【正文】 NDR1410KC110uFVCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4S3S2GNDP20 P21 P22P23B1蜂鳴器Q59012VCCGND+R132K1234P1 VCCGNDTrigEchoTrigEcho數(shù)碼管驅(qū)動電路電源接口電路超聲波接口按鍵電路E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1SMG04_1 圖 總設計電路圖 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 15 時鐘電路的設計 本設計的時鐘電路如圖 所 示，時鐘電路主要結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻 率，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。 硬件電路總設計原理圖見 圖 ， 從以上的分析可知在本設計中要用 到如下器件： STC89C52RC、 超聲波 傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。按下設置鍵，系統(tǒng)進入報警距離設置界 面，默認的報警距離是 米。 主控制最小系統(tǒng)電路如圖 所示 。 89C52 單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時 /計數(shù)器： T0 和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應次序。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只 5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有 9 個中斷源。為方便設計串行通信，目前的 52 系列單片機都會提供 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 13 4. 四個 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。目前單片機的發(fā)展趨勢是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個 中 斷 源2 個 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個4 個 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 圖 STC89C52 單片機結(jié)構(gòu)圖 單片機主要特性 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 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。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。 圖 STC89C52RC 單片機的引腳圖 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 12 機不具備的功能。 STC89C52RC 單片機 ， 基于 STC89C51 內(nèi)核 ， 是新一代增強型單片機 ， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng) STC89C51,速度快 8～ 12 倍 ， 帶 ADC， 4 路 PWM,雙串口 ， 有全球唯一 ID 號 ， 加密性好，抗干擾強。片內(nèi) 8K Flash 存儲器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲器編程器。測距能力的不足，一定程度上意味著對較近距離的小體積物體探測能力的不足。若閾值過低，則可能出現(xiàn)的測量相位誤差如圖 所示： 圖 閾值過低時可能出現(xiàn)的測量相位誤差 由于測距模塊的集成化、小型化的設計需求，所以選用的是低壓、小型換能器，其發(fā)山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 11 射功率較小，這就直接決定了它的測量距離的不足。 2. 由于測量距離、超聲的入射角度、反射介質(zhì)等方面的不同，使得接收換能器所獲得的回波幅度相差很大。 1. 由于空氣氣流的起伏、目標的形狀和粗糙度不同、傳感器的響應特性較差等原因，使得傳感器的回波信號不是一個規(guī)則信號，有較大的不確定性，給觸發(fā)閥值的設置帶來難度，從而使首波的檢測發(fā)生錯誤。但是由于其基于性價比優(yōu)先的設計思路，其采用了應用廣泛、性價比較高的經(jīng)典設計，即在回波接收處理電路中采用了放大、濾波、 放大、過零檢測的方法。 超聲波探測模塊 HCSR04 的電氣參數(shù)如圖 所示。 與此同時其還肩負著控 制電路的開啟，處理超聲波換能器的橫向干擾，并且消除電路固定延時影響等工作。采用的電源芯片 MAX232 為超聲波換能器提供了合適的電壓，驅(qū)動換能器正常工作。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 9 圖 超聲波時序圖 超聲波探測模塊 HCSR04 的原理圖如圖 所示。程序中測試功能主要由兩個函數(shù)完成。實物如下圖 。測試距離 =(高電平時間 *聲速 (340M/S))/2。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 8 超聲波測距 模塊 HCSR04超聲波模塊介紹 本設計的超聲波模塊采用現(xiàn)成的 HCSR04 超聲波模塊，該模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測功能， 測距精度可達高到 3mm。雖然收發(fā)分立形式也存在串擾的缺點，但其是可以通過軟硬件設計消除的。收發(fā)分立超聲波換能器雖然在近距離上可以進行測量，近乎沒有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會形成 一個三角關系，從而導致其近距離上的測量相對誤差極大。收發(fā)一體超聲波換能器由于超聲波發(fā)射和接收在一個口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關系，因此其近距離的測量精度高。 根據(jù)超聲波測距原理，超聲波收發(fā)設備應該完成超聲波脈沖的發(fā)射以及回波首波的精確檢測。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間 . 將（ 32）、（ 33）代入（ 31）中得： ]c o s [21 HLarc tgvtH ? ( 34) 其中 ,超聲波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個常數(shù) ( 例如在溫度 T=30 度時 ,V=349m/s)。如圖 所示。聲速確定后， 只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 在本系統(tǒng)工作過程中，若測得的距離小于設定距離，蜂鳴器會進行報警。 （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號；（ 2）模塊自動發(fā)送 8個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；（ 3）有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。 按鍵 1：復位鍵； 按鍵 2：報警距離設定按鍵 按鍵 3：自定義報警距離增加 1cm 按鍵 4：自定義報警距離減少 1cm 超聲波模塊采用現(xiàn)成 HCSR04 超聲波集成模塊，該模塊可提供 2cm400cm 的非接觸電源 超聲波傳感器模塊 STC89C52主控制器模塊 按鍵控制 蜂鳴器報警模塊 4 位數(shù)碼管顯示模塊 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 6 式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm。由單片機內(nèi)部進行計算出波源和障礙物的距離。 圖 系統(tǒng)總體的設計方框圖 各模塊的功能 電源啟動后，單片機通過發(fā)送高電平對超聲波模塊進行觸發(fā) 。然后控制蜂鳴器報警。硬件包括單片機、輸入 /輸出 設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 5 就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、 報警等子模塊。 設計中采用模塊化設計方法，硬件設計包括系統(tǒng)控 制模塊、測距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報警模塊 塊設計等，軟件設計包括計算模塊、測距模塊、顯示模塊設計等。駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做 到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 項目研究內(nèi)容與方法 本課題的任務是設計一個基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以 不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速 電腦 控制，可全天候準確地測知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強，所以誤報也較多。這一代有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。 第三代： 數(shù)碼 波段顯示具體距離或者距離范圍。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車雷達，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 第一代：倒車時通過喇叭提醒 。 目前國內(nèi)倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車雷達設計以 及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。它的運用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強，判斷和操作失誤，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，大量避免了由于倒 車鏡死角和駕駛者目測據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，為倒車導向，提示方向盤該如何打。公路、街道、停車場、車庫的擁擠不堪，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發(fā)生，針對這一情況，人們對汽車操縱的便捷提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車倒車給人們帶來的倒車問題。一個水平中等的駕駛員花費在倒車上的時間遠遠不足他們總駕駛時間的 1%。大多數(shù)有經(jīng)驗的駕駛員對倒車的基本方法很熟悉，然而很少的人知道倒車是多么危險。中國經(jīng)濟的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，吸引了越來越多的家庭去購買自己的汽車。而本設計就是利用單片機知識、傳感器知識等，進行的汽車防撞裝置的設計，在汽車倒車時，這種裝置可以在駕駛員對車尾與障礙物體的距離遠近無法目測和判斷 時進行報警。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導致的倒車交通安全問題也非常嚴重，道路交通壓力增加，交通安全問題也是面臨嚴峻挑戰(zhàn)。 關鍵詞 ：超聲波；測距； STC89C52； HCSR04；倒車雷達 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ）