【文章內(nèi)容簡介】 工作溫度比較低 ,可以長時間地工作而不失效。 （ 3）靈敏度 ： 主要取決于制造晶片（壓電晶片）本身。機電耦合系數(shù)大 ,靈敏度高；反之 ,靈敏度低。 研究內(nèi)容 在倒車時不斷測量汽車尾部與其后面障 礙物的距離 ,并實時顯示其與障礙物之間的距離 ,在不同的距離范圍內(nèi)發(fā)出不同的報警信號 ,并且提高報警系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,以提高汽車倒車時的安全性。本文設(shè)計了一種超聲波汽車倒泊 防撞 報警器 ,本報警器具有以下功能：最大測距 ,最小測距 ,實時顯示測得的距離；在不同的時間利用三個不同的超聲波傳感器進行測距 ,能夠有效的提高報警的穩(wěn)定性。在不同的危險距離范圍內(nèi)發(fā)出不同的頻率報警信號 ,駕駛員還可以根據(jù)個人需要調(diào)整設(shè)置報警距離。利用 555 來控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率 ,直接運用單片機的 I/O 口控制報警器的工作。能夠大大降低軟件的復(fù) 雜程度。該報警器與其它報警器相比具有功能多、硬件電路簡單、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點 [4][7]。 汽車倒泊防撞 警報 器的設(shè)計 3 2單片機基礎(chǔ)知識 單片機是將計算機的中央處理器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、多種輸入輸出接口（ I/O）、定時器 /計數(shù)器（ Timer/Counter）、中斷 (Interruption)系列等集成在一塊芯片上 ,因此 ,被稱為單片微型計算機 (Single Chip Microputer),簡稱單片機。單片機是針對控制與檢測應(yīng)用而設(shè)計的 ,又稱為微控制器 (Microcontroller Unit,MCU)。另外 ,由于它可以很容易地嵌入到各種儀器和現(xiàn)場控制設(shè)備中 ,因此也叫嵌入式微控制器（ Embedded MCU）。 單片機具有以下幾個特點： （ 1） 集成度高、功能強。單片機在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、I/O 接口等資源 ,在芯片上還包含了中斷系統(tǒng)、串行通信接口、定時器 /計數(shù)器等功能部件 ,芯片功能強、體積小、集成度高。 （ 2） 具有較高的性能價格比。單片機盡可能地把應(yīng)用所需的各種資源集成在一塊芯片內(nèi) ,性能高 ,但是價格卻相對低廉。 （ 3） 抗干擾能力強。單片機是面向工業(yè)檢測控制環(huán)境設(shè)計的 ,因此 ,抗噪聲干擾能力較強。程序固化在 ROM 類型的存儲器中不易被破壞；許多資源集成在一個芯片上 ,可靠性高。 自 20 世紀(jì) 70 年代初期單片機問世以來 ,它已經(jīng)經(jīng)歷了 5 個發(fā)展階段。 第一階段（ 19711976）：單片機萌芽階段； 第二階段（ 19761980）：初級單片機階段； 第三階段（ 19801983）：高性能單片機階段； 第四階段（ 19831990）： 8 位單片機鞏固發(fā)展及 16 位單片機推廣階段； 第五階段（ 1990）：單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面全方位地向更高水 平發(fā)展。 20 世紀(jì) 90 年代以來 ,在工業(yè)控制、智能儀表等應(yīng)用領(lǐng)域 ,8 位單片機系列較好地兼顧了性能和價格因素 ,仍然是單片機中的主流產(chǎn)品。目前 ,8 位單片機表現(xiàn)出多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、存儲容量大和 I/O 功能加強及結(jié)構(gòu)兼容的特點。 （ 1） 在單片機中采用精簡指令集（ RISC）； （ 2） 提升了指令提升速度； （ 3） 在芯片上集成大容量的 Flash 存儲器 ,可以實現(xiàn) ISP 和 IAP 編程； （ 4） 使用數(shù)字 模擬相混合的集成技術(shù)； （ 5） 增加增強通信接口； （ 6） 低電壓、低功耗、低價位。 盡管目前單片機的品種很多 ,但在國內(nèi) ,Intel 公司的 MCS51 系列單片機和與其內(nèi)核80C51 兼容的單片機應(yīng)用最為廣泛。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 現(xiàn)在 ,單片機被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域 ,在智能儀器儀表、家用電器和軍事設(shè)備的智能化以及實時過程控制等方面 ,單片機都扮演者越來越重要的角色 ,具有廣闊的應(yīng)用前景。所下大致介紹一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點。 （ 1）家用電器 目前 ,各種家用電器已普遍采用單片機控制取代傳統(tǒng)的控制電路 ,如全自動洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、微波爐、電飯煲、電視機、錄像機、手機、 MP MP攝像機及其他視頻音像設(shè)備的控制器； （ 2）辦公自動化 現(xiàn)在辦公室中所使用的 大量通信、信息產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機，如計算機系統(tǒng)中的鍵盤譯碼、硬盤驅(qū)動、打印機、繪圖儀、復(fù)印機、電話、傳真機、考勤機、計算機等； （ 3）商業(yè)領(lǐng)域 商業(yè)營銷系統(tǒng)廣泛使用的電子秤、收款機、條形碼閱讀器、倉儲安全檢測系統(tǒng)、商場的導(dǎo)購電子顯示系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等，目前已紛紛采用單片機構(gòu)成專用系統(tǒng)； （ 4）工業(yè)領(lǐng)域 智能儀器儀表：目前變送器、電器測量儀表普遍采用單片機應(yīng)用系統(tǒng) 替代傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音功能等。 智能傳感器：單片機 與傳感器相結(jié)合可以構(gòu)成智能傳感器，它對經(jīng)傳感器初級變換后的電量做進一步的變換、處理，輸出能滿足遠距離傳送、能與微機接口的數(shù)字信號 ； 工業(yè)過程控制、過程監(jiān)測、工業(yè)控制器及機電一體化控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)除一些小型工控機之外，許多都是以單片機為核心的單機或多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、抓舉系統(tǒng)等節(jié)點構(gòu)成的多機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)； （ 5）汽車電子 單片機用于集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)、 GPS 系統(tǒng)、汽車倒泊防撞報警器的設(shè)計、通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視器等； （ 6）航空航天與 軍事 [5] 航空航天器的飛行姿態(tài)控制、參數(shù)顯示、動力監(jiān)測控制、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航等以及軍事領(lǐng)域武器系統(tǒng)的控制，如戰(zhàn)機、軍艦、坦克、火炮、導(dǎo)彈、智能武器系統(tǒng)等，都要用到單片機。 單片機應(yīng)用重要的意義在于：它從根本上改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方案。從前必須由硬件實現(xiàn)的控制功能，現(xiàn)在可以通過單片機用軟件方法實現(xiàn)，這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制計術(shù)，稱為微控制技術(shù)。隨著單片機應(yīng)用技術(shù)的推廣普及，微控制技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用。汽車倒泊防撞 警報 器的設(shè)計 5 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 3 設(shè)計方案 備選方案 方案一：基于 AT89C2051 單片機的 超聲波 防撞報警系統(tǒng) (1) 硬件系統(tǒng) 圖 AT89C2051 圖 主要功能特性 ： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 15 個雙向 I/O 口兩個 16 位可編程定時／計數(shù)器時鐘頻率 0~24兩個外部中斷源可直接驅(qū)動 LED低功耗睡眠功能可編程UARL 通道 2K 可反復(fù)擦寫 (1000 次可反復(fù)擦寫 )6 個中斷源 ~6V 的寬工作電壓范圍128*8bit 內(nèi)部 RAM 兩個串行中斷兩級加密位內(nèi)置一個 模擬比較放大器 ,軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 。 該報警器由控制系統(tǒng) ,超聲波發(fā)射電路、接收電路測速電路報警電路、 LED 顯示電路組成電路原理框圖超聲波發(fā)射電路由 CC7555 時基電路和超聲波發(fā)射探頭組成 ,單片機AT89C2051 的 引腳控制 CC7555 時基電路產(chǎn)生 40KHZ 的頻率信號給超聲波發(fā)生器 ,由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。利用超聲波測距具有以下特點：測量靈敏度高 ,穿透力強 ,測量速度快 ,測量角度大可對較大范圍內(nèi)的物體進行檢測。 (2) 超聲波發(fā)射與接收電路 超聲波接收電路由超聲波接收探頭放大器和整形器 組成 ,由障礙物反射回來的超聲波經(jīng)接收探頭變換為電脈沖信號 。 再由放大器整形器放大和整形后送入到單片機 AT89C2051的 ,放大器宜選用有足夠增益和較低噪聲的寬帶放大器以保持脈沖信號 ,尤其是信號前沿不發(fā)生畸變以提高測距的精度。 (3) LED 顯示電路 LED 顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動電路組成 ,用兩個數(shù)碼管顯示距離 ,數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示 ,由芯片 MCS14495 驅(qū)動顯示 、 分別作為驅(qū)動芯片 MCS14495 的鎖存信號用于控汽車倒泊防撞 警報 器的設(shè)計 7 制產(chǎn)生的 BCD 二進制編碼表示的十進制數(shù)碼是顯示高位還是低位。 (4) 測速電路 測速電路由傳感器脈沖放大器整形器 CC7555 時基信號電路選通門組成霍爾集成傳感器將車輪轉(zhuǎn)速信號變成脈沖信號輸出經(jīng)放大整形電路后送入選通門 。 由 CC7555 時基電路產(chǎn)生的單位時基信號控制選通門的開與閉 。 以控制轉(zhuǎn)速信號在單位時間內(nèi)通過選通門 ,送入單片機 AT89C2051 的 引腳 控制 T1 計數(shù)器計數(shù)實現(xiàn)了在單位時間內(nèi)的計數(shù)。 (5) 報警電路 報警電路由 CC7555 電路和揚聲器組成 AT89C2051 的 控制 CC7555 電路根據(jù)測量結(jié)果 ,產(chǎn)生一定頻率的信號驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲在揚 聲器發(fā)出報警聲時 ,時基電路 CC7555 處于暫穩(wěn)態(tài)此時電源向電容充電從而使 CC7555 結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平 。 使揚聲器停止發(fā)出報警聲 ,直到下一次測距結(jié)束產(chǎn)生新的報警聲。 (6) 系統(tǒng)的總體硬件圖 圖 用 89c2051 實現(xiàn)的系統(tǒng)總體的硬件圖 方案二：基于 AT89C51 單片機的超聲波防撞報警系統(tǒng) 該系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機、超聲波傳感器、 LED 顯示模塊 ,蜂鳴器報警模塊等組成。系統(tǒng)中單片機采用 ATMEL公司的 AT89C51作為核心控制芯片 ,便于系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試。超聲波 傳感器是超聲波測距電路中的重要元件其性能優(yōu)劣直接影響到測距準(zhǔn)確度和可靠性。通常超聲波傳感器有兩類：一類是發(fā)射電路和接收電路互相獨立的分體式超聲波傳感器 ,此類傳感器測距有效范圍比較大。另一類是同時具有發(fā)射與接收功能的收發(fā)一體式超聲xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 波傳感器 ,此類超聲波測距有效范圍比較小 ,但防塵、防水性能比較分體式超聲波傳感器要好。本系統(tǒng)選擇分體式超聲波傳感器。 考慮到超聲波具有指向性 ,本系統(tǒng)在汽車尾部左、中 ,右三個部位各安裝一個超聲波傳感器 ,適當(dāng)調(diào)整安裝位置 ,可準(zhǔn)確測量汽車后部障礙物。運用 、 、 分別控制CD4051 的 A、 B、 C 來控制不同超聲波發(fā)射器和接收器的工作 ,INT0 超聲波信號檢測。當(dāng)完成數(shù)據(jù)測量后 ,測量數(shù)據(jù)進行處理 ,然后顯示測量結(jié)果范圍 ,當(dāng)車輛離障礙物的距離超過安全警戒線時發(fā)出報警信號。實際安裝時 ,該系統(tǒng)的單片機安裝在汽車的尾部。 超聲波發(fā)射電路由超聲波換能器 (或稱超聲波振頭 )和超聲波發(fā)生器兩部分組成 ,電路如所示。系統(tǒng)中 ,超聲波換能器的型號為 CSB40T。它將超聲波發(fā)生器提供的電信號轉(zhuǎn)換為機械振動并發(fā)射出去。 40KHz 的超聲波信號是利用 NE555 時基電路振蕩產(chǎn)生的 ,振蕩頻率約為 f=／ ((R1+2R2)*C21),通過 選擇 R2= 的電阻使頻率達到 40KHZ。工作時 ,單片機通過 I/O 口定時向超聲波發(fā)生電路發(fā)出控制信號。超聲波發(fā)生電路產(chǎn)生 40KHz 的調(diào)制脈沖 ,轉(zhuǎn)換為超聲波信號向前方空間發(fā)射。 超聲波接收電路采用了集成電路 LM324,LM324 采用的超聲波接收電路采用了集成電路 LM324,將接收到的超聲波信號用前三極放大后 ,最后一級用比較器使之成為數(shù)字信號（高電平為 5V,低電平為 0V） ,當(dāng)單片機接收到中斷信號時 ,說明檢測到了反射回來的超聲波 ,單片機就進入中斷 狀態(tài) ,開始距離計算 ,并將計算結(jié)果發(fā)送給單片機。 溫度測量電路基于 DS18B20（這 是美國 DALLS 公司出品的數(shù)字溫度傳感器 ） 其耐磨耐碰、 體積小、使用方便、封裝形式多樣 ,適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域?；诔暡ǖ钠嚪雷矆缶到y(tǒng)的設(shè)計中 ,采用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。溫度檢測電路采用 DALLS 公司的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。電路連接非常簡單 ,但是必須保證時序與單片機嚴(yán)格同步。 DS18B20 具有 9,10,l1 和 12 位轉(zhuǎn)換精度。 選擇方案依據(jù) 由于目前市場上已 經(jīng)研制出超聲波傳感器的專用集成芯片 ,而且集成芯片的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 ,因此 ,不必自己設(shè)計超聲波發(fā)生與接收電路 ,以上兩個方案各有優(yōu)點 ,對于本項目直接利用超聲波傳感器（ CSB40T 和 CSB40R） ,而且相對而言對于 AT89C51 單片機比較熟悉 ,選用的 CD405 ULN280 LM32 555(多諧振蕩器 ) 、 7 段 LED 的數(shù)碼管等都是我們平時比較熟悉的芯片 ,而且這些芯片價格普遍比較低。因此選擇方案二的性價比最高 ,能用價格比較低廉的硬件來實現(xiàn)良好的功能 ,因此我們選用第二方案來實現(xiàn)本系統(tǒng)功能。 汽車倒泊防撞 警報 器的設(shè)計 9 4 硬件設(shè)計 控制器選擇 圖 AT89C51 芯片引腳 微型計算機的出現(xiàn)與發(fā)展已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中 ,使人們的日常生活工作都發(fā)生了重大變化 ,如果沒有微型計算機 ,人們的工作生活的質(zhì)量都受到很大的損失。單片微型計算機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支 ,其獨特的結(jié)構(gòu)與性能 ,越來越普及地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域 ,以下主要介紹 圖 中的 89C51 單片機 ,以及外部 I/O 口。 一、單片機的組成 單片微型計算機