【正文】 示子程序，再將測出的距離以十進制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時調用聲音處理程序來控制蜂鳴器進行報警。系 統(tǒng)程序 設計的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計算測量距離 、蜂鳴器報警和數(shù)碼管顯示。當電源接通時，二極管發(fā)光，表示系統(tǒng)正在工作。蜂鳴器模塊的電路圖 如圖 所示。 實際設計中本電路 單片機的 至 依次控制段碼 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h。 本 設計通過軟件的編譯來實現(xiàn)由二進制到 BCD 碼的轉化，從而簡化了顯示電路。在共陰極接法中， LED 數(shù)碼管的 ag 七個發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不發(fā)亮。 圖 單片機復位電路 原理圖 顯示電路的設計 超聲波測距系統(tǒng)的顯示要求比較簡單，測量結果采用十進制數(shù)字顯示。工作期間，按下 S1， C 放電。 51 單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直 接影響單片機處理速度，頻率越大處理速度越快，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。 R1 1KR2 1KR3 1KR8 1KR9 1KR10 1KR11 1KR12 1KABCDEFGDPQ19012Q39012Q49012Q29012VCC1H3H2H4HR4 2KR5 2KR7 2KR6 2KP34P35 P36P37546231SW1sw 灰色12P2GNDR15 2K12D1發(fā)光二極管VCC12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1STC89C52Y112MC2 20C3 20VCCGNDR1410KC110uFVCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4S3S2GNDP20 P21 P22P23B1蜂鳴器Q59012VCCGND+R132K1234P1 VCCGNDTrigEchoTrigEcho數(shù)碼管驅動電路電源接口電路超聲波接口按鍵電路E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1SMG04_1 圖 總設計電路圖 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 15 時鐘電路的設計 本設計的時鐘電路如圖 所 示，時鐘電路主要結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻 率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單 片機運行速度就越快，單片機的一切指令的 執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻 率。按下設置鍵，系統(tǒng)進入報警距離設置界 面，默認的報警距離是 米。 89C52 單片機內集成有兩個可編程的定時 /計數(shù)器： T0 和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。現(xiàn)在新推出的單片機都不只 5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個中斷源。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 13 4. 四個 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 3. 片內程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據和表格。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結構），全雙工串行口。 STC89C52RC 單片機 ， 基于 STC89C51 內核 ， 是新一代增強型單片機 ， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng) STC89C51,速度快 8～ 12 倍 ， 帶 ADC， 4 路 PWM,雙串口 ， 有全球唯一 ID 號 ， 加密性好，抗干擾強。測距能力的不足，一定程度上意味著對較近距離的小體積物體探測能力的不足。 2. 由于測量距離、超聲的入射角度、反射介質等方面的不同，使得接收換能器所獲得的回波幅度相差很大。但是由于其基于性價比優(yōu)先的設計思路，其采用了應用廣泛、性價比較高的經典設計，即在回波接收處理電路中采用了放大、濾波、 放大、過零檢測的方法。 與此同時其還肩負著控 制電路的開啟，處理超聲波換能器的橫向干擾，并且消除電路固定延時影響等工作。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 9 圖 超聲波時序圖 超聲波探測模塊 HCSR04 的原理圖如圖 所示。實物如下圖 。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 。雖然收發(fā)分立形式也存在串擾的缺點，但其是可以通過軟硬件設計消除的。收發(fā)一體超聲波換能器由于超聲波發(fā)射和接收在一個口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關系，因此其近距離的測量精度高。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間 . 將（ 32）、（ 33）代入（ 31）中得： ]c o s [21 HLarc tgvtH ? ( 34) 其中 ,超聲波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個常數(shù) ( 例如在溫度 T=30 度時 ,V=349m/s)。聲速確定后， 只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號；（ 2）模塊自動發(fā)送 8個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；（ 3）有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。由單片機內部進行計算出波源和障礙物的距離。然后控制蜂鳴器報警。山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 5 就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。 設計中采用模塊化設計方法，硬件設計包括系統(tǒng)控 制模塊、測距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報警模塊 塊設計等，軟件設計包括計算模塊、測距模塊、顯示模塊設計等。 項目研究內容與方法 本課題的任務是設計一個基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)。結合了前幾代產品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速 電腦 控制，可全天候準確地測知 2m 以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。這一代有一個質的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車雷達，基本屬于淘汰產品。 目前國內倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀 經過多年的發(fā)展，倒車雷達設計以 及使用發(fā)生了質的變化。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，為倒車導向，提示方向盤該如何打。一個水平中等的駕駛員花費在倒車上的時間遠遠不足他們總駕駛時間的 1%。中國經濟的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，吸引了越來越多的家庭去購買自己的汽車。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導致的倒車交通安全問題也非常嚴重，道路交通壓力增加，交通安全問題也是面臨嚴峻挑戰(zhàn)。設計根據聲波在空氣中傳播反射原理，并且也介紹了基于 STC89C52 單片機的超聲波測距器。為此，設計了以單片機為核心，利用超聲波實現(xiàn)無接觸測距的倒車雷達系統(tǒng)。因此， 增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車雷達便成為近些年來的研究熱點。 目前，國內外一般的超聲波測距儀，其理想的測量距離為 ～ 5m，因此大都用于汽車倒車雷達等近距離測距中。當前社會經濟的不斷發(fā)展和工業(yè)科學技術的不斷提高，汽車已逐漸進入不少百姓家。 項目研究背景 在現(xiàn)如今伴隨著世界經濟的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)作為推動經濟發(fā)展的龍頭產業(yè)，其規(guī)模也在不斷擴大。許多車隊的管理者坦言，在他們所有的機動車事故中， 30%～60%是倒車事故。 有鑒于此，專門為汽車倒車 所 設計的 “倒車雷達 ”應運而生， 倒車雷達（ Car Reversing Aid System）全稱 “倒車防撞雷達 ”，又稱 “泊車輔助裝置 ”，它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。同時在它的研制基礎上，如果完善動力執(zhí)行機構和地圖導航功能，可實現(xiàn)倒車的自動控制，所以本課題的研究也將對最終實現(xiàn)汽車無人駕駛產生積極的意義。 ”倒車請注意！ ”想必不少人 還記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。倒車時，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。這代產品比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 4 第五代：魔幻鏡倒車雷達。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。 本課題的現(xiàn)實應用的意義在于（ 1）將倒車自動化從被動防撞引向智能控制方向發(fā)展；（ 2）體現(xiàn)了 “以人為本 ”的駕駛理念，倒車時駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加倒車的安全性和可靠性，并且它的應用可減輕司機體力和腦力勞動的強度；（ 3）它取代了傳統(tǒng)倒車對人的駕車經驗和技術的依賴，使初學者不需要旁人指導也能根據提示完成復雜的倒車任務；（ 4）安全可靠的防碰撞預警，使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實現(xiàn)安全倒車；（ 5）這一方案建立在安裝小組件的基礎上，避免對汽車整車的影響，為應用和普 及創(chuàng)造了條件，經濟性較好，易于普及。電路結構可劃分為：超聲波傳感器 、蜂鳴器、單片機控制電路 等 。 系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機作為核心控制單元 ， 當測得的距離小于設定距離時，主控芯片將測得的數(shù)值與設定值進行比較處理。利用內部的定時器判斷超聲波的收發(fā)時間。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控 制電路。 第 3章 超聲波測距原理 超聲波測距分析 最常 用的超聲測距的方法是回聲探測法 ， 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償 的方法對測量結果加以數(shù)值校正。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 7 圖 超聲波的測距原理 ?cosSH ? （ 31） )(HLarctg?? （ 32） 式中 :L兩探頭之間中心距離的一半 . 又知道超聲波傳播的距離為 : vtS?2 ( 33) 式中 :v—超聲波在介質中的傳播速度 。從結構上可以將收發(fā)設備分為收發(fā)一體換能器和收發(fā)分立換能器，這兩種形式各自有優(yōu)缺點。而在電路上，由于收發(fā)一體的超聲波換能器的發(fā)射驅動電路和接收極的接收檢測電路彼此相連，導致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設計工作。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其中 VCC 供 5V電源， GND 為地線， TRIG 觸發(fā)控制信號輸入， ECHO 回響信號輸出等四支線。超聲波測距模塊 HCSR04 時序圖如圖 所示。它采用了單片機EM78P135 作為控制器，完成了對外部觸發(fā)信號的檢測、產生脈沖信號、檢