【正文】 龔壁建。 【J】（04）[20]劉典文等. 基于單片機STC89C51設(shè)計的超聲波測距儀[J]. 中國新技術(shù)信產(chǎn)品，2010[21]趙海鳴，卜英勇，王紀(jì)嬋，周知進．一種高精度超聲波測距方法的研究[J1．湖南科技大學(xué) 學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006。 李鐵鷹。致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，得到我的指導(dǎo)老師劉老師的大力支持，在電路功能實現(xiàn)提出了許多指導(dǎo)意見，畢業(yè)論文也給予悉心的指導(dǎo)，使我的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成，對此我表示衷心的感謝。（5）由于仿真是不能找到元件CX20106，用按鍵模擬超聲波返回信號進行計算距離，仿真。如果在設(shè)計中考慮到溫度補償這個模塊，并添加到設(shè)計中去，那么整個系統(tǒng)將會更完善。 （2）系統(tǒng)動態(tài)性能不高，當(dāng)與向障礙物移動速度小的時侯，能夠穩(wěn)定測量并穩(wěn)定顯示，但是如果移動速度太大就會使誤差也逐漸增大。（3） 采用非接觸式測量方式，不影響被測表面，應(yīng)用范圍廣。本系統(tǒng)有以下優(yōu)點：（1） 發(fā)射探頭的頻率來自單片機系統(tǒng)，準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。當(dāng)芯片收到信號波時自動判定收到的超聲波信號是發(fā)射的聲波衍射而返回來的信號時就會自動忽略掉，繼續(xù)去等待檢測在這個工作周期內(nèi)是否有有效反射波反射回來，如果有就進行處理，沒有就進行新的一次測量。（4）余波信號的影響在測量時有一部分的聲波是從發(fā)射探頭直接轉(zhuǎn)收到接收探頭的，這部分聲波即是余波信號，這種余波對測量的干擾是挺大的。特別是在障礙物的距離較小的時候這個誤差就成為了距離測量的主要誤差的原因，由于障礙物的不確定而在接收頭產(chǎn)生的兩個或兩個以上的信號，干擾測距的準(zhǔn)確性。聲波的頻率越高衰減得越厲害,傳播距離也越短, 在給定的頻率下, 衰減是濕度的函數(shù)。氣體中聲速受溫度的影響最大。 系統(tǒng)誤差分析本系統(tǒng)在設(shè)計和數(shù)據(jù)的計算過程中無可避免地會產(chǎn)生一定的誤差，以下對可能產(chǎn)生誤差的原因進行分析：（1）環(huán)境對測量的影響根據(jù)公式c= sqrt( E/ Q) ,聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關(guān), 因此, 利用聲速測量距離, 就要考慮這些因素對聲速影響。 汽車防撞系統(tǒng)仿真，仿真結(jié)果為391cm，在3—4m范圍內(nèi)，蜂鳴器響。C51已被完全集成到μVision 4的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。Keil C 51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。第七章 系統(tǒng)調(diào)試及展望第七章 系統(tǒng)調(diào)試及展望 Keil C51系統(tǒng)調(diào)試界面和程序調(diào)試Keil C51是德國Keil公司開發(fā)的單片機編譯器，是目前最好的51單片機開發(fā)工具之一。根據(jù)軟件程序?qū)崿F(xiàn)的功能，對各個功能模塊繪制了程序流程圖，完成了軟件的開發(fā)工作。在本設(shè)計中，“滴滴”聲，且是在離障礙物距離越近鳴叫頻率越低。當(dāng)超聲波接收電路接收了到回波信號的同時時，在單片機檢測到該信號后，定時器計時就將停止，同時定時器的計數(shù)的次數(shù)將被提取出來，這樣就可以得到以cm為單位的測量的距離值。由于這個距離值是不斷變化的，所以，這個數(shù)碼管的顯示的過程是在外部中斷0發(fā)生后才進行的。計時停止指定的報警聲開啟中斷關(guān)閉返回距離計算處理顯示距離并根據(jù)距離判斷是否報警YN 中斷處理程序流程圖 顯示模塊設(shè)計從距離計算公式S=17N/1000=N(cm)中可以很明顯看出來，如果想要得到具體的距離的值，就只需要得到從超聲波發(fā)送開始到接收到超聲波這個過程中定時器0的計數(shù)的次數(shù)。根據(jù)前面的對超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號后，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。 系統(tǒng)主程序流程圖、激活超聲波探頭、計算距離、蜂鳴器報警以及數(shù)碼管顯示距離。程序中對測距距離的計算方法是按S=17N/1000=N(cm)進行計算的，其中，N為計數(shù)器的值，聲速的值取為340 m/s。超聲波接收回路中的超聲波信號一共有兩種波信號：第一種波信號為余波信號就是當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射出信號之后，超聲波接收探頭馬上就接收到的超聲波信號，實際就是超聲波的發(fā)射信號；另一種波信號就是有效信號，即經(jīng)過障礙物表面反射回來的超聲波回波信號，也是所需要測量的距離數(shù)值。 整個系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵是對距離進行測量的，然后通過單片機來處理測量數(shù)據(jù)是比較容易實現(xiàn)的，能精確的實現(xiàn)測距。 主程序設(shè)計主程序?qū)φ麄€單片機系統(tǒng)進行初始化后，同時將定時器T0啟動，然后調(diào)用距離計算的子程序，再根據(jù)定時器T0記錄的時間計算出所需要測量的距離，然后再調(diào)用顯示子程序，再將測出的距離以十進制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時調(diào)用聲音處理程序來控制蜂鳴器進行報警。主程序完成單片機的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計算超聲波發(fā)射點與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報警等。描述了各個硬件電路的主要功能并繪制了系統(tǒng)總電路原理圖，表述了各功能模塊電路的連接關(guān)系，硬件電路的實現(xiàn)構(gòu)造了汽防撞預(yù)警系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，為系統(tǒng)的軟件設(shè)計與開發(fā)提供了實際硬件依據(jù)。用于蜂鳴器測距報警。如果距離小于5m，使得報警電路工作，實現(xiàn)不同頻率報警。這樣，計數(shù)器便停止計數(shù)。使電流達到發(fā)射端的工作電流，從而發(fā)射出超聲波。當(dāng)單片機AT89C51發(fā)射出超聲波的信號，即輸出一個高電平給這個I/O口，大約5V的電壓，同時單片機計數(shù)器T0開始計時。系統(tǒng)報警電路由一個三極管、一個電阻和一個喇叭組成。在其兩端加上35V的直流電壓，就能產(chǎn)生3KHz的蜂鳴聲。 顯示模塊電路連接圖 報警模塊設(shè)計報警模塊通過單片機給定不同頻率利用蜂鳴器發(fā)出不同聲音。數(shù)碼管的動態(tài)顯示比較實用，電路構(gòu)建簡單，所以本設(shè)計采用動態(tài)掃描的方法顯示測量距離，只要輪流顯示的速度足夠快的時候就能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)值的顯示。相反，共陰極就是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳即公共陰極，在使用時此引腳接到電源負(fù)極。市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種即共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。綜上，本設(shè)計采用數(shù)碼管顯示來組成本設(shè)計的顯示模塊。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動電路驅(qū)動相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設(shè)計應(yīng)采用動態(tài)顯示方式。但是對于只顯示三位溫度值顯得浪費，又考慮到其價格較高，運用起來的復(fù)雜性，所以也不用此來顯示。 顯示電路的方案比較方案（1）：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.方案（2）：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。 顯示報警模塊設(shè)計顯示報警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機AT89C51處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報警響應(yīng)，以讓人們能夠直觀的覺察到測量的狀況，進一步避免事故發(fā)生。管腳1是超聲波信號輸入端，其輸入阻抗約為40K；管腳2的RC8決定接收器R的總增益，增大電阻R20或減小電容C8，將使放大倍數(shù)下降，負(fù)反饋量增大，電容C8的改變會影響到頻率特性，實際使用中一般不改動；管腳3與GND之間連接檢波電容C9，考慮到檢波輸出的脈沖寬度變動大，；管腳5上的電阻R21用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低，取R21=200K時，中心頻率約為42KHZ；管腳6與GND之間接入一個積分電容C10，電容值越大，探測距離越短；管腳7是遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，沒接收信號時，該端輸出為高電平，有信號時則會下降；管腳8接+5V電源。CX20106是索尼公司生產(chǎn)的彩電專用紅外遙控接收器，也可用于超聲波測試，有較強的抗干擾性和靈敏度。CX20106芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計的要求。CX20106芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當(dāng)測量距離比較遠時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。 超聲波接收電路設(shè)計由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。另外，上拉電阻R1R16一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加發(fā)射器T1的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。圖中把兩個非門的輸出接到一起的目的是為了提高其吸入電流，電路驅(qū)動能力提高。，用反相器74LS04構(gòu)成的電路簡單，調(diào)試容易，易通過軟件控制。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。這樣，定時器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點至障礙物之間往返傳播所用的時間t（s）。當(dāng)進行距離的測量時，由安裝在同一水平線上的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，并且同時啟動定時器進行計數(shù)。由于超聲波的以上幾個特點，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測量、厚度等方面。89C51單片機，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲器，所以只要單片機外接時鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機的最小系統(tǒng)了。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲器時，應(yīng)該輸入的是低電平，要使89C51只訪問片外程序存儲器,這時該引腳必須保持低電平；而在對Flash存儲器編程時，用于施加Vpp編程電壓。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，/PSEN將不會有脈沖輸出。（b）/PSEN（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平時有效。在訪問片外存儲器時，ALE（地址鎖存允許）以每機器周期兩次進行信號輸出，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址；在不訪問片外存儲器的時候，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6),而在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖會跳空一個,此時是不可以做為時鐘輸出。P3口作為通用I/O口接口時，第二功能輸出線為高電平。P3口的第二功能。P2端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平，作為輸入口使用；在對內(nèi)部的Flash程序存儲器編程時，P2口接收高8位地址和控制信息，而在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口就送出高8位地址。例如： 指令CLR是清零的意思，CLR ；而指令SETB是置1的意思，SETB 。P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，而P1口只有通用I/O接口一種功能，而且P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載；在使用時通常不需要外接上拉電阻就能夠直接驅(qū)動發(fā)光二極管；在端口置1時，其內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入端口用。（4）輸入輸出口（I/O口）引腳P0口是一個三態(tài)的雙向口，既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時復(fù)用口，又可以作為通用輸入輸出口。 復(fù)位電路運行時，只要有兩個機器周期即24個振蕩周期以上的高電平在這個引腳出現(xiàn)時，那么就將會使單片機復(fù)位，如果將這個引腳保持高電平，那么AT89C51單片機芯片就會循環(huán)不斷地進行復(fù)位。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫崿F(xiàn)復(fù)位。單片機在RESET端加一個大于20ms正脈沖即可實現(xiàn)復(fù)位。 晶振電路（3）復(fù)位RST（9腳）在單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要復(fù)位鍵重新啟動。單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上。單片機使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12 MHz的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時鐘信號。GND（20腳）：接地端。89C51單片機具有以下幾個性能特點：4 k字節(jié)的閃存片內(nèi)程序存儲器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，32個外部輸入和輸出口，2個全雙工串行通信口，看門狗電路，5個中斷源，2個16位可編程定時計數(shù)器，片內(nèi)震蕩和時鐘電路且全靜態(tài)工作并由低功耗的閑置和掉電模式。51系列的單片機執(zhí)行速率快(最高時鐘頻率為90 MHz)，功耗低，在系統(tǒng)、在應(yīng)用可編程,不占用用戶的資源。（9）單片機的保密性是否很好，單片機的抗干擾的性能如何等。（7）單片機在市面上的銷售渠道是否暢通、其價格是否便宜。（6）單片機的功耗。（5）單片機對工作的溫度范圍的要求。（4）單片機的封裝形式。（3）單片機的存儲介質(zhì)。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。目前，市面上的單片機的種類繁多，并且他們在功能方面也是各自有各自的特點。27第五章 防撞預(yù)警系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第五章 防撞預(yù)警系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 單片機系統(tǒng)設(shè)計 單片機的選擇一般在系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，能否完成設(shè)計任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適，而單片機更是是系統(tǒng)控制的核心，所以對單片機的選擇更是異常重要。根據(jù)對相關(guān)資料查閱，將兩探頭之間的距離定在5 cm～8 cm最為合適。由于超聲波的發(fā)射和接收是分開發(fā)送和接收的，所以發(fā)射探頭和接收探頭必須在同一條水平行直線上，這樣才能準(zhǔn)確地接收反射的回波。更有利于測距的準(zhǔn)確性。結(jié)合各方面的因素考慮，依據(jù)設(shè)計的要求，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料，選擇了超聲波測距傳感器TR4016（其中T表示超聲波發(fā)射探頭，R表示超聲波接收探頭）。 汽車防撞報警系統(tǒng)原理示意圖此方案選擇AT89C51單片機作為控制核心，所測得的距離數(shù)值由4位共陽極數(shù)碼管顯示，與障礙物之間的不同距離利用蜂鳴器頻率的不同報警聲提示，將超聲波發(fā)送出去，超聲波接收電路由CX20106芯片和超聲波接收探頭組成的電路構(gòu)成，報警系統(tǒng)由蜂鳴器電路構(gòu)成。系統(tǒng)利用霍爾傳感器測量車輪的轉(zhuǎn)速，通過內(nèi)部程序計算汽車的行進速度。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間t,由此便可計算出距離