【正文】 ........... 21 致 謝 ............................................................................................................................ 22 延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 論 超聲波是那些 沒(méi) 有 眼睛生物用來(lái)防御 外來(lái)侵略或用于捕 食獵物的一種 手段， 這種生物發(fā) 出人們 所聽(tīng)不到的超聲波，利用空氣作為傳輸媒質(zhì)傳播它們 所發(fā)出的超聲波，超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)反射回來(lái)， 由 發(fā)射到反射回來(lái)這之間的 時(shí)間就可以 粗略的估算出獵物或障礙物離該生物的距離 。超聲波探頭主要是進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接受部分，液晶顯示主要是顯示障礙物與車之間的距離，在超出所設(shè)定的距離時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)發(fā)光二極管亮，提醒駕駛員采相應(yīng)的措施。 單位代碼： 005 分 類 號(hào)： IN 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 ： 汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) ： 電 子信 息工程 姓 名 ： 曹 楠楠 學(xué) 號(hào)： 0903024119 指導(dǎo)教師： 楊延寧 職 稱： 教 授 畢業(yè)時(shí)間： 二 零一三年六月 I 汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 本次設(shè)計(jì)主要 是 以 AT89S52 單片機(jī)作為主體設(shè)計(jì)的 汽車 倒車防撞系統(tǒng) ，這種智能的系統(tǒng)給汽車在 倒車時(shí) 提供較高的 安全性 。該系統(tǒng)利用了超聲波不用接觸就能進(jìn)行測(cè) 量 距離的特點(diǎn)，系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)射電路 模塊 ,超聲波接受電路 模塊 ，液晶顯示 模塊 以及聲光報(bào)警電路 模塊 。提高 汽車在 倒車過(guò)程中的安全性，能很有效的減少交通事故。超聲波 最早 開(kāi)始 于 1879 年，而 這種作為人類首次發(fā)現(xiàn) 的高頻信號(hào) ，在 其它 行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 。 近些 年，由于超聲波技術(shù) 在我國(guó)的不斷發(fā)展，再加上它是一種不用接觸就能進(jìn)行測(cè)量的高精度傳感器 。 目的和意義 隨著 經(jīng)濟(jì)水平的提高 ,人們對(duì)物質(zhì)要求也越來(lái)越高，汽車作為現(xiàn)今社會(huì)的主要交通工具， 很快在人們的生活中普遍 了起來(lái)， 而在駕駛 過(guò)程中的安全問(wèn)題也成為大家所關(guān)注的課題 。駕駛 人 員不但可以 很直接觀測(cè)到 被顯示的距離 ,還可以用聽(tīng)覺(jué)判斷 ，根據(jù)車后障礙物距離的遠(yuǎn)近不同，報(bào)警頻率是不同，距離越近頻率越高 。 在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī) 一般 作為一個(gè) 比較 核心部件來(lái)使用，僅 僅靠 單片機(jī)方面知識(shí) 還是不夠 的 ，還應(yīng) 該 根據(jù)具體 情況和要求設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu) 和 軟 件 部分 ， 這些結(jié)合起來(lái)才能更好的 完善 對(duì)電路的設(shè)計(jì) 。這樣就很好的 解決了駕駛員在停車和起動(dòng)車輛時(shí)存在的 一些 安全隱患，提高了駕駛 過(guò)程中的 安全性。 這一問(wèn)題得到了駕駛員們的關(guān)注，所以他們就 對(duì)車 操延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 縱的便捷性提出了更高的要求 ，希望可以自己的車上 安裝某種裝置可以 解決汽車在倒車中所遇到的難題 ，減少在駕駛過(guò)程中的不安 全隱患，以便于他們可以 很快的停在所要停的地方，而當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)的 報(bào)警 ，以免造成不必要的問(wèn)題。這種系統(tǒng)主要 是利用超聲波非接觸的特點(diǎn) 測(cè)量障礙物與車之間 的 距離。頻率超過(guò) 20KHz 的稱為超聲波，低于20Hz 的稱為次聲波 [1]。超聲波作為人類 首次發(fā)現(xiàn)一種 高頻信號(hào) ，其特點(diǎn)頗多：比如受它的頻率高，波長(zhǎng)短，特別是方向性好，能夠成為射線而定向傳播等。超聲波的穿透 能力是很強(qiáng)，無(wú)論是固體還是液體，尤其是對(duì)那些不透明的物體， 可以穿透幾十米的深度。 正是因?yàn)樗母鞣N特點(diǎn)所以， 超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在 生物醫(yī)學(xué)，國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。完成這項(xiàng)任務(wù)的元器件就是超聲波傳感器了，我們習(xí)慣上叫它超聲波換能器，或是超聲波探頭。按其工作原理又可以分為壓電式 ，磁致伸縮式，電磁式等[2]。超聲波傳感器是一種可逆元件， 而壓電式超聲波就是利用這一原理， 也就是 電 信號(hào) 和超聲波 信號(hào)的 相互轉(zhuǎn)化 來(lái)。 超聲波是一種振動(dòng) 頻率高于聲波的機(jī)械波 ,具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小 ,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn) [3]。當(dāng)給 它外加一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí) ，當(dāng) 其頻率 和 壓電晶片的固有 頻率 相等 時(shí)，壓電晶片 就 會(huì) 產(chǎn)生 共振 現(xiàn)象 ， 進(jìn)而 帶動(dòng)共振板 產(chǎn)生 振動(dòng)， 就是 超聲波 發(fā)射器了 [2]。 超聲波接收器如圖 22 所示 ： 圖 22 超聲波接收器 的 原理 與方式 超聲波測(cè)距原理就是利用超聲波發(fā)射器 發(fā)射信號(hào) ， 從剛 發(fā)射 超聲波 時(shí)就開(kāi)始計(jì)時(shí) ，信號(hào)在介質(zhì) 中傳播， 在傳播的過(guò)程中遇 到障礙物 就馬上 返回，超聲波接收器收到反射回來(lái)的信號(hào)時(shí) 就立即停止計(jì)時(shí)。t/2 () 超聲波測(cè)距示意圖如圖 23所示 圖 23 超聲波測(cè)距原理圖 利用超聲波測(cè)量距離 主要有 聲波幅值檢測(cè)法，相位檢測(cè)法和度越時(shí)間法 。綜合所述各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 采用 的是 度越 時(shí)間檢測(cè)法，其原理其實(shí)特別簡(jiǎn)單， 就是超聲波傳感器發(fā)射超聲波 信號(hào)，經(jīng)由 介質(zhì)轉(zhuǎn)播，當(dāng)遇到障礙物返回 ,直到超聲波接收器接收到回波時(shí)，這之間所經(jīng)歷的時(shí)間就是度越時(shí)間。 該系統(tǒng) 設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為主 ，它有著 12MHz 高精度的晶振 ，可以獲得較為穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，能有效的較少測(cè)量誤差。 利用外 部 中斷 INT0端 口監(jiān)測(cè)返回 的超聲波 信號(hào)。系統(tǒng)框架圖 如圖 31 所示 ； 圖 31 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 [5] 單片機(jī) ? 片內(nèi)存儲(chǔ)器包含 8KB 的 Flash，可在線編程，擦寫(xiě)次數(shù)不少于 1000 次； ? 具有 256 個(gè)字節(jié)的片內(nèi) RAM； ? 具有可編程的 32 根 I/O 口線 P0,P1,P2 和 P3； ? 具有 3 個(gè)可編程定時(shí)器 T0,T1 和 T2； ? 內(nèi)含有 2個(gè)數(shù)據(jù)指針 TPTR0 和 TPTR1。該單片機(jī)采用了 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型 80C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容；片上的 Flash 存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的易失性存儲(chǔ)編程器；通用的 8位 CPU 在線可編程 Flash集成在一塊芯片上，從而使 AT89S52 功能更加完善，應(yīng)用更加靈活；具有更高的性能價(jià)格比，使其在嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用 [5]。另外 AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存， 振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止， AT89S52 引腳圖如圖 32所示 圖 32 AT89S52引腳圖 P0 用作通用 I/O 口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 8TTL 負(fù)載；當(dāng)用作輸入時(shí)，每個(gè)端口首先置 1。這種情況下， P0 口內(nèi)含上拉電阻 。在進(jìn)行編程校驗(yàn)時(shí)，須外接 10K 的上拉電阻 ?？勺鳛檩斎?。 P3 可用作通用 I/O 口，可驅(qū)動(dòng) 4TTL 負(fù)載；當(dāng)用作輸入時(shí)，要先將 P3 口各位置 1。在編程和檢驗(yàn)時(shí)， P3 口接受某些控制信號(hào)。 在本課題中選用 HCSR04超聲波傳感器：它測(cè)量距離是精度很高可達(dá) 3mm 并且HCSR04測(cè)距范圍比較大，一般可以實(shí)現(xiàn)從 2cm— 400cm 的非接觸式距離?；竟ぷ髟?是 采用 單片機(jī) I/O 口 ( )觸發(fā) TRIG 測(cè)距， 至少 給 10us 的高電平 ； HCSR04自動(dòng)發(fā)送 8個(gè) 49khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有回波；如果有回波 ， 通過(guò) I/O 口 ECHO 給單片機(jī)的 INT0口一個(gè)低電平，提醒 T0口停止計(jì)時(shí)。 HCSR04如圖 33所示 圖 33 HCSR04模塊 本設(shè)計(jì)的 主 控制 芯片 是 AT89S52 單片機(jī) ， AT89S52 單片機(jī) 工作性能穩(wěn)定， 同時(shí)它是在單片機(jī)的設(shè)計(jì)中 經(jīng)常使用到的控制芯片 。 可以 通過(guò)改變 其 部分參數(shù)來(lái)改變電路的 靈敏度和抗干擾能力， 因而 采用 此 芯片作為 本設(shè)計(jì)的主控芯片。 超聲波 傳感器 在單片機(jī)的控制下發(fā)射出 超聲波 信號(hào) ， 傳感器的接受部分接受 到信號(hào)之后送入單片機(jī)進(jìn)行處理， 計(jì) 算 出汽車 與障礙物之間的 最短 距離，將 所計(jì)算出來(lái)的 結(jié)果送入 液晶 顯示電路 顯示，再按照 所設(shè)定的 要求由報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。這兩種顯示器相對(duì)于其它顯示設(shè)備說(shuō)比較便宜，功耗較低，完全能達(dá)到其它顯示器所要達(dá)到的要求。由 于液晶顯示模塊每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，不像有些顯示設(shè)備需要不斷的刷新和點(diǎn)亮；無(wú)電磁輻射；簡(jiǎn)單方便的數(shù)字式接口；應(yīng)用廣泛，可以顯示數(shù)字，字符，漢字和圖形等，可是用于各種場(chǎng)合 [6]。 方案（ 2）：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管 組合而成 的 數(shù)字顯示器件，通過(guò)控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。由于動(dòng)態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺(jué)暫留的特性，掃描的時(shí)間應(yīng)不大于 20 毫秒，占用系統(tǒng)資源大 ，且相對(duì)于 整個(gè)倒車系統(tǒng)而言，需要比較清晰明了的了解車與障礙物之間的距離。聲控部分如 圖 42所示， P24口 所接的是 三極管的 基極輸入端 。 光控部分如圖 43所示， 主要是由兩個(gè)電阻和兩個(gè)不同色 的發(fā)光二極管組成。最小系統(tǒng)包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路組成。 電源電路如圖 45所示 圖 45 電源電路 晶振電路也稱時(shí)鐘電路，它是 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，決定 著單片機(jī) 工作速度 的快慢 。在 XTAL1 和 XTAL2 兩端 口連接 晶體震蕩器 形成反饋電路， 晶體振蕩 器就可以 工作 。 晶振電路由電容和晶振構(gòu)成 ， 在電路的設(shè)延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 計(jì)過(guò)程中，對(duì) C1 和 C2 的大小沒(méi)有嚴(yán)格的要求 ， 但是它們的大小會(huì)影響 振蕩器震蕩的穩(wěn)定性和起振的快速性 ，大多數(shù)電路 選擇 的 范圍 在 1030pF 之間。 晶振電路如圖 46所示 圖 46 晶振電路 復(fù)位方式分為上電自動(dòng)復(fù)位，按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式 [7].本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位， 按鍵電平 復(fù)位電路如圖 47 所示 ， 手動(dòng)按鍵產(chǎn)生 一個(gè) 復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī) 從新啟動(dòng) ， 使 單片機(jī) 回到 初始狀態(tài)。 匯編語(yǔ)言 程序執(zhí)行效率比較高，主要因?yàn)樗旧?是一種低級(jí)語(yǔ)言 ， 是面向面向機(jī)器的程序語(yǔ)言。 但是其代碼繁多，語(yǔ)言格式比較死板 ， 可讀性差，不易于編寫(xiě)，也不便于移植 [6]。 具有易于編寫(xiě) 、開(kāi)發(fā)效率高、 結(jié)構(gòu) 化強(qiáng)、可移植性好、程序可讀性 高 且 C程序 有利于實(shí)現(xiàn)較 為復(fù)雜的算法 。 并用 Keil軟件進(jìn)行調(diào)試和編輯 ， Keil有 豐富的庫(kù)函數(shù) 。 因此，利用 單片機(jī) C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng) 的開(kāi)發(fā)，能 縮短開(kāi)發(fā)周期，降低 了 開(kāi)發(fā) 的 成本。 在發(fā)射后 才可以去檢測(cè)反射回來(lái)的超聲波信號(hào)， 這樣就可以抑制輸出 所產(chǎn)生 干擾。再將 T0 中的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算就可以粗略的計(jì)算出 超聲波傳感 器與障礙物之間的距離 。 主程序框圖如圖 51 所示 延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 圖 51 主程序框圖 計(jì)算距離并顯示 開(kāi)始 初始化 發(fā)射， T0 開(kāi)始計(jì)時(shí)，延時(shí) 1ms，停止發(fā)射 顯示，等待反射回的波 是否有回波 ? 進(jìn)入中斷程序，關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 T0 溢出中斷，外中斷INT0 關(guān)閉 讀取往返時(shí)間 是否安全 ? 聲光報(bào)警 返回 Y N Y N 延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 通過(guò) 端口發(fā)送 出 頻率 為 40KHz 的方波的超聲波信號(hào) ，其 脈沖寬度為 12us 左右 ， 同時(shí) 將 計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi) 計(jì)時(shí)。若計(jì)時(shí)器都溢出了還沒(méi)檢測(cè)到反射回 來(lái)的信號(hào)，也就是說(shuō) INT0 引腳沒(méi)出現(xiàn)低電平，那么 定時(shí)器 T0 溢出中斷 將 外部中斷 INT0 關(guān)閉 。下圖 53 是 超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖 。只要準(zhǔn)確的測(cè)得 度 從超聲波傳感器發(fā)出超聲波到遇到障礙物反射回收受端的時(shí)間，就可由公式S=v 測(cè)距流程圖如圖 53 所示 圖 53 測(cè)距流程圖 報(bào)警 流程圖 顯示模塊 是利用定時(shí)器 將測(cè)試得到的最短距離 的 數(shù)值通過(guò)串行口傳送到顯示模塊進(jìn)行顯示 。若計(jì)算出來(lái)的距離大于 0cm小于 30cm時(shí)，蜂鳴器工作同時(shí)黃燈亮。 距離顯示，判斷以及報(bào)警流程圖 如圖 54所示 開(kāi)始 調(diào)用距離計(jì)算子程序 計(jì)算出距離 返回 延安大 學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 圖 54 距離顯示，判斷以及報(bào)警流程圖 開(kāi)始 將距離值通過(guò) I/O 口送