基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)(編輯修改稿)
2024-07-24 20:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 創(chuàng)造了可能；，通過(guò)寄存器的配置，它們分別是UART模塊的RXD和TXD管腳；，在外部觸發(fā)信號(hào)對(duì)該管腳的作用下，系統(tǒng)能夠立即進(jìn)入管腳中斷事件（3） HCSR04超聲波傳感器HCSR04傳感器是一種高度集成的超聲波發(fā)送與接收模塊，通過(guò)該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的距離測(cè)量功能，目前好多單片機(jī)系統(tǒng)都采用了HCSR04模塊做距離采集，比如智能小車控制系統(tǒng)、基于超聲波的近視預(yù)防等系統(tǒng)中。HCSR04是一種高度集成的單片機(jī)外圍電路，它集超聲波產(chǎn)生、超聲波發(fā)送以及超聲波接受等于一體，下圖為改模塊的實(shí)物圖，兩個(gè)桶狀的模塊即是發(fā)送端和接收端，模塊上面用了白色絲印字母T和R來(lái)表示。HCSR04共有四個(gè)引腳，分別為VCC、Trig、Echo以及GND，VCC和GND很好理解，為該模塊的供電管腳，而Trig為發(fā)送使能端，即單片機(jī)只要產(chǎn)生一個(gè)發(fā)送脈沖傳送給Trig端，HCSR04模塊立即通過(guò)T發(fā)送端向外發(fā)射38KHz的超聲波，當(dāng)超聲波在傳送過(guò)程中遇到障礙物體時(shí)（如墻壁或者擋板）會(huì)被反射，從而反射的部分超聲波信號(hào)會(huì)被接收端R接收到，此時(shí)模塊的Echo管腳會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，從而表示超聲波已經(jīng)返回，這就是HCSR04超聲波模塊的工作過(guò)程，在組成測(cè)距系統(tǒng)時(shí)，單片機(jī)可以對(duì)給Trig管腳發(fā)送脈沖信號(hào)和Echo管腳發(fā)出脈沖信號(hào)的時(shí)間差進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，下圖22為HCSR04超聲波傳感器實(shí)物圖。圖22 HCSR04傳感器（4） LCD1602液晶顯示器介紹本系統(tǒng)的顯示模塊采用的是一種工業(yè)級(jí)的字符顯示型的液晶顯示器，它的屏幕大小能夠同時(shí)顯示32個(gè)英文字母、數(shù)字或者符號(hào)，正因?yàn)槿绱怂酝ǔ７Q它為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器。LCD1602液晶顯示器屏幕上由兩行共32個(gè)液晶點(diǎn)陣組成，每個(gè)點(diǎn)內(nèi)部又由57或者511的小液晶點(diǎn)陣組成，這種由若干小點(diǎn)陣組成的液晶能夠顯示一個(gè)字母、數(shù)字或者符號(hào)。另外需要注意的是，LCD1602的每個(gè)液晶之間有一定的間隔，這種間隔的存在使得LCD1602液晶顯示器不能顯示漢字或者圖片，所以LCD1602液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)相對(duì)其他較為復(fù)雜的液晶顯示器較為簡(jiǎn)單，也正是由于這種簡(jiǎn)單性使得LCD1602很受歡迎。除了LCD1602內(nèi)部已經(jīng)定義好的數(shù)字、字母或者符號(hào)外，用戶也可以通過(guò)程序?qū)CD1602內(nèi)的CGRAM進(jìn)行編寫(xiě)，來(lái)生成自定義的字符,下圖23為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器。圖23 LCD1602液晶顯示器LCD1602液晶顯示器模塊的內(nèi)部控制芯片是一種型號(hào)為HD44780的液晶驅(qū)動(dòng)芯片，另外當(dāng)前市面上許多流行的液晶都是通過(guò)這種型號(hào)的液晶驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制的，所以這些液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)代碼大多具有相似的語(yǔ)句，這種相同的控制原理有時(shí)能夠給用戶帶來(lái)很大的便利性。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1） 方案設(shè)計(jì)下圖31為倒車?yán)走_(dá)的總體硬件框圖設(shè)計(jì)，共分為四大模塊，即51單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波模塊、顯示模塊以及報(bào)警模塊。51單片機(jī)最小系統(tǒng)有AT89C51單片機(jī)、晶振電路以及復(fù)位電路組成，主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)處理、超聲波模塊的驅(qū)動(dòng)、液晶屏的驅(qū)動(dòng)以及報(bào)警模塊的驅(qū)動(dòng)，是這個(gè)系統(tǒng)的控制核心；超聲波模塊主要用于向車后的障礙物發(fā)送超聲波信號(hào)，并將被反射回來(lái)的超聲波進(jìn)行接收，該模塊是實(shí)現(xiàn)倒車?yán)走_(dá)功能的核心元件；LCD1602是本系統(tǒng)的顯示模塊，用于顯示車輛尾部距離后方障礙物的距離以及系統(tǒng)的其他參數(shù)；蜂鳴器報(bào)警模塊用于發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)車輛尾部距離后方障礙物的距離小于安全距離后，報(bào)警模塊立即發(fā)出“滴、滴、滴”報(bào)警信號(hào)，并且“滴、滴、滴”的頻率會(huì)隨著距離減小而變大，以此來(lái)警示駕駛員小心倒車。圖31 整體系統(tǒng)框圖（2） AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)建對(duì)于C51單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)建，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是晶振電路的設(shè)計(jì)，二是復(fù)位電路的構(gòu)建；將這兩個(gè)電路和51單片機(jī)進(jìn)行組合后，51最小系統(tǒng)就完成了，下面將介紹兩個(gè)電路模塊的作用和構(gòu)建方法。1. 晶振電路設(shè)計(jì)晶振電路主要由三個(gè)元器件組成：一個(gè)晶振和兩個(gè)小容量電容。晶振的主要作用可以用一個(gè)非常形象的比喻來(lái)說(shuō)明，其功能就好比心臟對(duì)于人體的作用，心臟每搏動(dòng)一次，就能夠?qū)⑿迈r的血液送至全身。而晶振也是這樣，在周期時(shí)間內(nèi)，晶振輸出脈沖信號(hào)給單片機(jī)，以此來(lái)讓單片機(jī)能夠按照時(shí)鐘信號(hào)的指示來(lái)完成動(dòng)作。而小電容的作用主要是為了能夠和晶振配合產(chǎn)生諧振作用，只有產(chǎn)生諧振，晶振才能在其正常的頻率下工作，下圖32為晶振電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖32 晶振電路設(shè)計(jì)2. 復(fù)位電路設(shè)計(jì)給單片機(jī)設(shè)計(jì)復(fù)位電路的作用主要是考慮到當(dāng)系統(tǒng)程序跑飛或者死機(jī)時(shí)，能夠通過(guò)人工按鍵來(lái)給系統(tǒng)復(fù)位，或者稱之為重啟，就好比當(dāng)我們使用的電腦死機(jī)時(shí)，按下重啟按鍵對(duì)電腦重啟一樣。C51單片機(jī)的復(fù)位采用高電平復(fù)位，復(fù)位方法是在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，將RST管腳保持高電平，這樣系統(tǒng)將被立即重啟。因此對(duì)于復(fù)位電路的設(shè)計(jì)就可以設(shè)計(jì)為下圖中的結(jié)構(gòu)，當(dāng)按鍵未被按下時(shí)，由于電容對(duì)直流電壓的阻斷能力，因此電阻兩端的電壓為0，因此RST管腳為低電平；而當(dāng)按鍵被按下時(shí)，由于電容兩端被短路，因此電阻兩端的電壓為VCC，RST管腳為高電平，系統(tǒng)將被重啟。圖33 復(fù)位電路設(shè)計(jì)（3） 超聲波傳感器原理圖設(shè)計(jì)下圖34為HCSR04超聲波傳感器模塊的電路原理圖設(shè)計(jì)，其VCC管腳接+5V直流電源，GND管腳接地，，這兩個(gè)管腳不能隨意連接到單片機(jī)的任何兩個(gè)管腳，因?yàn)橐Ｊ褂肏CSR04模塊必須要使用單片機(jī)的管腳中斷功能，即INT0和INT1，另外只需要將其與單片機(jī)直接相連即可，外部不需要為IO口配置上拉電阻，因?yàn)?1單片機(jī)的P3口內(nèi)部集成了10K的上拉電阻，這樣大大簡(jiǎn)化了其外圍電路的結(jié)構(gòu)。當(dāng)進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，與此同時(shí)立即啟動(dòng)51單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。在40kHz的脈沖信號(hào)傳送到HCSR04模塊內(nèi)時(shí)與其內(nèi)部的晶體振蕩器發(fā)生共振從而通過(guò)原理圖中的TX發(fā)送端對(duì)外發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波在傳送過(guò)程中遇到障礙物時(shí)會(huì)立即返回并被RX接收端捕捉到，與此同時(shí)Echo管腳立即輸出一個(gè)終止脈沖給51單片機(jī)，51單片機(jī)停止其定時(shí)器的工作，從而得到計(jì)時(shí)值，并轉(zhuǎn)換為距離。圖34 HCSR04原理圖設(shè)計(jì)（4） LCD1602液晶顯示器電路設(shè)計(jì) 下圖35為L(zhǎng)CD1602液晶顯示器的電路原理圖，由于本系統(tǒng)中51單片機(jī)不對(duì)LCD1602進(jìn)行判忙，所以也就不存在讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程，因此LCD1602液晶顯示器的DB0~DB7的八個(gè)管腳與51單片機(jī)的P0管腳直接相連，外部無(wú)需配置上拉排阻。按照LCD1602的管腳使用說(shuō)明，給其1號(hào)管腳直接接地，2號(hào)管腳接了+5V直流電壓作為L(zhǎng)CD1602的供電電源。LCD1602的RS、而15和16號(hào)管腳分別接+5V直流電壓和地，從而將LCD1602的背景燈光打開(kāi)。圖35 LCD1602液晶屏電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的報(bào)警模塊電路選用了有源電磁式蜂鳴器作為發(fā)聲元件，上文對(duì)有源電磁式蜂鳴器已經(jīng)做過(guò)相關(guān)介紹，只需要單片機(jī)的IO管腳輸出高電平給蜂鳴器即可讓蜂鳴器發(fā)出聲音，然而由于51單片機(jī)的管腳最大輸出電流
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