【文章內(nèi)容簡介】 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 本 設(shè)計(jì)采用聲光報(bào)警，當(dāng)所計(jì)算出來的距離在 30cm到 50cm之間，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)綠色的燈亮；當(dāng)所計(jì)算出來的距離大于 0cm小于 30cm時(shí)，黃色 的燈亮蜂鳴器 報(bào)警并且報(bào)警 頻率要比前者高 。聲控部分如 圖 42所示， P24口 所接的是 三極管的 基極輸入 端 。當(dāng) P24 輸出 為 高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通， 蜂鳴器兩端 就可 獲得 +5V 的電壓 而響； 當(dāng) P24輸出 為 低電平 時(shí)，三極管 不導(dǎo)通 ，蜂鳴器 兩端電壓為 0，所以就不會(huì) 發(fā)聲。 光控部分如圖 43所示， 主要是由兩個(gè)電阻和兩個(gè)不同色的發(fā)光二極管組成。 圖 42 聲音報(bào)警 圖 43 光報(bào)警 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)也就是能使 單片機(jī)工作的最少 元 器件構(gòu)成的系統(tǒng)，雖然 這個(gè)系統(tǒng)很簡單，但是卻是所有 控制系統(tǒng)所必不可少的 一部分 。最小系統(tǒng)包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路組成。 AT89S52 單片機(jī)最小系 統(tǒng) 如圖 44 所示 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 44 AT89S51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源電路主要 功能就 是向單片機(jī)供電的 。 電源電路如圖 45所示 圖 45 電源電路 晶振電路也稱時(shí)鐘電路，它是 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，決定 著單片 機(jī) 工作速度 的快慢 。 負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)所需要的時(shí)鐘信號(hào)， AT89S52 內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，其輸入端為 引腳 XTAL1， 輸出端為引腳 XTAL2。在 XTAL1和 XTAL2兩端 口連接 晶體震蕩器 形成反饋電路， 晶體振蕩器就可以 工作 。 早期晶體振蕩器的工作頻率 在 之間， 由于科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在其工作頻率 可正向兩端延伸，達(dá) 到了 040MHz。 晶振電路由電容和晶振構(gòu)成 ， 在電路的設(shè)延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 計(jì)過程中，對(duì) C1 和 C2 的大小沒有嚴(yán)格的要求 ， 但是它們的大小會(huì)影響 振蕩器震蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性 ，大多數(shù)電路 選擇 的 范圍 在 1030pF 之間。在電路的布局 時(shí)，晶振 ，電容等應(yīng)可能近的靠近單片機(jī) ， 這樣的目的是 減小分布電容，保證振蕩器震蕩的穩(wěn)定性 [7]。 晶振電路如圖 46所示 圖 46 晶振電路 復(fù)位方式分為上電自動(dòng)復(fù)位，按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式 [7].本 設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位， 按鍵電平 復(fù)位電路如圖 47 所示 ， 手動(dòng)按鍵產(chǎn)生 一個(gè) 復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī) 從新啟動(dòng) ， 使 單片機(jī) 回到 初始狀態(tài)。 圖 47 復(fù)位電路 整個(gè)設(shè)計(jì)的原理圖如圖 48所示 ： 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 + 5 VGND1VCC2VO3RS4WR5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BG VCC15BG GND16L C D 1 6 0 2L C D 1L C D 1 6 0 2+ 5 V液晶接口R34 . 7 KP 1 .0 / T 21P 1 .1 / T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .0 / R X D10P 3 .1 / T X D11P 3 .2 / I N T 012P 3 .3 / I N T 113P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16P 3 .7 / R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 / A 1 023P 2 .3 / A 1 124P 2 .4 / A 1 225P 2 .5 / A 1 326P 2 .6 / A 1 427P 2 .7 / A 1 528P S E N29A L E30EA31P 0 .7 / A D 732P 0 .6 / A D 633P 0 .5 / A D 534P 0 .4 / A D 435P 0 .3 / A D 336P 0 .2 / A D 237P 0 .1 / A D 138P 0 .0 / A D 039V C C40U2S T C 8 9 C 5 2Y11 1 .0 5 9 2 M H zC5 3 0 pC4 3 0 p+ 5 V單片機(jī)最小系統(tǒng)電路R21 0 K+ 5 V單片機(jī)復(fù)位+ 5 VK0R11KC31 0 U F1 2 3 4 5 6 7 8 9J21 0 KC1220U/35VS W 1C21 0 4R01KL1J1+ 5 V+ 5 VP 3 0P 3 1P 3 2A1B2B1113322Q18 5 5 0+ 5 VR41k報(bào)警蜂鳴器+ 5 V+ 5 V1234U1超聲波模塊接口超聲波模塊接口電路+ 5 VP 3 1P 3 2R64 7 0R54 7 0L2L3 圖 48 原理圖 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 本課題的軟件設(shè)計(jì)主要 包括 主程序，超聲波發(fā)射子程序 ，測距離子程序及 顯示 報(bào)警 子程序組成。 匯編語言 程序執(zhí)行效率比較高，主要因?yàn)樗旧?是一種低級(jí)語言 ， 是面向面向機(jī)器的程序語言。 由于低級(jí)語言 直接控制硬件，指令執(zhí)行速度快，且指令的執(zhí)行時(shí)間固定， 所以 匯編語言運(yùn)行時(shí)間短 。 但是其代碼繁多，語言格式比較死板 ， 可讀性差，不易于編寫，也不便于移植 [6]。 和 匯編相比 較， C語言 比較 符合人類思維習(xí) 慣 ，C語言是面向計(jì)算機(jī)的，它是一種高級(jí)語言， 兼?zhèn)涓呒?jí)語言與低級(jí)語言的優(yōu)勢(shì) 。 具有易于編寫 、開發(fā)效率高、 結(jié)構(gòu) 化強(qiáng)、可移植性好、程序可讀性 高 且 C程 序 有利于實(shí)現(xiàn)較 為復(fù)雜的算法 。 綜上所述本設(shè)計(jì) 選擇 C語言 編寫。 并用 Keil軟件進(jìn)行調(diào)試和編輯 ， Keil有 豐富的庫函數(shù) 。 另外 ， Keil軟件多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 因此，利用 單片機(jī) C語言進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，能 縮短開發(fā)周期，降低 了 開發(fā) 的 成本。 整個(gè)系統(tǒng)在的工作過程 ： 首 先 將 微處理器 AT89S52的 置 0， 讓超聲波傳感器發(fā)射超聲波 ， 在這同時(shí) 啟動(dòng) AT89S52 單片機(jī)的 內(nèi)部定時(shí)器 T0 開始計(jì)時(shí)。 在發(fā)射后 才可以去檢測反射回來的超聲波信號(hào)， 這樣就可以抑制輸出 所產(chǎn)生 干擾。 當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)立即被反射回來，這時(shí)微處理器就不停的對(duì) INT0端口進(jìn)行掃描，若INT0接收的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖剑?就表明有信號(hào)反射回來，于是關(guān)閉定時(shí)器 T0。再將 T0中的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算就可以粗略的計(jì)算出 超聲波傳感器與障礙物之間的距離 。然后再根據(jù)所計(jì)算 的情況進(jìn)行聲光報(bào)警。 主程序框圖如圖 51所示 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 51 主程序框圖 計(jì)算距離并顯示 開始 初始化 發(fā)射， T0 開始計(jì)時(shí)，延時(shí) 1ms，停止發(fā)射 顯示，等待反射回的波 是否有回波 ? 進(jìn)入中斷程序，關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 T0 溢出 中斷，外中斷INT0 關(guān)閉 讀取往返時(shí)間 是否安全 ? 聲光報(bào)警 返回 Y N Y N 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 通過 端口發(fā)送 出 頻率 為 40KHz 的方波的超聲波信號(hào) ，其 脈沖寬度為 12us 左右 ， 同時(shí) 將 計(jì)數(shù)器 T0 打開 計(jì)時(shí)。 超 聲波測距 模塊 主程序 主要是 利用 INT0 引腳 檢測 反射回來的 超聲波信號(hào)， 如果發(fā)現(xiàn) INT0引腳出現(xiàn)低電平 ，就證明接收到返回的超聲波信號(hào)，于是進(jìn)入中斷子程序立即停止計(jì)數(shù)器 T0的計(jì)時(shí)工作。若計(jì)時(shí)器都溢出了還沒檢測到反射回來的信號(hào)，也就是說 INT0 引腳沒出現(xiàn)低電平，那么 定時(shí)器 T0 溢出中斷 將 外部中斷 INT0 關(guān)閉 。 本 設(shè)計(jì) 采用 12M 晶振，即機(jī)器周期是 1 us。下圖 53 是 超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖 。 圖 52 超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖 開始 計(jì)時(shí)單元清零 開始發(fā)射超聲波 延時(shí) 接收到超聲波，停止計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T0 開啟，開始計(jì)時(shí) 讀取時(shí)間 返回 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 流程圖 超聲波在 空氣中傳播速度較慢，為 340m/s，這就使計(jì)算變得非常簡單。只要準(zhǔn)確的測得 度 從超聲波傳感器發(fā)出超聲波到遇到障礙物反射回收受端的時(shí)間，就可由公式S=vt/2 計(jì)算出車到障礙物的距離。 測距流程圖如圖 53 所示 圖 53 測距流程圖 報(bào)警 流程圖 顯示模塊 是利用定時(shí)器 將測試得到的最短距離 的 數(shù)值通過串行口傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示 。通過調(diào)用距離計(jì)算子程序 ， 大于 50cm為安全距離 ，設(shè)定蜂鳴器的工作方式，工作設(shè)為 1，不工作設(shè)為 0， 若所計(jì)算出來的距離大于 30cm小于 50cm，蜂鳴器工作同時(shí)綠燈亮 。若計(jì)算出來的距離大于 0cm小于 30cm時(shí)，蜂鳴器工作同時(shí)黃燈亮。其余情況蜂鳴器和 LED等處于不工作狀態(tài)。 距離顯示，判斷以及報(bào)警流程圖 如圖 54所示 開始 調(diào)用距離計(jì)算子程序 計(jì)算出距離 返回 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 圖 54 距離顯示，判斷以及報(bào)警流程圖 開始 將距離值通過 I/O 口送到顯示模塊顯示 設(shè)置安全距離 是否安全？ 聲光報(bào)警 返回 N Y 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 根 據(jù)超聲波測距公式 S=vt/2 ，可知測距的誤差是由超聲波的溫度誤差、傳播速度誤差和測量距離傳播的時(shí)間誤差引起的 [8]。 （ 1） 溫度誤差 超聲波在空氣中傳播的一種縱波，而空氣具有反抗壓縮和和擴(kuò)張的特性，由 于氣體反抗壓縮變化的作用是傳聲波能在空氣中傳播的原理，因?yàn)榉纯箟嚎s這種特性與溫度有很密切的關(guān)系，所以超聲波在空氣中的傳播受溫度影響。因此超聲波在空氣中的傳播與空氣的溫度有很密切的關(guān)系。 v＝ ＋ （ m/s） () 式中 t=溫度（ ℃ ） 。 在不是很嚴(yán)格的情況下可用 340m/s代替，如果需要精確測量與障礙物之間的距離，可以通過溫度補(bǔ)償電路實(shí)現(xiàn) （ 2）傳播速度誤差 如果 系統(tǒng) 要求測距誤差小于 1mm時(shí)， 如 果 已知超聲波速度 在 室溫 條件下 v=344m/s (20℃) ， 不計(jì) 聲速 在 的傳播 過程中的 誤差。測距誤差 。不同的溫度，超聲波的傳播速度不同，所以就必須把把超聲波所處的環(huán)境的溫度考慮到。比如說 當(dāng)溫度 0℃時(shí)超聲 波 v=332m/s, 30℃ 時(shí) 速度 是 v=350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。 假設(shè) 超聲波在 30℃ 的 情況下用 0℃ 的 速 度 測量 100M 的 距離 ， 測量 的 誤差將達(dá)到 5M， 也就是說 測量 1M誤差將達(dá)到 5MM。 如果距離過長的話，誤差就會(huì)更大。 所以在精確測量時(shí)，這個(gè)因素必須考慮進(jìn)去。 （ 3） 測量距離傳 播的時(shí)間誤差 采用超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時(shí)接受反射回來的波。 一般使用的超聲波頻率為 40KHZ。 利用這一原理所計(jì)算出車與障礙物的距離。 反射原理 看 :反射規(guī)則中 反射角等于入射角， 所以說 反射 回來的回波能否 被傳感器 所接收到 ，與反射面的角度 有很大的關(guān)系 。 ，如果反射面不是走夠大的話，反射回來的會(huì)波就有所衰減，更有甚者是沒有回波。 大關(guān)系，障礙物會(huì)吸收一部分，而吸收的多少與障礙物的材質(zhì)有關(guān) 。這些因素綜合起來，決定障礙物是否會(huì)被探測到。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 這次設(shè)計(jì) 是對(duì)我 大學(xué)四年 所學(xué)的 一次檢測， 從一開始的選題 到論文的撰寫 我 都 很認(rèn)真。這段時(shí)間我的設(shè)計(jì)按照我的計(jì)劃一步一步的進(jìn)行著，雖然它是 一套比較 簡單 的汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，但是也是對(duì)我的考驗(yàn)。 首先 在 查清楚系統(tǒng)的各項(xiàng)功能 后 ， 就開始對(duì)設(shè)計(jì)整個(gè) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ， 其次就是 詳細(xì)的說明 了系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)和完成各項(xiàng)功能相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)。本 次設(shè)計(jì)主要 以 AT89S52 為核心 控制 ， 靈活的運(yùn)用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在 討論了 超聲波測距 原理、 硬件 電路實(shí)現(xiàn) 和軟件設(shè)計(jì)方