【正文】 電路原理圖 32 附錄 2 系統(tǒng)主要 程序 汽車(chē)數(shù)量的增加，也帶來(lái)了各種各樣的汽車(chē)刮碰事故的增加。汽車(chē)保險(xiǎn)理賠中，由于刮碰引起的理賠案件占到了很大了比例。此類(lèi)裝置一般有，超聲波傳感器，微處理器，顯示電路等構(gòu)成。汽車(chē)防撞測(cè)距器是一種協(xié)助駕駛員復(fù)雜環(huán)境，泊車(chē)，轉(zhuǎn)向的駕駛輔助系統(tǒng)，是汽車(chē)安全輔助裝置。測(cè)距器，協(xié)助駕駛員獲得短程內(nèi)的安全距離情況，提高駕駛的安全性，直觀性，易操作性等，使汽車(chē)駕駛更加人性化。汽車(chē)數(shù)量的增加，也帶來(lái)了各種各樣的汽車(chē)刮碰事故的增加。汽車(chē)保險(xiǎn)理賠中，由于刮碰引起的理賠案件占到了很大了比例。這些都給駕駛帶來(lái)了不同程度的困難，傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的汽車(chē)駕駛，已經(jīng)很難適應(yīng)高速發(fā)展的交通環(huán)境。而單單只靠后視鏡也很難滿足駕駛的需求。在盲區(qū)的解決方案中，有效途徑是，幫助駕駛員獲得，當(dāng)前汽車(chē)周?chē)恼系K物的距離情況。在汽車(chē)輔助駕駛方面，汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)裝置，汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)，汽車(chē)平視顯示系統(tǒng) 等安全駕駛輔助系統(tǒng) 應(yīng)運(yùn)而生。另一方面，這些產(chǎn)品都存在很大的局限性，比如自動(dòng)泊車(chē)功能，許多情況下，由于停車(chē)環(huán)境很難滿足產(chǎn)品的工作要求，產(chǎn)品一般都處于報(bào)警狀態(tài)，對(duì)于泊車(chē)的實(shí)際需求很難滿足。 設(shè)計(jì)的意義 汽車(chē)安全輔助駕駛一直是汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)重要的課題，可以說(shuō)自從 有車(chē)誕生開(kāi)始，人們就在關(guān)注如何讓汽車(chē)駕駛更加方便，更加高效，更加人性化 ?，F(xiàn)在日益發(fā)展的安全裝置，由于成本高昂，維修費(fèi)用高 等原因，很難普及。在汽車(chē)日益普及的當(dāng)代，汽車(chē)駕駛員的年齡由中層年齡結(jié)構(gòu)層，在向老年和青年方向發(fā)展。 一種行之有效的方法是幫助駕駛員獲得安全距離情況。本著去冗就簡(jiǎn)的原則，汽車(chē)防撞測(cè)距器可以幫助駕駛員高效獲得障礙物距離信息，并提供必要的安全輔助操作 。 設(shè)計(jì)的要求 本次設(shè)計(jì)的目的是利用傳感器技術(shù)和微電子軟硬件技術(shù)，設(shè)計(jì)一款汽車(chē) 防撞器 ，用于幫助駕駛員獲得 距離 障礙物安全信息，并在提供必要的輔助安全操作。設(shè)計(jì)本著去冗就簡(jiǎn)得原則，以提供距離信息為基本出發(fā)點(diǎn)，以完成基本功能，降低成本，安裝方便，操作簡(jiǎn)易，維修簡(jiǎn)便為綜合要求。距離量程為 5m， 提供一定的 誤差 修正，緊急制動(dòng)方面提供繼電器接口。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)方案 汽車(chē)防撞測(cè)距器的基本目的是用于為駕駛員提供障礙物距離信息。設(shè)計(jì)核心是測(cè)量距離功能的實(shí)現(xiàn)。 測(cè)距方案論證 基于汽車(chē)防撞的使用方式，本設(shè)計(jì)實(shí)際用于測(cè)距器與障礙物的 空間測(cè)量 ，測(cè)距方式需要選用無(wú)接觸測(cè)量方式。 在高速公路汽 車(chē)防撞領(lǐng)域 ， 多采用激光雷達(dá)方式 。 超聲波測(cè)距是 通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的 時(shí)間差 對(duì)距離進(jìn)行計(jì)算，這種測(cè)距方式與前兩種的測(cè)距方式有一定的相似性 。 超聲波 具有較強(qiáng)的指向性 ， 作為一種聲波，在一種介質(zhì)到另一種戒指，在兩種介質(zhì)接觸面，會(huì)產(chǎn)生一定的反射。使用超聲傳感器，利用單片機(jī)的獲得其傳播時(shí)間，就可以使用一定的算法獲得對(duì)距離的測(cè)量。 且測(cè)量距離往往都能達(dá)到五米。首先由發(fā)生器發(fā)出超聲波，在一定的條件下，超聲波在空氣中按一定的速度傳播 （聲速與聲強(qiáng)沒(méi)有直接關(guān)系），經(jīng)過(guò)一定時(shí)間 ? （秒 /S）后遇到物體并發(fā)生發(fā)射，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間 ? （秒 /S）后傳回到超聲波接收器。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 超聲波測(cè)距原理圖 超聲波測(cè)量距離的公式為： 2TVS ?? 在此計(jì)算式中， S為測(cè)量的距離（米 m）， V代表一定條件下的聲速 V（米每秒 m/s）， T代表時(shí)間（秒 S）其的計(jì)算如下式： ????T 綜合上述計(jì)算式可以得出，測(cè)量的距離計(jì)算式為： ? ?2 ?? ??VS 設(shè)計(jì)基本構(gòu)架 發(fā)生 接收 ? ? 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 汽車(chē)防撞器 系統(tǒng)總框圖 本設(shè)計(jì) 初步計(jì)劃 是 在 室內(nèi)小范圍的測(cè)試，限定在 5 米 以?xún)?nèi) 。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理 圖 超聲波 測(cè)距原理框圖 在本設(shè)計(jì)中使用的測(cè)距方式是基于 AT89S52 的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。 接收 的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列濾波，增益等處理后再送回單片機(jī)， M C U 微型處理器 超聲波發(fā)射電 路 超聲波接收電路 顯示電路 報(bào)警電路 制動(dòng)接口 定時(shí)器 人機(jī)交互 波形處理 波形產(chǎn)生 接收器 聲波換能器 計(jì)時(shí)器 處理器 聲波換能器 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 并能使單片 機(jī) 識(shí)別出。 測(cè)距系統(tǒng) 精度 改善方案 如上所述，系統(tǒng)所測(cè)得的距離等于聲速和傳播時(shí)間相乘之積的 一半。 在聲速方面，聲音在空氣中傳播受到空氣介質(zhì)變化的影響。溫度對(duì)于空氣的影響有著最為直接的關(guān)系。在這方面，由于存在固有影響，可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量值與測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，在軟件中進(jìn)行修正，修正的主要參數(shù)為單片機(jī)的計(jì)數(shù)值。這部分和反射聲波可以通過(guò)軟件延時(shí)的方法進(jìn)行修正。在本設(shè)計(jì)中，我們將發(fā)射部分與就收部分相隔較遠(yuǎn)的距離，降低影響。 系統(tǒng) 功能 設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)安全 泊車(chē) 的輔助功能，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該具有比較好的人機(jī)交互。在操作的提示方面內(nèi)容 主要有：（ 1）安全！！注意查看（ 2）保持！！謹(jǐn)慎駕行（ 3）小心 ！！ 準(zhǔn)備制動(dòng) （ 4）危險(xiǎn)??！緊急制動(dòng)（ 5）注意！！有障礙物 。由于系統(tǒng)是輔助駕駛安全產(chǎn)品，設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)的時(shí)，還應(yīng)提供一定緊急制動(dòng)輔助操作。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路主要有前期的電壓波形產(chǎn)生電路和后期的將電能轉(zhuǎn)換為 40KHz的超聲波換能器組成 [7]。這里選用的通過(guò) 74HC04 集成電路完成對(duì)波形 放大和后期處理，以用來(lái)滿足產(chǎn)生超聲波的需要。其中一路經(jīng)過(guò)三級(jí)反相器到達(dá)換能器，另一路經(jīng)過(guò)兩級(jí)到達(dá)換能器。在靠近換能器的地方采用上拉電阻的方法，增加了電路的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面由于存在上拉電壓的原因，這在一定程度上使超聲波換能器的在發(fā)射超聲波后的余震效應(yīng)減輕，增強(qiáng)超聲波發(fā)射的準(zhǔn)確性。由于本設(shè)計(jì)采用的分體式超聲波換能器，發(fā)射電路和接收電路分開(kāi)，以用來(lái)降低超聲波測(cè)距中的盲區(qū)。電壓送到換能器的兩個(gè)引腳，此時(shí)里面的晶片引濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 起共振產(chǎn)生 超聲波，將 超聲波發(fā)射出去。超聲波接收電路包括超聲波換能、 接收 信號(hào)處理兩部分 [10]。 圖 超聲波檢測(cè)接收電路圖 超聲波 接收 電路 主要完成信號(hào)的濾波 、 整形 、 識(shí)別 、 增益等功能。為了有效的完成這一系列的信號(hào)處理動(dòng)作，這里選用的是一款 38KHz的紅外線的檢測(cè)電路。其 內(nèi) 部電路結(jié)構(gòu)主要是 雙極型集成電路。這種 IC 性能優(yōu)越，封裝形式及體積與許多遙控信號(hào)接收器 IC 相同或相似，故可用來(lái)代換多種型號(hào)的遙控信號(hào)接收集成電路。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 12864點(diǎn)陣 液晶 顯示部分 電路 表 12864點(diǎn)陣 液晶 顯示模塊串行通信模式 顯示引腳說(shuō)明 管腳號(hào) 名稱(chēng) 電平 功能 1 VSS 0V 電源地 2 VDD +5V 電源正（ — 5V） 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 CS H/L 模組片選端，高電平有效 5 SID H/L 串行數(shù)據(jù)輸入端 6 CLK H/L 串行同步時(shí)鐘：（上升沿有效） 15 PSB L L：串口方式 17 REST H/L 復(fù)位端，低電平有效 19 A VDD 背光電源 +5v 20 K VSS 背光源負(fù)端 0V 汽車(chē)防撞器對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，最重要的人機(jī)交 互 的顯示部分。在于單片機(jī)協(xié)同工作的顯示中常用的數(shù)碼管顯示，此種顯示成本較低，但是其接線較為繁瑣，顯示內(nèi)容單一，且印象美觀。 圖 12864串行接線原理圖 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 常用的 12864 點(diǎn)陣 液晶和單片機(jī)進(jìn)行通信的方式通常有串行模式和并行模式。并行方式需要焊接液晶的 20 個(gè)引腳，但工作速度較串行快。考慮到設(shè)計(jì)需要安裝在車(chē)體上，液晶到單片機(jī)連接距離較遠(yuǎn)，按照實(shí)際需要，這里選用 串行通信模式。此單片機(jī)是近期 ATMEL 公司在 51 系列方面推出的一款高檔增強(qiáng)型的產(chǎn)品。 其兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，在眾多嵌入式的系統(tǒng)中，其提供 8 位 CPU和可以反復(fù)擦出 1000 次的可編程 Flash。其最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如 下 圖。 復(fù)位電路 ： 復(fù)位是單片機(jī)的一個(gè)重要工作狀態(tài)。 圖形中下方的 即為本系統(tǒng)的復(fù)位電路，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位 5l 系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 壓電陶瓷超聲波 換能 器 (TCT4016R/T) 圖 壓電陶瓷超聲傳感器 超聲波換能器又稱(chēng)超聲波探頭。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專(zhuān)用探頭等。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。其為分體式的超聲波換能器標(biāo)有 T 字樣的是發(fā)射頭，標(biāo)有 R 字樣的是接收頭 。30%。 蜂鳴器 報(bào)警 電路 現(xiàn)在的報(bào)警電路有多種，其中蜂鳴器引用最為廣泛。此種設(shè)計(jì)電路可以靈活應(yīng)用于提示 、 報(bào)警 、以及簡(jiǎn)單旋律的音樂(lè)等多種場(chǎng)合。一般電路中的 TTL 基本不能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。蜂鳴器的正極性端連接到 5V的電源上面，另一端接到三極管的集電極。反之，當(dāng)三極管輸出為低電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。由于大部分汽車(chē)的操控系統(tǒng)使用的是電子操 作 系統(tǒng)，所 以本設(shè)計(jì)提供繼電器的制動(dòng)接口。繼電器的使用是單片機(jī)和汽車(chē)的制動(dòng)電路可以很好的連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)有效控制緊急制動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，這也為緊急制動(dòng)提供一個(gè)有效的通用接口實(shí)現(xiàn)安裝的便利性。能在 10ms 內(nèi)完成吸合動(dòng)作。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 繼電器工作電路 繼電器的吸合電流在 40mA，普通的單片機(jī)難以滿足需求 。當(dāng)三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，繼電器繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的自感電壓。 聲速修正 電路 經(jīng)過(guò)前面的分析，在聲速修正方面，需要引入對(duì)溫度的測(cè)量。溫度修正的方法也多種多樣，在 單片機(jī)領(lǐng)域?qū)囟鹊臏y(cè)量也有多種方法。這兩種方法，雖然精度可以做到很高，但是電路復(fù)雜，處理程序也很復(fù)雜，適合在醫(yī)學(xué)和工業(yè)中使用?？紤]到汽車(chē)的行駛環(huán)境，和系統(tǒng)的集成度，從實(shí)際出發(fā)在本設(shè)計(jì)中使用數(shù)字集成電路溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量溫度。 這種溫度傳感器 其作為數(shù)字集成電路，巧妙的將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，可以與單片機(jī)直接通信，通常在電路中只使用三條線就可以，其中一條用于進(jìn)行與單片機(jī)的通信，用于將溫度信息傳給單片機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，從實(shí)際出發(fā)，只需精確到 ℃ 。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第四章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 汽車(chē)防撞測(cè)距器 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中斷程序及 人機(jī)交互 子程序四個(gè)主要模塊組成。 圖 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 框圖 （ 1） 系統(tǒng) 主程序 模塊：即 系統(tǒng)的初始化化處理，包括定義引腳值，寄存器賦初值，控制其他子程序，處理結(jié)果，為整個(gè)系統(tǒng)提供軟件框架 與接口 。 （ 3） 溫 誤差修正 模塊 ： 此模塊 一方面 用來(lái) 測(cè)量環(huán)境 溫度，以用來(lái)進(jìn)行聲速修正 ，另一方面對(duì)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)行距離修正 （ 4） 發(fā)射控制模塊： 其 主要作用是控制單片機(jī) P3^6