課程設(shè)計(jì)(基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)).doc

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名XXX班級(jí)機(jī)制1001班學(xué)號(hào)201021xxxx16日期2013.07.012013.07.12摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，隨著汽車的增多和停車位日趨緊張，泊車成為很多車主頭痛的問(wèn)題，這時(shí)倒車?yán)走_(dá)就成了汽車的好助手。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車安全輔助裝置，能以比較直觀的顯示告知駕駛員后方障礙物的情況，解除了駕駛員泊車時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了倒車的安全性。超聲波測(cè)距法是常見(jiàn)的一種距離測(cè)距方法，本文介紹的就是利用超聲波測(cè)距法設(shè)計(jì)的一種倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。設(shè)計(jì)通過(guò)多種發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)方案比較，得出了最佳設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)各個(gè)單元的原理進(jìn)行了介紹，對(duì)組成系統(tǒng)電路的芯片進(jìn)行了介紹，并闡述了它們的工作原理，對(duì)超聲波傳感器的選用經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的思考，并詳細(xì)的說(shuō)明其功能和作用原理。文章介紹了系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；超聲波；測(cè)距；傳感器目錄1 引言.21.1 背景.21.2 設(shè)計(jì)的要求和難點(diǎn).22 總體方案設(shè)計(jì).3 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖.3 2.2 工作原理.33 硬件設(shè)計(jì).5 3.1 超聲波發(fā)射與接收電路.5 3.1.1 發(fā)射電路.5 3.1.2 接收電路.7 3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)與接線圖.9 3.3 傳感器型號(hào)及說(shuō)明.124 軟件設(shè)計(jì).13 4.1 系統(tǒng)流程圖.13 4.2 編程程序.155 設(shè)計(jì)小結(jié).17 參考文獻(xiàn).181 引言1.1 設(shè)計(jì)的背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，而隨著汽車的增多和停車位日趨緊張，泊車成為很多車主頭痛的問(wèn)題。在泊車的過(guò)程中，由于駕駛員視覺(jué)的模糊以及盲區(qū)的影響，使得在倒車過(guò)程中稍不注意就會(huì)造成車子的損傷。我們的超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)正是為解決此問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)能夠在倒車的過(guò)程中掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高倒車的安全性。1.2設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1.2.1 設(shè)計(jì)的要求本任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距儀，可以應(yīng)用于汽車倒車監(jiān)控。要求測(cè)量范圍在0.103.00m，測(cè)量精度10cm，能夠明顯的達(dá)到報(bào)警效果。1.2.2設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收設(shè)計(jì)、報(bào)警顯示燈電路的設(shè)計(jì)、流程圖及程序的設(shè)計(jì)2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖汽車倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)系統(tǒng)單片機(jī)為核心外圍電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊等部分組成。其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)構(gòu)成圖2.2 工作原理本系統(tǒng)安裝在汽車背后，一般是四個(gè)并排，當(dāng)汽車倒車且接近危險(xiǎn)距離（設(shè)定值）時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)提示駕駛員，防止碰撞事件發(fā)生。主要是以AT89S51為核心，來(lái)設(shè)計(jì)一種低成本、高精度、微型化超聲波測(cè)距儀。本測(cè)距儀實(shí)質(zhì)上就是感應(yīng)出超聲波的發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間間隔t，利用S=C*t/2可以算出距離，由于系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)設(shè)了一個(gè)安全距離，當(dāng)S低于此安全距離時(shí)，可以看到LED顯示器的紅色燈閃爍，綠色燈熄滅；當(dāng)S高于此安全距離時(shí)，LED顯示器的綠色燈亮，紅色燈熄滅。根據(jù)要求，由于程序較為簡(jiǎn)單，不需要空間很大的芯片來(lái)完成，于是選用AT89S51單片機(jī)作為主控制器，而超聲波傳感器精度要求也不高（0.1m），于是選用比較經(jīng)濟(jì)的HC-SR04超聲波傳感器，運(yùn)算放大電路用來(lái)將超聲波信號(hào)放大并傳給A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊也從測(cè)量精度出發(fā)選用八位256步的A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)為了方便接線與模擬仿真，選用的是ADC0832，顯示模塊用的是LED顯示燈，已足夠滿足設(shè)計(jì)要求。 3 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)2-1 系統(tǒng)構(gòu)成圖，我們?cè)O(shè)計(jì)了總接線圖，詳見(jiàn)附錄1，下面對(duì)各部分電路進(jìn)行說(shuō)明。其中，我們是從A/D轉(zhuǎn)換模塊與AT89C51開始接線，逐步擴(kuò)展到輸出模塊。A/D轉(zhuǎn)換模塊主要是參考了網(wǎng)上ADC0832的知識(shí)2。輸出模塊的LED顯示模塊及時(shí)鐘信號(hào)主要是參考了文獻(xiàn)3。3.1 超聲波發(fā)射與接收電路3.1.1 發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路如圖所示，主要由脈沖調(diào)制，信號(hào)產(chǎn)生電路，隔離電路以及驅(qū)動(dòng)電路組成，用來(lái)為超聲波傳感器提供發(fā)送信號(hào)，使其發(fā)出超聲波信號(hào)1。圖3-1超聲波傳感器的發(fā)射電路3.1.2 接收電路接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號(hào)變換電路組成。信號(hào)變換電路如圖3-2所示，放大電路和帶通濾波電路如圖3-3所示。由于超聲波信號(hào)在空氣中傳播時(shí)受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號(hào)非常的微弱，不能直接送到后級(jí)電路進(jìn)行處理，必須將信號(hào)放大到足夠的幅度，才能使后級(jí)電路對(duì)它進(jìn)行正確的處理1。圖3-2信號(hào)變換電路圖3-3接收與放大電路與帶通濾波電路3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)與接線圖、其主要特點(diǎn)如下：1、8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；2、5V單電源供電；3、輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05V；4、輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；5、在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；6、具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；7、功耗低，15mW。、各引腳說(shuō)明如下：1、CS片選端，低電平有效。2、CH0，CH1兩路模擬信號(hào)輸入端。3、DI兩路模擬輸入選擇輸入端。 圖3-5 ADC0832引腳圖4、DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。5、CLK串行時(shí)鐘輸入端。5、Vcc/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。6、GND電源地。、單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表。輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+3-6圖ADC0832配置位如表所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，隨后每一個(gè)脈沖DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。3.3 傳感器型號(hào)及說(shuō)明HC-SR04 1、使用電壓：DC5V 2、靜態(tài)電流：小于2mA3、電平輸出：高5V 4、電平輸出：低0V5、感應(yīng)角度：不大于15度 6、探測(cè)距離：2cm-450cm 7、高精度：可達(dá)3mm接線方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND地線 本產(chǎn)品使用方法：一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間,方可算出距離.如此不斷的周期測(cè),就可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的值了1.4 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖 我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖4-1，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采取模塊化設(shè)計(jì)，單片器編程，這樣便于閱讀與功能擴(kuò)展。程序主要由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、延時(shí)子程序、液晶顯示子程序等幾個(gè)部分構(gòu)成。雷達(dá)測(cè)距開始由汽車倒車控制，一旦倒車開始，即啟動(dòng)AT89C51片內(nèi)的T1連續(xù)發(fā)射40 kHz的PWM，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。考慮到實(shí)際倒車環(huán)境有遠(yuǎn)有近，為防止其他干擾可能引起的誤測(cè)，以最長(zhǎng)距離3m計(jì)算，超聲波發(fā)送到返回的時(shí)間t至少為3/34015 ms。這樣持續(xù)發(fā)送PWM直至接收到超聲波時(shí)停止發(fā)送，這個(gè)過(guò)程大約需要15 ms以上，所以不管所測(cè)距離遠(yuǎn)近，一律每25 ms發(fā)送一次超聲波。圖4-1系統(tǒng)流程圖4.2 編程程序我們通過(guò)keil軟件運(yùn)用單片機(jī)語(yǔ)言編程，選用AT89S51的芯片編譯過(guò)后，生成.hex文件后的程序。仿真時(shí)，在proteus軟件中找到AT89S51芯片，雙擊添加所生成的.hex文件，進(jìn)行仿真，以下是仿真結(jié)果，編程程序見(jiàn)附錄2.仿真結(jié)果：當(dāng)電平小于設(shè)定值（2.5v）時(shí)紅燈閃爍，綠燈熄滅當(dāng)電平大于設(shè)定值（2.5v）時(shí)，綠燈亮，紅燈熄滅5 設(shè)計(jì)小結(jié)6月28日，我們的課程設(shè)計(jì)任務(wù)下來(lái)了，前面剛剛搞完兩周的機(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)習(xí)，雖然還在那高強(qiáng)度、高難度的實(shí)習(xí)中沒(méi)有解脫出來(lái)，但一想到這是本學(xué)期最后的一個(gè)任務(wù)，也是我們離開云塘前的最后一個(gè)任務(wù)，我們也就釋然了，準(zhǔn)備認(rèn)真完成，算是給自己的大三生活一個(gè)最后的交代。我們的課題是“基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，為了更好地完成這個(gè)任務(wù)，首先，我們組在網(wǎng)上查閱了大量的相關(guān)方面的資料，下載了一些對(duì)我們有用的文件，然后在圖書館借閱了許多關(guān)于單片機(jī)、傳感器的書籍，為我們的課程設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。由于我們單片機(jī)的基礎(chǔ)打得不是很好，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多的難題，比如編程，比如數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇、接線.但是我們沒(méi)有被這些難題所阻住，而是仔細(xì)分析了這些難題，然后查找相關(guān)資料，最后一一解決。在這個(gè)過(guò)程中，勾起了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的回憶并使之得到強(qiáng)化，同時(shí)，對(duì)于我們機(jī)械專業(yè)的同學(xué)，強(qiáng)化對(duì)電方面的知識(shí)在當(dāng)今社會(huì)也顯得尤為重要。同時(shí)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我們對(duì)自己有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，看到了自己在一些方面還存在許多缺陷，同時(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)中，李亞非老師給了我們?cè)S多指點(diǎn)，讓我們獲益匪淺。參考文獻(xiàn)1、陳書旺，張秀清，董健彬.傳感器應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20082、紀(jì)宗南.集成A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)用線路M.北京：中國(guó)電力出版社，20093、賴麒文.8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用M.北京：科學(xué)出版社，20024、胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，20045、Myke Predko.精通8051程序設(shè)計(jì)M.北京：人民郵電出版社，20066、/view/dcfd127e5acfa1c7aa00ccb0.html （百度文庫(kù)）7、/view/545294c758f5f61fb73666bd.html （ADC0832）附錄1 總接線圖附錄2A_0832_CS EQU P3.5 ; CS A/D模塊總開關(guān)A_0832_CLK EQU P3.4 ; CLK 時(shí)鐘信號(hào)A_0832_DI EQU P3.3 ; DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制A_0832_D EQU P3.3 ; DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出A_0832_T EQU 40H ; 讀取時(shí)的脈沖計(jì)數(shù)A_0832_DA EQU 41H ; 數(shù)據(jù)所存位置ORG 0LJMP ADORG 30HAJMP MAINORG 60HMAIN:MOV B,80HDJNZ A_0832_DA,MAIN2AJMP REDRED:SETB P1.1LJMP DELAYCPL P1.1AJMP REDMAIN2:DJNZ B,MAINSETB P1.0AD: LCALL ADC_RDMOV A,A_0832_DAAJMP $ADC_RD:MOV A_0832_T,#8CLR A_0832_CLKCLR A_0832_CSSETB A_0832_DI ;STARTSETB A_0832_CLK ; 第一個(gè)上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLKNOPNOPSETB A_0832_DI ; 選擇CH1,通過(guò)組合選取通道(SGL/DIF)NOPSETB A_0832_CLK ; 第二個(gè)上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLKNOPNOPSETB A_0832_DI ; 選擇CH1,通過(guò)組合選取通道(ODD/SIGN)NOPSETB A_0832_CLK ; 第三個(gè)上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLK ; 首個(gè)下降沿NOPNOPNOPSETB A_0832_CLKNOPNOPA_0832_RD: ; 讀取前,8位CLR A_0832_CLKNOPNOPNOPSETB A_0832_CLKMOV