【正文】 實(shí)物圖 .......................................................... 34 附錄 3 程序 ............................................................ 34 在校學(xué)習(xí)期間獲獎(jiǎng)評(píng)價(jià) .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著整個(gè)國(guó)家生活水平的提高，購(gòu)車族也日益增多，汽車早已成為人們生活的必需品，然而汽車給人們帶來(lái)方便快捷的同時(shí)，也出現(xiàn)了許許多多的交通事故，其中因倒車引起的剮蹭事件則數(shù)不勝數(shù)，給人們帶來(lái)了許多不必要的經(jīng)濟(jì)損失，盡管每輛車都有后視鏡，但是我們要知道后視盲區(qū)卻不可避免，針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一個(gè)響應(yīng)快、靈敏度高的倒車?yán)走_(dá)勢(shì)在必行。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 課題設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值和理論意義 設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值 縱觀任何一個(gè)現(xiàn)代城市的鳥(niǎo)瞰圖，交通、建筑、環(huán)境是一個(gè)城市的靈魂，它們代表了一個(gè)城市的發(fā)展，城市的交通，不僅是滿足一個(gè)城市里人員和貨物流動(dòng)需要的產(chǎn)物，更是支持城市發(fā)展?jié)摿Φ幕A(chǔ)、促進(jìn)城市現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵 [1]。然而現(xiàn)在只有在小部分的大型車上還在使用，當(dāng)駕駛員掛上倒檔，汽車的倒車?yán)染蜁?huì)響，現(xiàn)在想想這并不是真正意義上的倒車?yán)走_(dá)，它只是起到讓周圍人能注意到駕駛員的倒車意圖，而對(duì)駕駛員了解周圍的障礙物沒(méi)起到一點(diǎn)的作用。 設(shè)計(jì)的國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究也如火如荼，最早的采用紅外線原理，與超聲波不同的是，紅外線極易受到干擾，特別是深色的粗糙的物體，遇到障礙物時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警常常會(huì)亂鳴，此外，紅外線的接收器與發(fā)射器，只要任何一個(gè)受到干擾，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰 [8]。 第 2章簡(jiǎn)單介紹了超聲波測(cè)距相關(guān)概念、 工作原理 及 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)思路 。與自然光、紅外光等在測(cè)量方面的作用相比較， 超聲波介質(zhì)的穿透能力相當(dāng)大，不管是液體還是固體中，超聲波可以達(dá)到十幾甚至幾十米的穿透深度，無(wú)論是氣體、液體還是固體對(duì)超聲波都沒(méi)有太大限制， 所以超聲波測(cè)量不僅安全、可靠、穩(wěn)定，還可以節(jié)約成本，給 人們帶來(lái)更大的方便 [11]。超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理方便、價(jià)格便宜、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因此廣泛應(yīng)用于電子測(cè)距行業(yè) [13]。另外，壓電芯片導(dǎo)電是靠貼在兩邊的鍍銀層實(shí)現(xiàn)。在大多數(shù)對(duì)聲波速度準(zhǔn)確率要求不高的情況下，我們?cè)O(shè)定聲速為 340m/s，而在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，想要獲得更高的準(zhǔn)確率，就要求提供準(zhǔn)確的超聲波傳播速度。與別的系列不同的是，除了具有 8位核心的 CPU 外，它還擁有一個(gè)功能強(qiáng)的位處理器。在單片機(jī)閑置狀態(tài)時(shí)，處理器不再運(yùn)行，但是可以保持運(yùn)存、計(jì)數(shù)、通信、中斷等部件運(yùn)行。 XTAL2 正常情況下與晶振的另一個(gè)引腳相連。 P1 口 —— 第 1~8 腳，此端口是具 8 位準(zhǔn)雙向的 I/O 端口并且含有上拉電阻。 實(shí)物圖 圖 32 超聲波測(cè)距模塊實(shí)物圖 從圖中可以看出，該模塊包含的引腳分別是電源 VCC、觸發(fā) TRIG、響應(yīng) ECHO和接地 GND。 DS18B20 的特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹如下 [21]： (1)可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； (2)每個(gè)芯片唯一編碼， 零待機(jī)功耗 ，無(wú)需外部元件 (3)可調(diào)的 9 至 12 位分辨率，可編程溫度為 ℃， ℃， ℃， ℃； (4)用戶可定義報(bào)警設(shè)置 ,測(cè)溫范圍： 55℃～ 125℃ ； (5)自我保護(hù)功能，可防止電源接反損壞傳感器； (6)DS18B20 封裝方式多樣，圖 34 展示了 PR35 封裝圖。 通過(guò)利用 USB 塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動(dòng)流量控制， PL2303 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART（通用異步收發(fā)器）端口 ,高達(dá) 115200bps 的波特率可用于更高的性能使用。 圖 42 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路 超聲波接收電路如下圖所示，它主要由 一個(gè)超聲波接收器 R兩個(gè)四路運(yùn)算放大器 LM324 組成的兩級(jí)放大電路和一個(gè)鎖相環(huán)電路 LM567 構(gòu)成。將溫度傳感器 DS18B20的數(shù)據(jù)線與連接到 STC89C52RC 單片機(jī)的 ，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的溫度測(cè)量，原理圖如圖 45所示 。如圖 48 所示 。 TL0=0。)。39。 l_disbuff[3]=S%10+0x30。 DisplayOneChar(15,1,39。 //當(dāng)要顯示第二行時(shí)地址碼 +0x40。 X amp。 _nop_()。//關(guān)閉蜂鳴延時(shí) delay(50000)。//延時(shí)函數(shù) tmpwritebyte(0xcc)。 return temp。 （ 2）啟動(dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)之間的偏差： 在本系統(tǒng)中當(dāng)超聲波開(kāi)始發(fā)射時(shí)，理論上此時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí)，但是基于當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)不可能同時(shí)能處理兩個(gè)事件，所以從發(fā)射到計(jì)時(shí)這期間是存在時(shí)間間隔的，但是，在軟件方面可以彌補(bǔ)此問(wèn)題，用代碼提高運(yùn)行速度，偏差幾乎可以忽略。在保證每個(gè)單元都能正常工作的條件下，我們可以從硬件和軟件方面入手提高整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度 [25]： （ 1）選擇合適的超聲波的發(fā)射頻率計(jì)脈沖周期，通常超聲波測(cè)距 40KHz 的選擇發(fā)射機(jī)脈沖更適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率一般應(yīng)比在空氣循環(huán)超聲波傳播更大的 10倍以上，考慮到通帶和傳感器噪聲抑制，選擇一個(gè)傳輸脈沖為 1ms，從這可以看出，正確的選擇超聲波的頻率是非常關(guān)鍵的。 本設(shè)計(jì)中測(cè)距顯示模塊采用的是單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描方式將測(cè)得距離在 LCD 上以 4 位顯示出來(lái)的，并利用蜂鳴器報(bào)警電路對(duì)設(shè)置界限的距離進(jìn)行報(bào)警。計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 30 結(jié)論 基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的 STC89C52RC 汽車倒車?yán)走_(dá)，設(shè)計(jì)中首先介紹了超聲波測(cè)距的知識(shí)，其次給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并從系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)思路，提高完善了系統(tǒng)的解決方案。 （ 5）超聲波回波聲強(qiáng)度影響 : 然后返回測(cè)得的這段距離與超聲波回波的強(qiáng)弱有關(guān)，因?yàn)槲覀儾荒艽_定測(cè)得的回波是不是第一個(gè)回波，然而這個(gè)錯(cuò)誤不能從根消除，但可以調(diào)整脈沖數(shù)和脈沖串的比較電壓基于測(cè)量的距離，以減少這種誤差動(dòng)態(tài)調(diào)整的。根據(jù)差聲波測(cè)距原理，測(cè)量誤差的來(lái)源主要有以下幾種 [24]： （ 1）環(huán)境溫度對(duì)超聲波波速的影響： 超聲波由壓電陶瓷芯片振動(dòng)產(chǎn)生，在傳播過(guò)程中，受傳播介質(zhì)影響很大。 temp=temp|a。 dsreset()。 SPK=1。 void StartModule()//啟動(dòng)模塊 { TX=1。 Y amp。= 0xF。 DisplayOneChar(13,1,l_disbuff ]2[ )。 l_disbuff[1]=S%1000/100+0x30。)。 DisplayOneChar(11,1,39。距離計(jì)算子程序代碼如下所示： void Conut(void) { time=TH0*256+TL0。它的工作原理是，通過(guò)外界因素對(duì) RESET 輸入一個(gè)正脈沖從而達(dá)到使單片機(jī)復(fù)位的功能。電源電路原理圖如圖 44 所示。 反相器可以放大超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，系統(tǒng)中添加的電阻 R R2的作用有兩個(gè)，一個(gè)是增強(qiáng)了 74LS04 輸出信號(hào)，另一個(gè)作用是縮短了 T40的自由振蕩時(shí)間，提高 T40 阻尼作用。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 14 圖 35 1602LCD 尺寸圖 引腳功能說(shuō)明 ： 本系統(tǒng) 超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá) ， 采用 帶背光 的 LCD1602， 芯片上的 16個(gè) 引腳 功能如表 33所示 : 表 33 LCD1602 各 個(gè) 引腳說(shuō)明 引腳號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 地電源 2 VDD 接 5V 正電源 3 VL 對(duì)比度調(diào)整端 4 RS 寄存器選擇，高電平 時(shí)為 數(shù)據(jù)寄存器 ， 低電平時(shí) 為 指令寄存器 5 R/W 讀寫信號(hào)，高電平進(jìn)行讀操作，低電平 進(jìn)行寫操作 6 E 使能端，高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令 7 D0 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 8 D1 9 D2 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負(fù)極 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :162 個(gè)字符 ； 芯片工作電壓 :— ； 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 15 工作電流 :（ )； 模塊最佳工作電壓 :； 字符尺寸 : （ WH )mm。 DS18B20 是美國(guó)一家公司最近研發(fā)的新型溫度傳感器，它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以快速直接的顯示出所測(cè)量的溫度值度。第二功能表的具體含義如表 31： 表 31 P3 口的第二功能表 端口引腳 第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行通訊輸入口） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） TXD（串行通訊輸出口） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） 0INT （外中斷 0） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選 通） 1INT （外中斷 1） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 11 超聲波測(cè)距模塊 產(chǎn)品特點(diǎn) 該系統(tǒng)采用測(cè)距模塊為 SR04HC ， SR04HC 的測(cè)量范圍是 4 厘米至 4 米，準(zhǔn)確度為 3毫米， SR04HC 主要由三部分組成：發(fā)射部分，接收部分以及控制部分。 PSEN—— 第 29 腳，外部 ROM 訪問(wèn)選通信號(hào)。特殊情況下，如果采用外部信號(hào)時(shí)，那么這個(gè)引腳接地。 STC89C52RC 主要功能包含 32 位引腳，看門狗電路，復(fù)位電路，且內(nèi)置 8K 內(nèi)存，512B 運(yùn)存，另外還包含 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) )， STC89C52 單片機(jī)工作模式是全雙工模式。在本系統(tǒng)中，是通過(guò)超聲波測(cè)距的溫度補(bǔ)償法，最后把測(cè)量精度提高到了毫米級(jí)，進(jìn) 一步提高了系統(tǒng)的可讀性。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 7 在式 中，空氣定壓定容熱容比為 ， R 數(shù)值為 ， M 是kg/ 3?? ，那么式 可以轉(zhuǎn)化為式 ， Kvv 273t10 ?? （ ） 其中， ? ，為在溫度為 0℃時(shí)超聲波的傳播速度。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器主要由金屬殼、導(dǎo)電螺桿、壓電晶片、接線片等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 22所示。根據(jù)使用功能分類，超聲波傳感器可以分為：專用型與兼用型。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 4 第 2 章 超聲波測(cè)距簡(jiǎn)介 超聲波簡(jiǎn)介 超聲波及應(yīng)用 眾所周知，物體振動(dòng)會(huì)發(fā)出聲音，物理學(xué)上把單位時(shí)間內(nèi)完成振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，然而不是所有的聲音頻率我們都能夠聽(tīng)到，頻率 低于 20Hz 的“次聲波”及高于20xx0Hz 的“超聲波”就是人耳聽(tīng)不到的范圍，在正常的生活中， 我們?nèi)祟愃芊直娴念l率范圍是 20Hz 至 20xx0Hz。本設(shè)計(jì)以 STC89C52RC 單片機(jī)作為整個(gè)倒車?yán)走_(dá)測(cè)距系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它控制整個(gè)測(cè)距系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)以及把接收到的溫度信號(hào)、超聲波發(fā)射與接收信號(hào)進(jìn)行采集與信息處理，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)距與報(bào)警功能，另外，系統(tǒng)主要的電路由電源電路、超聲波發(fā)射及接收電路、 LCD 液晶顯示屏顯示電路、蜂鳴器報(bào)警電路構(gòu)成。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中上倒車?yán)走_(dá)品牌不勝枚舉，價(jià)格也參差不齊，有的車主還根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)專門的倒車?yán)走_(dá)。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 2 課題設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 近年來(lái)，我國(guó)進(jìn)入了汽車行業(yè)的高速發(fā)展時(shí)期，伴隨著汽車電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)報(bào)警系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展，是汽車電子產(chǎn)物中的佼佼者，深受車主們的青睞，倒車?yán)走_(dá)報(bào)警系統(tǒng)已發(fā)展成了一個(gè)較大的行業(yè)，并且在不同系統(tǒng)之間存在著激烈的競(jìng)爭(zhēng) [5]。 STC89C52RC。 本文利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距，設(shè)計(jì)出一種倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，本文主要是利用超聲波 穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn) ，將超聲波的測(cè)距原理與 STC89C52RC 單片機(jī)結(jié)合起來(lái)， 利用超聲波 的 發(fā)射與接收電路實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距 。 俗話 說(shuō)不以規(guī)矩，不能成方圓，分析整個(gè)社會(huì)的發(fā)展?fàn)顩r，可以看出，一個(gè)現(xiàn)代化的城市需要有自己的交通格局，來(lái)滿足現(xiàn)代化生活的需要、適應(yīng)城市快速發(fā)展成的現(xiàn)代交通運(yùn)輸體系 [2]。第二代系統(tǒng)是使用蜂鳴器來(lái)提醒駕駛員，當(dāng)汽車周圍存在障礙物時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，距離越小，警報(bào)聲音就會(huì)越急促，但是即 使駕駛員知道了周圍有障礙物，卻不知道距離障礙物實(shí)際有多遠(yuǎn)。 近期歐美發(fā)明了一款新的利用電磁感應(yīng)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，原理是在一線路上放置一個(gè)感應(yīng)圈來(lái)感應(yīng)車后物體，不過(guò)缺點(diǎn)是只能感應(yīng)到動(dòng)態(tài)物品，只有車體前進(jìn)或者后退時(shí)，才 能檢測(cè)到四周的障礙物，一旦車體靜止，就檢測(cè)不到任何周圍的障礙物 [9]。 第 3章 是 超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的 主要 元件介紹 。 超聲波的基本性質(zhì) （ 1）方向性強(qiáng)，方向性強(qiáng)主要體現(xiàn)在超聲波在傳播到過(guò)程中若遇到障礙物就很容易反射回去，這種特性在超聲波倒車測(cè)距系統(tǒng)中起到了決定性的作用。 超聲波傳感器分為電磁式、壓 電式、磁致伸縮式，這是根據(jù)它的工作原理分類的，其中壓電式的應(yīng)用最廣。 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文 6