【正文】 controller module, ultrasonic receiving module, display module, the voice prompt distance module and power supply module. The controller module generates periodic pulse square wave signal through the timer. Then the conversion circuit emits ultrasonic waves and the timer is opened at the same time. The seismoelectric conversion circuit of the ultrasonic echo signal is converted to a voltage, which is sent to the SCM interrupt port. The SCM calculates the distance of the obstacle according to measured transceiver time difference. This paper analyzes the ultrasonic ranging principle, gives the overall design of the system and pletes the concrete hardware circuit design, software program design and the final test of the system. The test data show that the system has higher accuracy together with its low cost. The utility model has a certain practical value. Key words: AT89C51； Ultrasonic Ranging； LED display 目 錄 第一章 緒 論 ..................................................... 1 課題研究背景 ............................................... 1 超聲波測距發(fā)展歷程 ......................................... 1 超聲波測距研究現(xiàn)狀 ......................................... 2 課題主要任務(wù) ............................................... 2 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 ................................................ 3 設(shè)計方案論證 ............................................... 3 控制模塊 ............................................... 3 測距模塊 ............................................... 3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ........................................... 4 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 ............................................ 6 系統(tǒng)主控電路設(shè)計 ........................................... 6 單片機 AT89C51 簡介 ..................................... 6 時鐘電路 ............................................... 9 復(fù)位電路 ............................................... 9 超聲波發(fā)射與接收電路的設(shè)計 ................................ 10 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計 .................................. 10 超聲波接收電路的設(shè)計 .................................. 10 測距顯示電路的設(shè)計 ........................................ 11 LED 數(shù)碼管簡介 ....................................... 11 LED 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計 ............................. 11 報警電路的設(shè)計 ............................................ 12 系統(tǒng)硬件電路原理圖 ......................................... 13 第四章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 ........................................... 14 系統(tǒng)主程序設(shè)計 ............................................ 14 系統(tǒng)子程序設(shè)計 ............................................ 14 定時器中斷服務(wù)子程序 .................................. 14 數(shù)碼管顯示與計算程序 .................................. 17 報警程序設(shè)計 .......................................... 19 軟件程序的編譯調(diào)試 ........................................ 19 Keil uVision 軟件簡介 ................................. 19 搭建軟件開發(fā)工作環(huán)境 .................................. 20 程序編寫與編譯 ........................................ 22 第五章 實物制作及系統(tǒng)測試 ......................................... 24 實物制作 .................................................. 24 PCB 板的制作 .......................................... 24 元器件的安裝及焊接 .................................... 24 系統(tǒng)測試 .................................................. 25 結(jié)束語 ............................................................. 27 致 謝 ............................................................. 28 參考文獻 ........................................................... 29 附錄 A 系統(tǒng)硬件電路原理圖 .......................................... 30 附錄 B 系統(tǒng) PCB 圖 .................................................. 31 附錄 C 系統(tǒng)實物圖 .................................................. 32 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 緒 論 課題研究背景 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關(guān)注的問題。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。 汽車倒車?yán)走_全稱為“倒車防撞雷達”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，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，解除駕駛員泊車和起動車輛時因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超 聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。 超聲波測距發(fā)展歷程 自 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子技術(shù)產(chǎn)生超聲波的方法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史進程。隨 后徠卡在 1998 年推出迪士通第二代 basic、 1999 年推出迪士通第三代 classic、 2001年推出四款第四代、 2002 年推出 classic lite5 第五代測距產(chǎn)品，測量距離范圍在 之間，單次測量時間不到 1秒，作為職場的領(lǐng)跑者，徠卡測量系統(tǒng)的發(fā)展歷程見證了超聲波測距技術(shù)的發(fā)展過程。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了微波雷達測距、 CCD測距、激光測距和超聲波測距等多種形式的測 距方法，前幾種測距法由于技術(shù)難度大、成本高等因素，主要用于軍事工業(yè)方面。如汽車倒車?yán)走_， 目前的汽車倒車?yán)走_主要是具有蜂鳴器的語音報警以及距離顯示為主的汽車安全系統(tǒng)。 課題主要任務(wù) 本課題主要是利用單片機 AT89C51 設(shè)計一款簡易的倒車測距報警器， 應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報警。當(dāng)車尾與障礙物距離等于或小于 50cm 時，系統(tǒng)觸發(fā)蜂鳴器報警電路進行報警提示，提醒司機及時停車。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 本課題主要任務(wù)是設(shè)計一款簡易的倒車測距報警器， 應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控與報警。 設(shè)計方案論證 控制模塊 隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，在自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中都會面臨核心控制元件選擇的困惑，對于絕大部分的控制任務(wù)來說。 （ 1）可編程邏輯控制器（ PLC） PLC 發(fā)展初期主要用于開關(guān)量的邏輯控制，隨著 PLC 技術(shù)的進步，它的應(yīng)用領(lǐng)域在擴大，不僅可以用于開關(guān)量控制，還可用于模擬量及數(shù)字量的而控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，并進行聯(lián)網(wǎng)、通訊等，如今， PLC 已成為工業(yè)控制中核心元器件之一。缺點是價格較高，體積較大。 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(shè)計任務(wù) ，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(shè)計要求，因此本設(shè)計采用 AT89C51 單片機作為核心控制元件。 假設(shè)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， .最高的可達 。 （ 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(yuǎn)，紅光強度越弱， 根據(jù)這個特點能夠進行障礙物距離遠(yuǎn)近的測量。 （ 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。 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。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 根據(jù)方案的論證與選擇，本設(shè)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。 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 控 制 器M C U超 聲 波 驅(qū) 動 模塊 / 電 聲 換 能超 聲 波 接 收 模塊 / 聲 電 換 能信 號 調(diào) 理信 號 調(diào) 理障 礙 物距 離顯 示 模 塊聲 音提 示 模 塊時 鐘 電 路復(fù) 位 電 路電 源 模 塊 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)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。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 。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。利用單片機的定時器產(chǎn)生超聲波的周期方波信號，經(jīng)單片機 口輸出，通過信號調(diào)理和換能電路后發(fā)出超聲波。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，由單片機的 驅(qū)動蜂鳴器報警電路發(fā)出提示聲音。具體主控電路如圖 31 所示。 AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Fla