基于單片機超聲波測距倒車?yán)走_(dá)

1、#本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）基于單片機的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)Based on single chip ultrasonic reversing radar專 業(yè) 電氣工程及其自動化姓 名 張 棟 學(xué) 號 12039417 指 導(dǎo) 教 師 張商州 完 成 時 間 2016.05 獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得商洛學(xué)院或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者

2、簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解商洛學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。公開 保密（_年_月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議)簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期：基于單片機的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)摘 要：汽車工業(yè)的增長與繁榮帶來汽車保有量的大幅提高。然而，汽車保有量的增長也帶來道路擁堵和交通事故頻發(fā)等問題。通過統(tǒng)計分析可知:倒車過程很容易導(dǎo)致各種事故的發(fā)生，如何簡化倒車過程，并且提高倒車過程的安全性是至關(guān)重要的。在各種倒車輔助系統(tǒng)中，最常用的環(huán)境探測手段

3、是測距，而在幾種車載測距方式中，最成熟，也最實用于倒車輔助過程的是超聲波測距。超聲波具有一定的優(yōu)良物理學(xué)特性，使其廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。超聲波測距常用的方法有時間差法、脈沖法等。其中脈沖法實現(xiàn)起來簡單，成本低，可應(yīng)用的測距范圍較大，因此選用該方法。超聲波在空氣中傳播的速度主要與溫度有關(guān)，因此測距系統(tǒng)需要探知外界環(huán)境的溫度。超聲波在空氣中傳播時會有衰減，40kHz的超聲波最適于超聲波測距應(yīng)用。STC89C52是STC系列單片機里應(yīng)用比較廣泛的一款，在自動控制領(lǐng)域里享有很高的價值，以其易用性和多功能性受到了廣大電子設(shè)計愛好者的好評。 本次設(shè)計主要是利用STC89C52單片機、超聲波傳感器完成測距報警

4、系統(tǒng)的制作，以STC89C52為主控芯片，利用超聲波對距離的檢測，將前方物體的距離探測出來，然后單片機處理運算，與設(shè)定的報警距離值進行比較判斷，當(dāng)測得距離小于設(shè)定值時，STC89C52發(fā)出指令控制蜂鳴器報警。關(guān)鍵詞：超聲波；STC89C52；倒車?yán)走_(dá)；單片機Based on single chip ultrasonic reversing radar Abstract:Auto industry brought growth and prosperity of the large increase in car ownership. However, the growth rate of ca

5、r ownership also brings problems such as frequent road congestion and traffic accidents. Through statistical analysis: reverse process easily lead to accidents, and how to simplify the reverse process, and improve the safety of the reverse process is vital. Back in all sorts of auxiliary system, the

6、 distance is the most common methods for environmental detection, in the car distance ways, the most mature, also is the most practical support to reverse the process of ultrasonic ranging. Ultrasound has certain good physics characteristic, make it widely used in various fields. The in common use m

7、ethod of ultrasonic ranging has time difference method and pulse method, etc. The pulse method to implement simple, low cost, applicable range wide, so choose this method. The speed of ultrasonic wave in air is mainly related with the temperature, so the ranging system need to get to the temperature

8、 of the external environment. Ultrasonic wave in air attenuation, there are 40 KHZ ultrasound is the most suitable for ultrasonic ranging applications. STC89C52 is on STC series single-chip computer is widely used in one, Enjoy a very high value in the field of automatic control, With its ease of us

9、e and versatility has been well received by the majority of electronic design enthusiasts.This design mainly use STC89C52 single-chip microcomputer, the production of ultrasonic sensor complete range alarm system, STC89C52 as main control chip, using ultrasonic to detect distance, will be in front o

10、f the distance of the object detection, and single chip microcomputer processing operations, compared with set alarm distance value judgment, when measured distance is less than the set value, STC89C52 commands to control the buzzer alarm.Key words:Ultrasonic; STC89C52; Reversing radar; Single chip

11、microco目 錄1 緒論11.1 項目研究背景及意義11.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11.3 本文主要工作22 超聲波測距工作原理22.1 超聲波的特性22.2 超聲波換能器32.3 超聲波傳感器原理42.4 超聲波測距模塊HC-SR0472.5 測距分析93 硬件設(shè)計113.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖113.2 AT89C52單片機123.3 時鐘電路的設(shè)計153.4 復(fù)位電路的設(shè)計153.5 聲音報警電路的設(shè)計153.6 顯示模塊163.7 原件清單163.8 超聲波測試模塊174 軟件設(shè)計184.1 主程序工作流程圖185 系統(tǒng)測試205.1 實物圖205.2 測試數(shù)據(jù)216 總結(jié)展望22參考文獻23

12、致謝24附 錄25附件1：原理圖25附件2：程序26III基于單片機的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)1 緒論1.1 項目研究背景及意義由于超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中。可在不同環(huán)境中進行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，

13、超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的指標(biāo)要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。汽車倒車探測器一般被稱為“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，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，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死

14、角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀當(dāng)前國內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)的研究現(xiàn)狀：通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接收到的信號傳輸?shù)街鳈C，再通過顯示設(shè)備顯示出來。據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。粘帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險杠上鉆一個洞，然后把感應(yīng)器嵌進去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，倒車?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員

15、一目了然。經(jīng)過幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。1.3 本文主要工作本設(shè)計研究了一種基于單片機為核心控制芯片的超聲波智能測距報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以STC89C52單片機為工作處理器核心，超聲波傳感器，它是一種新穎的被動式超聲波探測器件，高性價比的倒車?yán)走_(dá)，能夠以非接觸測出前方物體距離，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出.該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更

16、廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。2 超聲波測距工作原理2.1 超聲波的特性聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為20000赫茲)時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。人的聽覺范圍如圖2.1所示。圖2.1 人的聽覺范圍 超聲波的特性有：（1）束射特性由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度

17、差別愈大，則折射率也愈大。（2）吸收特性聲波在各種介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其強度會逐漸減弱，這是因為介質(zhì)要吸收掉它的部分能量。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為歷害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。（3）超聲波的聲壓特性當(dāng)聲波進入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。2.2 超聲波換能器完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲波這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲波探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既

18、可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多用作探測方面。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。人類能聽到的聲音頻率范圍為：20Hz20kHz，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下頻率的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上頻率的聲音稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為340ms，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡便。我們選用壓電式超聲波傳感器。它的探頭常用

19、材料是壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來進行工作的。逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而利用正壓電效應(yīng)，將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多種超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 圖2.2 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是

20、利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。如圖2.2所示。2.3 超聲波傳感器原理市面上常見的超聲波傳感器多為開放型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.3.1所示，一個復(fù)合式振動器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動器是由諧振器以及一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產(chǎn)

21、生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機械變形。另一方面，當(dāng)振動壓電陶瓷時，則會產(chǎn)生一個電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構(gòu)成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號?；谝陨献饔?，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。圖2.3.1 超聲波內(nèi)部結(jié)構(gòu)超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，其頻率超過20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。它有折射和反射現(xiàn)象，且在

22、傳播過程中有衰減。超聲波的基本特性如下所述：1 波長波的傳播速度是用頻率乘以波長來表示。電磁波的傳播速度是3108m/s，而聲波在空氣中的傳播速度很慢，約為344m/s (20時)。在這種比較低的傳播速度下，波長很短，這就意味著可以獲得較高的距離和方向分辨率。正是由于這種較高的分辨率特性，才使我們有可能在進行測量時獲得很高的精確度。2 反射要探測某個物體是否存在，超聲波就能夠在該物體上得到反射。由于金屬、木材、混凝土、玻璃、橡膠和紙等可以反射近乎100的超聲波，因此我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些物體。由于布、棉花、絨毛等可以吸收超聲波，因此很難利用超聲波探測到它們。同時，由于不規(guī)則反射，通?？赡芎茈y

23、探測到凹凸表面以及斜坡表面的物體，這些因素決定了超聲波的理想測試環(huán)境是在空曠的場所，并且測試物體必須反射超聲波。3 溫度效應(yīng)聲波傳播的速度“c”可以用下列公式表示。c=331.5+0.607t (m/s)式中，t=溫度 ()也就是說，聲音傳播速度隨周圍溫度的變化而有所不同。因此，要精確的測量與某個物體之間的距離時，始終檢查周圍溫度是十分必要的，尤其冬季室內(nèi)外溫差較大，對超聲波測距的精度影響很大，此時可用18B20作溫度補償來減小溫度變化所帶來的測量誤差，考慮到本設(shè)計的測試環(huán)境是在室內(nèi)，而且超聲波主要是用于測距功能，對測量精度要求不高，所以關(guān)于溫度效應(yīng)對系統(tǒng)的影響問題在這里不做深入的探討。4.

24、衰減傳播到空氣中的超聲波強度隨距離的變化成比例地減弱，這是因為衍射現(xiàn)象所導(dǎo)致的在球形表面上的擴散損失，也是因為介質(zhì)吸收能量產(chǎn)生的吸收損失。如圖2.3.2所示，超聲波的頻率越高，衰減率就越高，超聲波的傳播距離也就越短，由此可見超聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器有效距離。圖2.3.2 聲壓在不同距離下的衰減特性5輻射特性把超聲波傳感器安裝在臺面上。然后，測量角度與聲壓 (靈敏度) 之間的關(guān)系。為了準(zhǔn)確地表達(dá)輻射，與前部相對比，聲壓 (靈敏度) 級衰減6dB的角度被稱為半衰減角度，用1/2表示。超聲波設(shè)備的外表面尺寸較小易于獲得精確的輻射角度。如圖2.3.3所示為幾種常見超聲波傳感器的輻射特性示

25、意圖。圖2.3.3 超聲波傳感器輻射特性示意圖分析以上研究結(jié)果不難看出超聲波傳感器工作在40KHz范圍內(nèi)具有最大的聲壓級和最高的靈敏度。2.4 超聲波測距模塊HC-SR04本系統(tǒng)超聲波測距模塊采用HC-SR04測距模塊。HC-SR04測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)到3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。基本工作原理：1） 采用IO口TRIG觸發(fā)測距，,加至少10us的高電平信號；2） 模塊自動發(fā)生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輸出一個高低平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離

26、=（高電平時間*聲速（340M/S）/2.HC-SR04的外型及引腳如圖2.4所示，HC-SR04的性能參數(shù)和引腳定義分別如表2.4.1和表2.4.2所示。圖2.4 HC-SR04超聲波測距模塊外形圖表2.4.1 HC-SR04性能參數(shù)工作頻率40MHz 工作電壓DC5V工作電流15mA最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10us的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm ( 寬*長*厚 )表2.4.2 HC-SR04引腳定義引腳功能VCC5V電源GND地線GNDTRIG觸發(fā)控制信號輸入ECHO回路信號輸出HC-SR04的超聲波時序圖如

27、圖2.4.3所示。圖2.4.3 HC-SR04超聲波時序圖以上時序圖表明只需要提供一個10us以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHZ周期電平檢測回波，一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號，回響信號的脈沖寬度與檢測的距離成正比，由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。2.5 測距分析超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。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)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測距的方

28、法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。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。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖2.

29、5所示： 超聲波發(fā)射 障礙物 S H 超聲波接收圖2.5 超聲波的測距原理 （3-1） （3-2）式中:L-兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度; t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間.將（32）、（33）代入（3-1）中得： ( 3-4)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);當(dāng)需要測量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時,則(34)變?yōu)? ( 3-5) 所以,只要需要測量出超聲波傳播的時間t,就可以得出測量的距離H.3 硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)

30、據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。系統(tǒng)采用STC89C52單片機作為核心控制單元,當(dāng)測得的距離小于設(shè)定距離時，主控芯片將測得的數(shù)值與設(shè)定值進行比較處理。然后控制蜂鳴器報警。系統(tǒng)總體的設(shè)計方框圖如圖3.1所示。電源STC89C52主控制器模塊按鍵控制

31、超聲波傳感器模塊4位數(shù)碼管顯示模塊蜂鳴器報警模塊圖3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.2 AT89C52單片機 AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C52是一種高效微控制器，AT89C52單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖3.2所示。圖3.2 AT89C52管腳圖1） 主要特性：與MCS-

32、51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2）管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

33、P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，

34、它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0

35、外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3） 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4） 芯片擦

36、除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3.3 時鐘電路的設(shè)計XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可

37、采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖3.3所示為時鐘電路。圖3.3 時鐘電路圖3.4 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計采用的是自動復(fù)位電路。如圖3.4示為復(fù)位電路。圖3.4 復(fù)位電路圖3.5

38、 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的P13引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖3.5示為聲音報警電路。圖3.5 聲音報警電路圖3.6 顯示模塊 顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路如圖3.6圖3.6 數(shù)碼管電路3.7 原件清單CommentDesignatorLibRefQuantity10K 電阻R14RES2110uF 電容C1Cap Pol1112M 晶振Y116M1D 指示燈D1D1DS04 數(shù)碼管DS1DS041Header 2 電源接口P2Header 21sw-灰色 電源開關(guān)SW1sw-灰色1U1 單片機U1U11蜂鳴器B1BELL18550 三極管

39、Q52N3906120 電容C2, C3CAP2Header 4 超聲波接口J1, P1Header 42SW-PB 獨立按鍵S1, S2, S3, S4SW-PB48550 三極管Q1, Q2, Q3, Q42N390642K 電阻R4, R5, R6, R7, R13, R15RES26200 電阻R1, R2, R3, R8, R9, R10, R11, R12RES283.8 超聲波測試模塊 超聲波模塊采用現(xiàn)成的超聲波模塊，該模塊可提供 2cm-500cm 的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎?IO 口 TRIG

40、觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號;模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；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。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2。實物如下圖3.8。其中VCC 供5V 電源，GND 為地線，TRIG 觸發(fā)控制信號輸入，ECHO 回響信號輸出等四支線。圖3.8 超聲波模塊實物圖超聲波探測模塊HC-SR04的使用方法如下：IO口觸發(fā)，給Trig口至少10us的高電平，啟動測量；模塊自動發(fā)送8個40Khz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口Echo輸出一個

41、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，測試距離=（高電平時間*340）/ 2，單位為m。程序中測試功能主要由兩個函數(shù)完成。 實現(xiàn)中采用定時器0進行定時測量，8分頻，TCNTT0預(yù)設(shè)值0XCE，當(dāng)timer0溢出中斷發(fā)生2500次時為125ms，計算公式為（單位：ms）：T = （定時器0溢出次數(shù) * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定時器0初值計算依據(jù)分頻不同而有差異。4 軟件設(shè)計4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖4.1所示；系統(tǒng)初始化報警結(jié)束測得距離與設(shè)定值比較，小于距離比較，報警是否持續(xù)開始啟動報警電路開始報警再次

42、檢測等待下次報警結(jié)束YNNYYN圖4.1 主程序工作流程圖超聲波探測程序流程圖4.2：圖4.2 超聲波探測程序流程圖5 系統(tǒng)測試5.1 實物圖 5.2 測試數(shù)據(jù)實際距離（單位m）測量距離（單位m）誤差率2.52.510.40%2.01.990.50%1.51.490.67%1.201.200.00%1.000.991.00%0.800.791.25%0.600.591.67%0.400.400.00%0.200.200.00%6 總結(jié)展望本設(shè)計研究了一種基于單片機技術(shù)的超聲波智能測距報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以STC89C52單片機為工作處理器核心，超聲波傳感器，它是一種新穎的被動式超聲波探測器件，

43、能夠以非接觸測出前方物體距離，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出.該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。通過這次論文設(shè)計使我了解到了單片機的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)，功能強大，使用方便，對我們的生活有很大的幫助。在論文設(shè)計過程中不僅鞏固了我的基礎(chǔ)理論知識， 而且使我各個方面的能力都有很大的提高。從一開始的無從下手，資料的整理，在到老師的幫助下，無疑是對我查閱資料的能力、設(shè)計報告的能力、電腦繪圖等能力的進一步提高。很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合，

44、開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力的進一步在課程設(shè)計中使我學(xué)會了很多，也對自己的能力有了進一步的提高，為以后的學(xué)習(xí)和工作加強。在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決，它更是自己綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)。 參考文獻1 吳政江. 單片機控制紅外線防盜報警器J. 錦州師范學(xué)院學(xué)報, 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機原理

45、及接口技術(shù)M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報警器 J. 電子設(shè)計應(yīng)用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利. 單片機原理及接口技術(shù)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2004.6 薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用M. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2005.7 徐愛鈞, 彭秀華. 單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.8 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.致謝我的畢設(shè)基于單片機的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)

46、到這里就快完成了，大學(xué)四年的校園生活也快結(jié)束了，這段時間復(fù)習(xí)相關(guān)知識，查閱有關(guān)資料，整理思路，看范文，與同學(xué)討論，向老師請教問題，日子過得非常充實。非常感謝我的指導(dǎo)老師一直以來對我的支持和指導(dǎo)，感謝老師的耐心和細(xì)心，有問必答，在我遇到問題時給我指出正確的解決思路。同時，也非常感謝這段時間以來，和我一起忙論文的同學(xué)們，雖然論文題目不同，但是總會在我遇到困難時給予我他們力所能及的幫助，非常感謝他們對我們的支持和鼓勵。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中我認(rèn)識到做任何事情都必須要有一個積極正確的心態(tài)，做事踏實仔細(xì)，過程中出現(xiàn)的任何問題都不能輕視，要自己想辦法解決，自己能力不足以解決時，要及時與同學(xué)討論或請教老師。在

47、實踐中與人合作，認(rèn)真聽取意見和建議，這樣做起事來就會事倍功半。最后，我要感謝評審本論文的老師們，感謝你們抽出寶貴的時間來閱讀我的畢業(yè)設(shè)計，并提出寶貴的意見。附 錄附件1：原理圖附件2：程序#include #include #include eepom52.h#define uchar unsigned char #define uint unsigned int/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 56 7 8 9uchar code smg_du=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0

48、x86,0x8e,0xff; /斷碼/數(shù)碼管位選定義uchar code smg_we=0xe0,0xd0,0xb0,0x70;uchar dis_smg8 =0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8;sbit smg_we1 = P34; /數(shù)碼管位選定義sbit smg_we2 = P35;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;sbit c_send = P32;/超聲波發(fā)射sbit c_recive = P33;/超聲波接收uchar flag_hc_value; /超聲波中間變量sbit beep = P23;

49、 /蜂鳴器IO口定義bit flag_key_b_en,flag_key_set_en; /按鍵蜂鳴器使能uchar smg_i = 3; /顯示數(shù)碼管的個位數(shù)bit flag_300ms ;bit key_500ms ;long distance; /距離uint set_d; /距離bit flag_csb_juli; /超聲波超出量程uint flag_time0; /用來保存定時器0的時候的/ 按鍵的IO變量的定義uchar key_can; /按鍵值的變量uchar zd_break_en,zd_break_value; /自動退出設(shè)置界面uchar menu_shudu = 10; /用來控制連加的速度bit flag_lj_en; /按鍵連加使能bit flag_lj_3_en; /按鍵連3次連加后使能 加的數(shù)就越大了 uchar key_time,flag_value; /用做連加的中間變量uchar menu_1; /菜單設(shè)計的變量uchar a_a;/*1ms延時函數(shù)*/void delay_1ms(u