【文章內(nèi)容簡介】 小，成本低，經(jīng)濟實惠，但利用單片機實現(xiàn)的主控板受軟件布局、環(huán)境溫度、制板工藝等影響，穩(wěn)定性和抗干擾性相對較弱。對比這兩種核心控制元件，兩者各有優(yōu)缺點，根據(jù)本課題設計任務，汽車倒車報警裝置體積要小，這樣便于攜帶、安裝、不占用汽車空間，顯然由于PLC體積大的特點而不符合設計要求，因此本設計采用AT89C51單片機作為核心控制元件。 測距模塊（1）激光測距激光由于其本質(zhì)性的成因使得激光具有亮度高、單色性好、方向性好、傳光性好等特點，而激光測距則利用激光的方向性強和傳光性好的特點，用脈沖激光器向目標發(fā)射一列很窄的光脈沖(脈沖寬度小于50ns)，光達到目標表面后部分被反射，通過測量光脈沖從發(fā)射到返回接收機的時間，可算出測距地點與目標之間的距離。 假設所測距離為h，光脈沖往返時間為t，光在空中的的傳播速度為c，則： h=ct/2，脈沖激光測距最大測距也能達到30000m以上，其測距精度一般為5米，.。由于激光對人體存在安全問題，而且制作的難度大成本也比較高，主要在軍事上用于對各種非合作目標的測距,。（2）紅外線測距紅外線測距原理是紅外光遇到障礙物會反射回來，而反射回來紅光的強弱由距離而定，距離越遠，紅光強度越弱，根據(jù)這個特點能夠進行障礙物距離遠近的測量。其優(yōu)點是成本低廉，使用安全，制作簡單，缺點就是測量精度低，方向性也差，測量距離近。（3）超聲波測距超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波即其振動頻率高于16kHz的機械波。超聲波測距就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當接收超聲波時，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到控制芯片。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠為反射線定向傳播等優(yōu)點，在中、長距離測量時，超聲波測量的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線測量。從安全性，成本、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設計要求。根據(jù)對以上三種測距方法的比較，很明顯激光傳感器是比較理想的選擇，但是它的價格卻比較高，而且安全度不夠高。因此在一般測距中不具有普遍適用性，而超聲波測距具有較強的抗干擾能力和較短的響應時間，在精度和方向性上都優(yōu)于紅外測距，因此本方案的距離測量部件選用超聲波測距模塊。 系統(tǒng)總體設計方案 根據(jù)方案的論證與選擇，本設計以單片機AT89C51為控制核心，外圍配置超聲波發(fā)射接收模塊、聲音提示模塊、距離顯示模塊、電源模塊四部分。系統(tǒng)總體設計方框圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)總體設計方框圖其中，超聲波發(fā)射模塊選用軟件發(fā)生超聲波法，利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。超聲波接收模塊包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。探頭變換后的正弦波電信號經(jīng)放大電路放大并進行波形變換。聲音提示模塊采用蜂鳴器報警電路，倒車時，車尾與障礙物之間距離小于所設定的安全值時，發(fā)出蜂鳴聲提醒駕駛員。鑒于LED數(shù)碼管顯示簡潔、價格便宜等特點，距離顯示模塊采用4位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。第三章 系統(tǒng)硬件電路設計根據(jù)系統(tǒng)總體設計方案，系統(tǒng)以單片機AT89C51為控制器，時鐘電路、手動復位電路、電源和控制器一起構(gòu)成主控電路。利用單片機的定時器產(chǎn)生超聲波的周期方波信號，通過信號調(diào)理和換能電路后發(fā)出超聲波。，計算時間差并換算距離信息。距離顯示電路采用4位LED數(shù)碼管顯示，單片機的P2口的高四位提供數(shù)碼管的位選信號，P0口作為數(shù)碼管的段碼；聲音提示電路采用蜂鳴器報警。 系統(tǒng)主控電路設計該系統(tǒng)以AT89C51為核心，配置時鐘電路、復位電路以及電源電路，構(gòu)成系統(tǒng)主控電路。具體主控電路如圖31所示。圖31系統(tǒng)主控電路圖AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。AT89C51具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而且，它還具有一個看門狗（WDT）定時/計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護外圍硬件電路。AT89C51有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片引腳示意圖如圖32所示。圖32 AT89C51引腳示意圖主要引腳功能介紹如下：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，具體功能如表31所示。表31 P3口引腳功能表P3口引腳第二功能RXD（串行口輸入）TXD（串行口輸出）INT0（外部中斷0輸入）INT1（外部中斷1輸入）T0（定時器0外部脈沖輸入）T1（定時器1外部脈沖輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖輸出）RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖輸出）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 時鐘電路單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩方式，在AT89C51引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。具體系統(tǒng)時鐘電路如圖33所示。圖33 時鐘電路 復位電路復位電路有上電復位和手動復位兩種。本系統(tǒng)采用手動復位方式，具體電路如圖34所示。系統(tǒng)上電時， RC電路開始充電，因為電容電壓不能突變，使RST端的電位接近Vcc，以后RST端的電位將隨電容充電而逐漸下降。只要RST端出現(xiàn)的正脈沖時間保持在10ms以上，就能使單片機有效地復位。工作過程中，需要手動復位時，按下按鈕時，電容瞬間完成放電，Vcc的+5V電平就會直接加到RST端，完成系統(tǒng)復位。圖34 復位電路圖 超聲波發(fā)射與接收電路的設計 超聲波發(fā)射電路的設計超聲波發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高發(fā)射強度。具體電路圖如圖35所示。圖35 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路的設計 超聲波接收電路主要由CX20106A和超聲波換能器構(gòu)成，CX20106A是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻38K與測距的超聲波頻率40KHz較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，具體電路圖如圖36所示。 圖36 超聲波接收電路 測距顯示電路的設計 LED數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的二極管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的二極管組成。共陰極LED數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極LED數(shù)碼顯