【文章內(nèi)容簡介】 感器的主要性能指標(biāo)（1）工作頻率：工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時,輸出的能量最大,靈敏度也最高。 （2）工作溫度：由于壓電材料的居里點一般比較高,特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小,所以工作溫度比較低,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32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、MPMP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5xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文63 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 引腳,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 的鎖存信號用于汽車倒泊防撞警報器的設(shè)計7控制產(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)xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8一體式超聲波傳感器,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 CD405ULN280LM32555(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94 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簡稱單片機,它在一塊芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（CPU ） 、隨機存取存儲器（ RAM） 、只讀存儲器（ ROM） 、定時器/計數(shù)器、和各種輸入/輸出（I/O ）接口（如并行 I/O 口、串行 I/O 口和 A/D 轉(zhuǎn)換器）等。構(gòu)成一個完整的微型計算機。80C51 單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)芯片的引腳描述CHMOS 制造工藝的 89C51 單片機采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式）,在單片機的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳,2 條外接晶體的引腳,4 條控制與其它電源復(fù)xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10用的引腳,32 條輸入/輸出（I/O）引腳