【正文】 示子程序，再將測(cè)出的距離以十進(jìn)制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)調(diào)用聲音處理程序來(lái)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。系 統(tǒng)程序 設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離 、蜂鳴器報(bào)警和數(shù)碼管顯示。當(dāng)電源接通時(shí)，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(shí)際設(shè)計(jì)中本電路 單片機(jī)的 至 依次控制段碼 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h。 本 設(shè)計(jì)通過(guò)軟件的編譯來(lái)實(shí)現(xiàn)由二進(jìn)制到 BCD 碼的轉(zhuǎn)化，從而簡(jiǎn)化了顯示電路。在共陰極接法中， LED 數(shù)碼管的 ag 七個(gè)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(jī)復(fù)位電路 原理圖 顯示電路的設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的顯示要求比較簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。工作期間，按下 S1， C 放電。 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直 接影響單片機(jī)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(jī)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(qū)動(dòng)電路電源接口電路超聲波接口按鍵電路E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1SMG04_1 圖 總設(shè)計(jì)電路圖 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 15 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖 所 示，時(shí)鐘電路主要結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻 率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單 片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的 執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻 率。按下設(shè)置鍵，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警距離設(shè)置界 面，默認(rèn)的報(bào)警距離是 米。 89C52 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)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(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 13 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。 STC89C52RC 單片機(jī) ， 基于 STC89C51 內(nèi)核 ， 是新一代增強(qiáng)型單片機(jī) ， 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(hào) ， 加密性好，抗干擾強(qiáng)。測(cè)距能力的不足，一定程度上意味著對(duì)較近距離的小體積物體探測(cè)能力的不足。 2. 由于測(cè)量距離、超聲的入射角度、反射介質(zhì)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(jià)比優(yōu)先的設(shè)計(jì)思路，其采用了應(yīng)用廣泛、性價(jià)比較高的經(jīng)典設(shè)計(jì)，即在回波接收處理電路中采用了放大、濾波、 放大、過(guò)零檢測(cè)的方法。 與此同時(shí)其還肩負(fù)著控 制電路的開(kāi)啟，處理超聲波換能器的橫向干擾，并且消除電路固定延時(shí)影響等工作。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 9 圖 超聲波時(shí)序圖 超聲波探測(cè)模塊 HCSR04 的原理圖如圖 所示。實(shí)物如下圖 。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào) 。雖然收發(fā)分立形式也存在串?dāng)_的缺點(diǎn)，但其是可以通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)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(gè)口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關(guān)系，因此其近距離的測(cè)量精度高。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)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(gè)常數(shù) ( 例如在溫度 T=30 度時(shí) ,V=349m/s)。聲速確定后， 只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 （ 1）采用 IO 口 TRIG 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 口 ECHO 輸出一個(gè)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。由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算出波源和障礙物的距離。然后控制蜂鳴器報(bào)警。山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 5 就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。 設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控 制模塊、測(cè)距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊 塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)算模塊、測(cè)距模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法 本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速 電腦 控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。如果是物體，在 開(kāi)始顯示；如果是人，在 左右的距離開(kāi)始顯示。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來(lái)說(shuō)，它對(duì)駕駛員并沒(méi)有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以 及使用發(fā)生了質(zhì)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(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，為倒車導(dǎo)向，提示方向盤(pán)該如何打。一個(gè)水平中等的駕駛員花費(fèi)在倒車上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足他們總駕駛時(shí)間的 1%。中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車價(jià)格的持續(xù)下降，吸引了越來(lái)越多的家庭去購(gòu)買自己的汽車。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導(dǎo)致的倒車交通安全問(wèn)題也非常嚴(yán)重，道路交通壓力增加，交通安全問(wèn)題也是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)根據(jù)聲波在空氣中傳播反射原理，并且也介紹了基于 STC89C52 單片機(jī)的超聲波測(cè)距器。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。因此， 增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。 目前，國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離為 ～ 5m，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距中。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。 項(xiàng)目研究背景 在現(xiàn)如今伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。許多車隊(duì)的管理者坦言，在他們所有的機(jī)動(dòng)車事故中， 30%～60%是倒車事故。 有鑒于此，專門(mén)為汽車倒車 所 設(shè)計(jì)的 “倒車?yán)走_(dá) ”應(yīng)運(yùn)而生， 倒車?yán)走_(dá)（ Car Reversing Aid System）全稱 “倒車防撞雷達(dá) ”，又稱 “泊車輔助裝置 ”，它是汽車泊車或者倒車時(shí)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(shí)在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和地圖導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)倒車的自動(dòng)控制，所以本課題的研究也將對(duì)最終實(shí)現(xiàn)汽車無(wú)人駕駛產(chǎn)生積極的意義。 ”倒車請(qǐng)注意！ ”想必不少人 還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開(kāi)始工作。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)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(dòng)態(tài)顯示。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 4 第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。 本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于（ 1）將倒車自動(dòng)化從被動(dòng)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(shí)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(yīng)用可減輕司機(jī)體力和腦力勞動(dòng)的強(qiáng)度；（ 3）它取代了傳統(tǒng)倒車對(duì)人的駕車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的依賴，使初學(xué)者不需要旁人指導(dǎo)也能根據(jù)提示完成復(fù)雜的倒車任務(wù)；（ 4）安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者無(wú)論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車；（ 5）這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對(duì)汽車整車的影響，為應(yīng)用和普 及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器 、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路 等 。 系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī)作為核心控制單元 ， 當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定距離時(shí)，主控芯片將測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理。利用內(nèi)部的定時(shí)器判斷超聲波的收發(fā)時(shí)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(cè)距原理 超聲波測(cè)距分析 最常 用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法 ， 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，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(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償 的方法對(duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 7 圖 超聲波的測(cè)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(zhì)中的傳播速度 。從結(jié)構(gòu)上可以將收發(fā)設(shè)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(diǎn)。而在電路上，由于收發(fā)一體的超聲波換能器的發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路和接收極的接收檢測(cè)電路彼此相連，導(dǎo)致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設(shè)計(jì)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(hào)輸入， ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。超聲波測(cè)距模塊 HCSR04 時(shí)序圖如圖 所示。它采用了單片機(jī)EM78P135 作為控制器，完成了對(duì)外部觸發(fā)信號(hào)的檢測(cè)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)、檢