【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工作溫度比較低 ,可以長(zhǎng)時(shí)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(jī)電耦合系數(shù)大 ,靈敏度高；反之 ,靈敏度低。 研究?jī)?nèi)容 在倒車(chē)時(shí)不斷測(cè)量汽車(chē)尾部與其后面障 礙物的距離 ,并實(shí)時(shí)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(bào)警信號(hào) ,并且提高報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,以提高汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全性。本文設(shè)計(jì)了一種超聲波汽車(chē)倒泊 防撞 報(bào)警器 ,本報(bào)警器具有以下功能：最大測(cè)距 ,最小測(cè)距 ,實(shí)時(shí)顯示測(cè)得的距離；在不同的時(shí)間利用三個(gè)不同的超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)距 ,能夠有效的提高報(bào)警的穩(wěn)定性。在不同的危險(xiǎn)距離范圍內(nèi)發(fā)出不同的頻率報(bào)警信號(hào) ,駕駛員還可以根據(jù)個(gè)人需要調(diào)整設(shè)置報(bào)警距離。利用 555 來(lái)控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率 ,直接運(yùn)用單片機(jī)的 I/O 口控制報(bào)警器的工作。能夠大大降低軟件的復(fù) 雜程度。該報(bào)警器與其它報(bào)警器相比具有功能多、硬件電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn) [4][7]。 汽車(chē)倒泊防撞 警報(bào) 器的設(shè)計(jì) 3 2單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ ROM）、多種輸入輸出接口（ I/O）、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ Timer/Counter）、中斷 (Interruption)系列等集成在一塊芯片上 ,因此 ,被稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Microputer),簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)是針對(duì)控制與檢測(cè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ,又稱(chēng)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(chǎng)控制設(shè)備中 ,因此也叫嵌入式微控制器（ Embedded MCU）。 單片機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 集成度高、功能強(qiáng)。單片機(jī)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器等功能部件 ,芯片功能強(qiáng)、體積小、集成度高。 （ 2） 具有較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)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(jià)格卻相對(duì)低廉。 （ 3） 抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)是面向工業(yè)檢測(cè)控制環(huán)境設(shè)計(jì)的 ,因此 ,抗噪聲干擾能力較強(qiáng)。程序固化在 ROM 類(lèi)型的存儲(chǔ)器中不易被破壞；許多資源集成在一個(gè)芯片上 ,可靠性高。 自 20 世紀(jì) 70 年代初期單片機(jī)問(wèn)世以來(lái) ,它已經(jīng)經(jīng)歷了 5 個(gè)發(fā)展階段。 第一階段（ 19711976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)萌芽階段； 第二階段（ 19761980）：初級(jí)單片機(jī)階段； 第三階段（ 19801983）：高性能單片機(jī)階段； 第四階段（ 19831990）： 8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)推廣階段； 第五階段（ 1990）：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(lái) ,在工業(yè)控制、智能儀表等應(yīng)用領(lǐng)域 ,8 位單片機(jī)系列較好地兼顧了性能和價(jià)格因素 ,仍然是單片機(jī)中的主流產(chǎn)品。目前 ,8 位單片機(jī)表現(xiàn)出多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、存儲(chǔ)容量大和 I/O 功能加強(qiáng)及結(jié)構(gòu)兼容的特點(diǎn)。 （ 1） 在單片機(jī)中采用精簡(jiǎn)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(chǔ)器 ,可以實(shí)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(qiáng)通信接口； （ 6） 低電壓、低功耗、低價(jià)位。 盡管目前單片機(jī)的品種很多 ,但在國(guó)內(nèi) ,Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)和與其內(nèi)核80C51 兼容的單片機(jī)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(jī)被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)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(shí)時(shí)過(guò)程控制等方面 ,單片機(jī)都扮演者越來(lái)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(diǎn)。 （ 1）家用電器 目前 ,各種家用電器已普遍采用單片機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路 ,如全自動(dòng)洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯煲、電視機(jī)、錄像機(jī)、手機(jī)、 MP MP攝像機(jī)及其他視頻音像設(shè)備的控制器； （ 2）辦公自動(dòng)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(jī)，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的鍵盤(pán)譯碼、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話(huà)、傳真機(jī)、考勤機(jī)、計(jì)算機(jī)等； （ 3）商業(yè)領(lǐng)域 商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)廣泛使用的電子秤、收款機(jī)、條形碼閱讀器、倉(cāng)儲(chǔ)安全檢測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)的導(dǎo)購(gòu)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(jī)構(gòu)成專(zhuān)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(cè)量?jī)x表普遍采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 替代傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)，使測(cè)量系統(tǒng)具有各種智能化功能，如存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語(yǔ)音功能等。 智能傳感器：?jiǎn)纹瑱C(jī) 與傳感器相結(jié)合可以構(gòu)成智能傳感器，它對(duì)經(jīng)傳感器初級(jí)變換后的電量做進(jìn)一步的變換、處理，輸出能滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離傳送、能與微機(jī)接口的數(shù)字信號(hào) ； 工業(yè)過(guò)程控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制器及機(jī)電一體化控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)除一些小型工控機(jī)之外，許多都是以單片機(jī)為核心的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是由中央控制器、感覺(jué)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、抓舉系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)； （ 5）汽車(chē)電子 單片機(jī)用于集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、 GPS 系統(tǒng)、汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)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(dòng)力監(jiān)測(cè)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(jī)、軍艦、坦克、火炮、導(dǎo)彈、智能武器系統(tǒng)等，都要用到單片機(jī)。 單片機(jī)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(jì)思想和設(shè)計(jì)方案。從前必須由硬件實(shí)現(xiàn)的控制功能，現(xiàn)在可以通過(guò)單片機(jī)用軟件方法實(shí)現(xiàn)，這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制計(jì)術(shù)，稱(chēng)為微控制技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的推廣普及，微控制技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。汽車(chē)倒泊防撞 警報(bào) 器的設(shè)計(jì) 5 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 3 設(shè)計(jì)方案 備選方案 方案一：基于 AT89C2051 單片機(jī)的 超聲波 防撞報(bào)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(gè)雙向 I/O 口兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率 0~24兩個(gè)外部中斷源可直接驅(qū)動(dòng) LED低功耗睡眠功能可編程UARL 通道 2K 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次可反復(fù)擦寫(xiě) )6 個(gè)中斷源 ~6V 的寬工作電壓范圍128*8bit 內(nèi)部 RAM 兩個(gè)串行中斷兩級(jí)加密位內(nèi)置一個(gè) 模擬比較放大器 ,軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 。 該報(bào)警器由控制系統(tǒng) ,超聲波發(fā)射電路、接收電路測(cè)速電路報(bào)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(shí)基電路和超聲波發(fā)射探頭組成 ,單片機(jī)AT89C2051 的 引腳控制 CC7555 時(shí)基電路產(chǎn)生 40KHZ 的頻率信號(hào)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(cè)距具有以下特點(diǎn)：測(cè)量靈敏度高 ,穿透力強(qiáng) ,測(cè)量速度快 ,測(cè)量角度大可對(duì)較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測(cè)。 (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(lái)的超聲波經(jīng)接收探頭變換為電脈沖信號(hào) 。 再由放大器整形器放大和整形后送入到單片機(jī) 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(hào) ,尤其是信號(hào)前沿不發(fā)生畸變以提高測(cè)距的精度。 (3) LED 顯示電路 LED 顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)電路組成 ,用兩個(gè)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(dòng)顯示 、 分別作為驅(qū)動(dòng)芯片 MCS14495 的鎖存信號(hào)用于控汽車(chē)倒泊防撞 警報(bào) 器的設(shè)計(jì) 7 制產(chǎn)生的 BCD 二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)碼是顯示高位還是低位。 (4) 測(cè)速電路 測(cè)速電路由傳感器脈沖放大器整形器 CC7555 時(shí)基信號(hào)電路選通門(mén)組成霍爾集成傳感器將車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)變成脈沖信號(hào)輸出經(jīng)放大整形電路后送入選通門(mén) 。 由 CC7555 時(shí)基電路產(chǎn)生的單位時(shí)基信號(hào)控制選通門(mén)的開(kāi)與閉 。 以控制轉(zhuǎn)速信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)選通門(mén) ,送入單片機(jī) AT89C2051 的 引腳 控制 T1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)了在單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)。 (5) 報(bào)警電路 報(bào)警電路由 CC7555 電路和揚(yáng)聲器組成 AT89C2051 的 控制 CC7555 電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果 ,產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲在揚(yáng) 聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí) ,時(shí)基電路 CC7555 處于暫穩(wěn)態(tài)此時(shí)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(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲 ,直到下一次測(cè)距結(jié)束產(chǎn)生新的報(bào)警聲。 (6) 系統(tǒng)的總體硬件圖 圖 用 89c2051 實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)總體的硬件圖 方案二：基于 AT89C51 單片機(jī)的超聲波防撞報(bào)警系統(tǒng) 該系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)、超聲波傳感器、 LED 顯示模塊 ,蜂鳴器報(bào)警模塊等組成。系統(tǒng)中單片機(jī)采用 ATMEL公司的 AT89C51作為核心控制芯片 ,便于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。超聲波 傳感器是超聲波測(cè)距電路中的重要元件其性能優(yōu)劣直接影響到測(cè)距準(zhǔn)確度和可靠性。通常超聲波傳感器有兩類(lèi)：一類(lèi)是發(fā)射電路和接收電路互相獨(dú)立的分體式超聲波傳感器 ,此類(lèi)傳感器測(cè)距有效范圍比較大。另一類(lèi)是同時(shí)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(lèi)超聲波測(cè)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(chē)尾部左、中 ,右三個(gè)部位各安裝一個(gè)超聲波傳感器 ,適當(dāng)調(diào)整安裝位置 ,可準(zhǔn)確測(cè)量汽車(chē)后部障礙物。運(yùn)用 、 、 分別控制CD4051 的 A、 B、 C 來(lái)控制不同超聲波發(fā)射器和接收器的工作 ,INT0 超聲波信號(hào)檢測(cè)。當(dāng)完成數(shù)據(jù)測(cè)量后 ,測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ,然后顯示測(cè)量結(jié)果范圍 ,當(dāng)車(chē)輛離障礙物的距離超過(guò)安全警戒線(xiàn)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。實(shí)際安裝時(shí) ,該系統(tǒng)的單片機(jī)安裝在汽車(chē)的尾部。 超聲波發(fā)射電路由超聲波換能器 (或稱(chēng)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(hào)為 CSB40T。它將超聲波發(fā)生器提供的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)并發(fā)射出去。 40KHz 的超聲波信號(hào)是利用 NE555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生的 ,振蕩頻率約為 f=／ ((R1+2R2)*C21),通過(guò) 選擇 R2= 的電阻使頻率達(dá)到 40KHZ。工作時(shí) ,單片機(jī)通過(guò) I/O 口定時(shí)向超聲波發(fā)生電路發(fā)出控制信號(hào)。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(hào)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(hào)用前三極放大后 ,最后一級(jí)用比較器使之成為數(shù)字信號(hào)（高電平為 5V,低電平為 0V） ,當(dāng)單片機(jī)接收到中斷信號(hào)時(shí) ,說(shuō)明檢測(cè)到了反射回來(lái)的超聲波 ,單片機(jī)就進(jìn)入中斷 狀態(tài) ,開(kāi)始距離計(jì)算 ,并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給單片機(jī)。 溫度測(cè)量電路基于 DS18B20（這 是美國(guó) 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(cè)溫和控制領(lǐng)域?；诔暡ǖ钠?chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 ,采用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。溫度檢測(cè)電路采用 DALLS 公司的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。電路連接非常簡(jiǎn)單 ,但是必須保證時(shí)序與單片機(jī)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(chǎng)上已 經(jīng)研制出超聲波傳感器的專(zhuān)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(jì)超聲波發(fā)生與接收電路 ,以上兩個(gè)方案各有優(yōu)點(diǎn) ,對(duì)于本項(xiàng)目直接利用超聲波傳感器（ CSB40T 和 CSB40R） ,而且相對(duì)而言對(duì)于 AT89C51 單片機(jī)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(shí)比較熟悉的芯片 ,而且這些芯片價(jià)格普遍比較低。因此選擇方案二的性?xún)r(jià)比最高 ,能用價(jià)格比較低廉的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的功能 ,因此我們選用第二方案來(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)功能。 汽車(chē)倒泊防撞 警報(bào) 器的設(shè)計(jì) 9 4 硬件設(shè)計(jì) 控制器選擇 圖 AT89C51 芯片引腳 微型計(jì)算機(jī)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(méi)有微型計(jì)算機(jī) ,人們的工作生活的質(zhì)量都受到很大的損失。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支 ,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能 ,越來(lái)越普及地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 ,以下主要介紹 圖 中的 89C51 單片機(jī) ,以及外部 I/O 口。 一、單片機(jī)的組成 單片微型計(jì)算機(jī)