【正文】 ...................................................... 37 附錄 1 總原理圖 ............................................................................................................................................. 37 附錄 2 PCB 圖 ................................................................................................................................................ 40 附錄 3 源程序 ................................................................................................................................................. 41 基于 51單片機(jī)的簡易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 第 1 頁 共 53 頁 1 引言 課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化 、車流密集化和駕駛員職業(yè)化的趨勢。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進(jìn)方案。論文的內(nèi)容是基于 STC89C52 單片機(jī)簡易汽車防 撞 系統(tǒng)的設(shè)計，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，將超聲波測距系統(tǒng)和 STC89C52 單片機(jī)結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于 STC89C52 的汽車防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點(diǎn)。 關(guān)鍵 詞 ： STC89C52；超聲波；傳感器；測 距 基于 51單片機(jī)的簡易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 THE DESIGN OF AUTOMOTIVE ANTICOLLISION SYSTEM BASED ON 51 SCM ABSTRACT This paper is using ultrasonic to design a simple automotive anticollision system. The content of the paper is based on the design of the automotive anticollision system, including the characteristics and advantages of ultrasonic ranging system designs a kind of the automotive anticollision system based on the STC89C52. This system uses software and hardware of the method of bining. It has the characteristics of modular and multipurpose. This paper summarizes the ultrasonic detection development and basic principle, this paper expounds the principle and characteristics of ultrasonic sensor. Some of the main parameters for system is discussed, and introduces the function of ultrasonic ranging system is put forward on the basis of system general structure, through a variety of emission receiving circuit design scheme parison, the conclusion of the best design scheme and the principle of system every design unit are introduced. Finally, the paper proposes an improvement plan based on the error analysis system. Key words: STC89C52。同時，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。汽車防撞系統(tǒng)作為 ITS發(fā)展的一個基礎(chǔ)，它的成功與否對整個系統(tǒng)有著很大的作用。這個系統(tǒng)是一種可向 司機(jī) 預(yù)先發(fā)出試聽語音信號的探測裝置。超過 65%的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。 超聲波測距在汽車上應(yīng)用的介紹 超聲波 防撞 測距儀（俗稱電子眼）是汽車防撞安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動態(tài)顯示 周圍障礙物的情況。這些產(chǎn)品存在的主要問題是測量盲區(qū)大，報警滯后，未考慮汽車制動時的慣性因素， 使 駕駛者制動滯后，抗干擾能力不強(qiáng)，誤報也比較多。能檢測前進(jìn)和倒車方向障礙物距離，通過后視鏡內(nèi)置的顯示單元顯示距離和方位，發(fā)出一定的聲響，起到提示和警戒的作用。完成這種功能的裝置就是超聲波 傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源 與 障礙物之間的距離。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到要求。其主要有三種測距方法： （ 1）相位檢測法，相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限； （ 2） 聲波幅值檢測法，聲波幅值檢測法易受 反 射波的影響； （ 3） 渡越 時間 檢測法，渡越時間檢測法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計上都非常容易實(shí)現(xiàn)。 2 課題的方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)總體設(shè)計 本課題研究的是基于 STC89C52 單片機(jī)，利用超聲波測距法設(shè)計的一種簡易汽車防撞系統(tǒng)，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和 STC89C52 單片機(jī)結(jié)合為一體，設(shè)計出一種基于 STC89C52 單片機(jī)的簡易汽車防撞系統(tǒng)。T 為發(fā)射與接收的時間差 ） 在程序中計算出距離，最后通過 顯示器把距離顯示 出來 ，或發(fā)出警報 。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器。另外， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 接收電路的設(shè)計 參考紅外轉(zhuǎn)化接受期刊的電路采用集成電路 CX20206A，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。 顯示器模塊 液晶顯示器以其微功耗、體積小，顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功率應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計選用氣相、窄波束、 40KHz 的超聲波換能器。 超聲波發(fā)射電路驅(qū)動有兩種比較通過用的設(shè)計方案，一種是應(yīng)用 555 定時器產(chǎn)生 40KHz 的振蕩信號，然后通過 555 定時器驅(qū)動超聲波換能器工作產(chǎn)生超聲波信號；另外一種是應(yīng)用單片機(jī)定時器產(chǎn)生 40KHZ 的方波信號然后通過驅(qū)動輸入超聲波換能器產(chǎn)生超聲波信號，因第二種方法方案較簡單，本設(shè)計是應(yīng)用第二種方案。 方案二：采用液晶顯示。 數(shù)據(jù)通信方式的選擇 數(shù)據(jù)通信方式可分為兩種：并行傳送和串行傳送。 該課題設(shè)計的技術(shù)指標(biāo) （ 1） 汽車 行 駛 時，若汽車與障礙物的距離≤ 1m 時，發(fā)出報警聲音，若汽車與障礙物的距離≤ ，剎車制動，剎車指示燈亮； （ 2） 可自動解除報警或手動強(qiáng)制解除報警； （ 3） 采用 LCD 液晶顯示，當(dāng)汽車與障礙物的距離在 6m內(nèi)時，可顯示實(shí)際距離； 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 本系統(tǒng)主要是 應(yīng)用 STC89C52 單片機(jī)為主控制器，以超聲波發(fā)射部分，接收部分，LCD 顯示部分，報警部分為受控模塊，它們共同組成為超聲波測距系統(tǒng)。 目 前各半導(dǎo)體公司、 電氣商都向市場上推出了形形色色的單片機(jī)，并提供了 良好的開發(fā)環(huán)境 。例如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量， I/O 引腳數(shù)量等。對于程序存儲器來說， Flash 存儲器和 OTP（一次性 可 編程）存儲器相比較，最好是 Flash 存儲器。如果設(shè)計戶外產(chǎn)品，必須選用 工 業(yè)級。 (8)技術(shù)支持網(wǎng)站的速度如何，資料是否豐 富。它在指令系統(tǒng)、硬件 結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上 與標(biāo)準(zhǔn) 8052 單片機(jī)完全兼容， DIP40 封裝系列 與 8051 為 pintopin 兼容。當(dāng)使用自激 振 蕩方式時， XTAL1 和 XTAL2 外接石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩，就產(chǎn)生時鐘信號。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM的 0000H 處開始運(yùn)行程序。通 常在使用時外接上拉電阻，用 來驅(qū)動多個數(shù)碼管。通常在使用時外 不 需要外接 上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。 CLR ：讓單片機(jī)從第一腳輸出低電平。端 口 置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉 基于 51單片機(jī)的簡易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 第 11 頁 共 53 頁 到高電平，作輸入用。 Pinl0Pin17 為 輸入輸出腳，稱為 P3 口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載，這 8 個引腳還用于專門的 第二功能。除此之外 P3 端 口 ]還用于一些專 門功能，如下表。對 Flash 存儲器編程時，這個引腳用 于輸入編程脈沖 PROG 表 31 P3口專門功能 P3引腳 兼用功能 串行通訊輸入 （ RXD） 串行通訊輸出 （ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時器 0輸入 （ T0） 定時器 1輸入 （ T1） 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD (2)PSEN 29 該引腳是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲器時，應(yīng)輸入低電平。 超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高，分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的 測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。雖然通用型超聲波傳感器有頻率帶寬較窄的缺點(diǎn)，但是卻可以換來高靈敏度，抗噪聲干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。處于距離和發(fā)射夾角所引起的誤差以及超聲波信號在傳播過程中衰減問題的考慮，發(fā)射和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn)，而又為了避免發(fā)射頭對接收頭接收信號產(chǎn)生的干擾，二者也不能間隔太近。 圖 36 超聲波發(fā)射電路及驅(qū)動 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 36所示。上拉電阻 R7， R8 一方面可以提高反相器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由震蕩的時間。 CX20206A 是日本索尼公司生產(chǎn) 的彩電專用紅外遙控接收器，采用單列 8 腳直插式，超小型封裝。 (4)電壓 增益 77～ 79dB。 R阻值大， C容量小，增益低；反之則高， 但 C不宜過大，否則瞬態(tài)響應(yīng)速度會降低。 (接上表 ) 7 OUT 信號輸出端，該端口為集電極開路輸出，當(dāng)該腳與電源正端接一 22千歐的電阻時，輸出脈沖低電平的標(biāo)準(zhǔn)值約為 。在放大 器輸入端設(shè) 置有 ABLC 電路（即自動偏壓電路或者 自 動電平控制電路，它可使放入 及限幅電路輸出電平穩(wěn)定的編碼信號），可自動調(diào) 整放大器的偏置 電 壓 ，使放大器的輸出電平穩(wěn)定。調(diào)節(jié)其阻值可調(diào)節(jié)帶通濾波器的中心頻率值。而由檢波器輸出的數(shù)據(jù)編碼信號， CPU不能識 別，故在檢波器后設(shè)置由積 分電路和磁滯回線型比較器組成的整形電路，整形電路是一種波形變換電路，它可將檢波器輸出的寬度編碼脈沖整形變換為 CPU 所能識別的數(shù)字信號。當(dāng) 芯片接收到 40KHZ 的信號時， 7 腳的輸 出 高電平轉(zhuǎn)為低 電平 ，單片機(jī)外部中斷 0 口 檢測到輸入信號的下降沿或者低電 平 時，立即 產(chǎn)生 中斷， 同 時停止定時／計數(shù)器 T0。 本系統(tǒng)選用 LCD 液品 LCD1602 顯示器做為顯示模塊。 其中： I/D=1:數(shù)據(jù)讀，寫操作后， AC 自動增一； I/D=0 數(shù)據(jù)讀，寫操作后， AC 自動減一； S=1: 讀，寫操作，畫面平移； S=0:數(shù)據(jù)讀，寫操作，畫面不動。 其中： S/C=1。左移。 A5~A0=0~3FH。 9，讀 BF 及 AC 值 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 基于 51單片機(jī)的簡易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 第 21 頁 共 53 頁 功能：讀忙 BF 值和地址技術(shù)器 AC 值。40Us 功能：根據(jù)最近設(shè)置的地址性質(zhì)，數(shù)據(jù)寫入 DDR