課題研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 本文 所 介紹的超聲 波 測(cè)距 報(bào)警 系統(tǒng) 在 測(cè)距 的時(shí)候 采用 的是 兩個(gè)超聲波探頭 分別進(jìn)行超聲波 發(fā)射和接收來(lái) 進(jìn)行 距離 的 測(cè)量的 。這些的倒車?yán)走_(dá) 能夠連續(xù)測(cè)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(jìn)行報(bào)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(jué) 空間 [1]。 現(xiàn)在 市面上的 魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)應(yīng)該算是 比較先進(jìn)的倒車 雷達(dá)了 ，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)， 并 采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)， 并用 高速電腦控制，可全天準(zhǔn)確地 進(jìn)行 探測(cè) 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(lái) 提醒駕駛員； 魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫 度顯示和車 內(nèi)空氣 溫度 顯示等多項(xiàng)功能整合在一起 [1]，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能， 因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K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(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配 ，當(dāng)然它的價(jià)格 也 是比較貴的 [1]。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 本 汽車 防撞裝置 包含有 單片機(jī)控制電路 、 超聲波 測(cè)距傳感器、 蜂鳴器 報(bào)警電路 及數(shù)碼管 顯示部件等， 裝置 將 各部件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn) 超聲波 測(cè)距及 蜂鳴器 報(bào)警 提示 的 功能。這樣駕駛員就能通過(guò)測(cè)距的顯 示甚至不同的聲音來(lái)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(chǎng)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(jì) 就是 利用單片機(jī) 知識(shí) 、 傳感器知識(shí) 等， 進(jìn)行的 汽車 防撞 裝置 的 設(shè)計(jì)，在汽車倒車時(shí)，這種裝置可以 在 駕駛員 對(duì) 車尾與障礙物體的距離 遠(yuǎn)近無(wú)法目測(cè)和判斷 時(shí)進(jìn)行報(bào)警。 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。 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。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。 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。 倒車 雷達(dá) 系統(tǒng)的 開(kāi)始 是 以 蜂鳴器報(bào)警 為標(biāo)志的 。 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)走_(dá)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?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]。 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。 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。首先 對(duì) 超聲波傳感器的工作原理 進(jìn)行了分析 ，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)。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 。 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)。 （ 2） 紅外線測(cè)距傳感器 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 。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]。 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 。 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。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。汽車防撞 系統(tǒng)的測(cè)距 是利用超聲波測(cè)距的原理，在單片 機(jī)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(shí)反射到超聲波接 收 探頭，由此回應(yīng)到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行 中斷處理和 數(shù)據(jù)的處理，計(jì)算出距離，由數(shù)碼管顯示距離，并由蜂鳴器報(bào)警提示。目前，市面上的單片機(jī) 的 種類繁多，并且他們 在 功 能方面也 是各自有各自的特點(diǎn) 。 （ 3）單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)。 （ 5） 單片機(jī) 對(duì) 工作 的 溫度范圍 的要求 。 （ 7） 單片機(jī) 在市面上的銷售渠道是 否暢通 、 其 價(jià)格是否 便宜 。 51 系列 的 單片機(jī) 執(zhí)行速 率 快 (最高時(shí)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(jī)的引腳功能圖 AT89S52貼片封裝 單片機(jī)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(shí)鐘信號(hào)電路如圖 所示。 圖 單片機(jī) 復(fù)位電路圖 （ 4） 輸入輸出 口 （ I/O 口 ） 引腳 P0 口 是一個(gè)三態(tài) 的 雙向口 ， 既 可以作為 數(shù)據(jù) 和 地址 的 分時(shí)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(jī) 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(jī) 端口 輸出高電平 [5]。 P3 口也 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載，這 8 個(gè)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(qǐng)求輸入端 （ INT0） 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 （ INT1） 定時(shí)器 0 輸入 端 (T0) 定時(shí)器 1 輸入 端 (T1) 外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 信號(hào)輸出端（ /WR） 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 信號(hào)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(hào)輸出端。 當(dāng)89S51 從 外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 內(nèi) 輸出 2 個(gè)脈沖即兩次有效 ，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線 P0 口讀回指令或常數(shù) 。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī) 最小 系統(tǒng) 是其他 拓展 系統(tǒng)的最 基本的基礎(chǔ) ，單片機(jī) 最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng) 即單片機(jī)能工作的系統(tǒng) 。由于超聲波的 以上 幾個(gè) 特點(diǎn)， 所以 超聲波 被廣泛 地 應(yīng)用于物體距離 的測(cè)量 、厚度等 方面 [6]。這樣，定時(shí)器就 能夠準(zhǔn)確的 記錄下了超聲波 發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播 所用的時(shí)間 t（ s） [7]。 圖 超聲波發(fā) 射電路 工作時(shí)， 由單片機(jī) 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(hào)， 再 經(jīng) 74LS04 放大 電路放大后，驅(qū)動(dòng)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(duì)它的帶通濾波器 的 頻率進(jìn)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(chǎng)對(duì) 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(cè)距范圍為 2 cm～ 5 m，能 基本 滿足測(cè)距要求，而且其精度可以達(dá)到 cm，盲區(qū) 僅 僅 為 2 cm， 完全 可以 能夠 滿足 本設(shè)計(jì)的 測(cè)距要求 ， 而且 測(cè)距 也比較 穩(wěn)定 。 一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí) ， 當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值 ， 此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)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(yáng)極 數(shù)碼管 與共陰極 數(shù)碼管 。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示比較實(shí)用， 電路構(gòu)建簡(jiǎn)單， 所以 本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示測(cè)量距離， 只要 輪流顯示的速度足夠快的時(shí)候就能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)值的顯示 。報(bào)警模塊電路 圖如圖 所示。 4 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 的是 模塊化 的 思路來(lái)進(jìn)行 設(shè)計(jì) 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(guò) 對(duì) 回波信號(hào)的接收 ，完成后續(xù)的 工作，假如 標(biāo)志位清零 則 說(shuō)明接收到 了 回波信號(hào)， 那么 主程序 就 返回到 初始 端重新將 回波接收標(biāo)志位 置位 并且 在 單片機(jī)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(yùn)行，循環(huán)不斷 地工作用來(lái) 實(shí)現(xiàn)測(cè)距 。 在 進(jìn)行 超聲波測(cè)距時(shí)， 實(shí)際上測(cè)距 就 是 記錄 從 超聲波 發(fā)射 電路發(fā)射超聲波信號(hào) 開(kāi)始 到接收到信號(hào)的聲波 的 往返時(shí)間差， 然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離，對(duì)于回波信號(hào) 需要進(jìn)行 檢測(cè)的有效信號(hào) 是 反射物體反射的回波信號(hào)， 所以 要盡量避免 在 檢測(cè) 時(shí)候檢測(cè) 到余波信號(hào)。 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(shí)打開(kāi)外部中斷 0 和定時(shí)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(hào) { TR1=0。 // delay(50)。 } 計(jì)算 及 顯示 模塊設(shè)計(jì) 從 距離計(jì)算 公式 S=17N/1000=N(cm)中 可以 很明顯 看出 來(lái) ， 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(kāi)始 到接收到超聲波這個(gè)過(guò)程中定時(shí)器0的計(jì)數(shù) 的 次數(shù)。當(dāng) 超聲波接收電路 接收 了 到 回波 信號(hào) 的同時(shí) 時(shí)， 電路 便會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)低電平 到單片機(jī)的 端口 ， 在 單片機(jī) 檢測(cè)到該信號(hào)后，定時(shí)器計(jì)時(shí) 就 將 停止 ， 同時(shí) 定時(shí)器的計(jì)數(shù) 的 次數(shù) 將被 提取 出來(lái) ， 這樣 就可以得到以 cm 為單位的 測(cè)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(bào)警模塊設(shè)計(jì) 主 程序根據(jù) 距離 計(jì)算 公式 計(jì)算數(shù)據(jù)即 距離 結(jié)果的 遠(yuǎn)近 ， 通過(guò)數(shù)碼管顯示， 并且 同時(shí) 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(cè)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(shí)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(cè)量一塊地磚的寬度為 60 cm，本設(shè) 計(jì)的測(cè)量距離為 m，距離基本能測(cè)準(zhǔn)，且比較穩(wěn)定，測(cè)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?yàn)?表面 粗糙 的 障礙物 介質(zhì) 要 比 光滑介質(zhì) 的測(cè)量結(jié)果要差 ，如果 障礙物 的 發(fā)射 面比較粗糙會(huì)引起 發(fā)射信號(hào)散射開(kāi)那么回波信號(hào)就會(huì) 減弱， 這樣就會(huì)導(dǎo)致 測(cè)量結(jié)果 的 誤差增大 [12]。 但是 這 種 干擾能夠通過(guò)別的方法 進(jìn)行處理， 比如軟件算法的方法去消除直達(dá)波的干擾 [14]。實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)