超聲波測(cè)距系統(tǒng)

1、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 基于倒車?yán)走_(dá)的超聲波測(cè)距姓 名： 鄒遠(yuǎn)淳 學(xué) 號(hào)： P101813415 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 2010級(jí)自動(dòng)化2班 指導(dǎo)老師： 王濤 2014 年 5 月 26 日 摘 要 超聲波具有聚束、定向、反射、透射等特性，近年來(lái)超聲檢測(cè)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)用的單片機(jī)是STC89C52，對(duì)距離進(jìn)行探測(cè)用的傳感器是HC-SR04超聲波傳感器。系統(tǒng)的整體硬件包括STC89C52單片機(jī)與HC-SR04超聲波傳感器以及1602LCD顯示屏和蜂鳴器。在介紹了單片機(jī)性能和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了超聲波測(cè)距的基本原理并介紹了傳感器的原理及特性。由此提出了

2、系統(tǒng)的總體構(gòu)成：超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波，之后超聲波被發(fā)射出去，遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，計(jì)算此超聲波從發(fā)射出到接受的時(shí)間差從而得出被測(cè)物體到測(cè)距儀的距離。整體上構(gòu)成一個(gè)對(duì)障礙物的距離檢測(cè)以及報(bào)警功能的系統(tǒng)。這個(gè)設(shè)計(jì)針對(duì)的功能和對(duì)象主要是汽車倒車?yán)走_(dá)，能夠連續(xù)不斷地對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)，并且把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送往單片機(jī)進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，用1602LCD進(jìn)行顯示，并且當(dāng)測(cè)得距離小于3m時(shí)，紅色指示燈發(fā)出光亮，一旦檢測(cè)到的值比1m要小，此時(shí)單片機(jī)就會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警。本次超聲波測(cè)距系統(tǒng)中傳感器的檢測(cè)按工作的不同可分為兩個(gè)小部分，一部分專門用于發(fā)射超聲波，剩下的那部分專門用于收取返回來(lái)的超聲波，所以需要用

3、到兩個(gè)不同的超聲波探頭以此來(lái)對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量?？梢詼y(cè)量障礙物或反方向的車之間的距離, 然后把兩者的距離用LCD1602顯示模塊進(jìn)行顯示,之后通過(guò)判斷來(lái)確定指示燈是否發(fā)出紅光提醒，以及蜂鳴器是否開始工作。關(guān)鍵詞 超聲波傳感器；STC89C52；超聲波測(cè)距 ABSTRACT Supersonic wave has many specialities,such as transmission and reflex,it is wide used in many trades recently.A singlechip and a sensor are used in this design ,the

4、types of them are STC89C52 and HC-SR04,and they are the core of this design,the others are LCD1602 and buzzer.I analysed the theory of distance measure and introduced supersonic wave on the basises of singlechips functions,thus I proposed this designs form : sensor sends supersonic wave,the wave wil

5、l be reverberated when it meets the barriers,sensor calculates the time between sending and reflex,and the calculates the distance,composing a system about distance calculating and cautioning .Main object in this design is radar about cars back off.If the distance lesses than 1m ,then buzzer works ,

6、if the distance lesses than 3m but larges than 1m,then red lamp works. Sensor can be divided into two parts on the different of its working characters.One part is used to send wave ,and the other is used to receive wave.It can measure the destance between sensor and barrier,and shows the number by L

7、CD1602,then decides whether the buzzer or red lamp works. Key Words: HC-SR04 transducer STC89C52 Supersonic wave目錄1.緒論21.1項(xiàng)目研究背景及意義21.2 超聲波簡(jiǎn)介31.3超聲波檢測(cè)簡(jiǎn)介31.4設(shè)計(jì)的內(nèi)容41.5論文結(jié)構(gòu)42.總體設(shè)計(jì)方案52.1總體方案52.2超聲波測(cè)距技術(shù)62.2.1超聲波的特性62.2.2關(guān)于聲波的衰減72.2.3超聲波測(cè)距分析92.3測(cè)距傳感器的種類113.硬件電路設(shè)計(jì)143.1電源設(shè)計(jì)143.2 STC89C52單片機(jī)143.3 1602LCD顯示屏1

8、63.4 超聲波測(cè)試模塊183.5主控制模塊193.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)203.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)223.8 蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)233.9 顯示模塊243.10 系統(tǒng)總電路圖254.軟件設(shè)計(jì)274.1系統(tǒng)主流程圖274.2 距離測(cè)算部分284.3 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)294.4 計(jì)算及顯示模塊設(shè)計(jì)305硬件性能測(cè)試325.1硬件整體外觀圖325.2性能測(cè)試部分336.設(shè)計(jì)的總結(jié)以及展望38答 謝39參考文獻(xiàn)40附 錄411.緒論1.1項(xiàng)目研究背景及意義 如今社會(huì)里，科學(xué)技術(shù)不停地朝著更加先進(jìn)的方向發(fā)展著，而科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新也為電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新元素，車載電子安全也進(jìn)入了一個(gè)新的平臺(tái)。如今各種類型的車輛

9、設(shè)計(jì)中幾乎都不可否認(rèn)地會(huì)用到倒車?yán)走_(dá)，以至于倒車?yán)走_(dá)在汽車安全中所占的地位越來(lái)越高。目前用在汽車的倒車?yán)走_(dá)里面，大部分顯示器件都是采用數(shù)碼管或者液晶顯示器，而報(bào)警部分往往都是用的蜂鳴器，控制核心幾乎都是用單片機(jī)，本系統(tǒng)中選用的顯示器件為L(zhǎng)CD1602顯示器。超聲波測(cè)距扮演著越來(lái)越重要的角色，不論是液位高度探測(cè)還是水平距離探測(cè)都離不開它。在測(cè)距中往往要考慮到對(duì)象顏色和光線的影響，而超聲波測(cè)距則不用考慮這些因素，因?yàn)樗臋z測(cè)方式為非接觸式。并且同時(shí)還具有高可靠、不污染、少維護(hù)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以相比其他的測(cè)距形式，超聲波測(cè)距在高溫、煙塵、氣體腐蝕、濕潤(rùn)等低劣條件下更能優(yōu)秀地完成工作。所以，在很多特

10、殊環(huán)境的測(cè)距中，超聲波受到了大多數(shù)人的青睞。同時(shí)，由于超聲測(cè)試是一種相對(duì)快速、簡(jiǎn)單、計(jì)算量小的檢測(cè)方法，而且易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制試驗(yàn)物質(zhì)，其測(cè)量精度可達(dá)到工業(yè)指標(biāo)的實(shí)際要求。正是如此，汽車倒車?yán)走_(dá)的制造過(guò)程中大多數(shù)都用的超聲波測(cè)距。1.2 超聲波簡(jiǎn)介 人類所能接受的聲波的變動(dòng)范圍是20HZ20KHZ，并且把這個(gè)頻率段內(nèi)的聲波稱為可聽聲波。對(duì)于這個(gè)頻率范圍內(nèi)的聲波，比這更低的稱為低頻聲波，在這頻段以上的聲波，我們稱其為超聲波。超聲波有一個(gè)特別之處，那就是沿著直線傳播。它的繞射能力與頻率呈現(xiàn)反比關(guān)系，其反射能力與頻率呈現(xiàn)出來(lái)的又是一種正比關(guān)系。 它的特性有幾個(gè)，分別可表述為：透射、聚束、反射及定向。將

11、超聲波與不同物質(zhì)相互作用的各種效應(yīng)以及超聲波的傳播特性加以利用過(guò)后，超聲波傳感器就被制作出來(lái)了。其以檢測(cè)迅速、計(jì)算簡(jiǎn)單、使用方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。1.3超聲波檢測(cè)簡(jiǎn)介 通過(guò)簡(jiǎn)單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機(jī)通過(guò)采樣獲取到超聲波的傳播的時(shí)間，用軟件程序部分來(lái)計(jì)算出距離。它的測(cè)量電路簡(jiǎn)單、精度高、反映速度快、可靠性好。超聲波指向性好、能量損耗低、傳播距離較遠(yuǎn)、不易受外界環(huán)境影響和對(duì)被測(cè)目標(biāo)無(wú)損害等特點(diǎn)，利用超聲波測(cè)量距離就可以解決傳統(tǒng)測(cè)量方法中遇到的問(wèn)題。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。1.4設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)是一

12、個(gè)以STC89C52單片機(jī)為控制核心、以HC-SR04超聲波測(cè)距模塊為檢測(cè)元件的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。要求設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)在2cm到4m內(nèi)對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)與顯示，并且如果檢測(cè)到的距離值小于設(shè)定的值，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。1.5論文結(jié)構(gòu) 論文的各個(gè)不同內(nèi)容安排如下： 第1章：緒論。對(duì)超聲波發(fā)展的背景及意義、超聲波和超聲波檢測(cè)進(jìn)行了闡述，最后是本設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及論文的結(jié)構(gòu)。 第2章：總體設(shè)計(jì)方案。提出了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，對(duì)超聲波測(cè)距技術(shù)和測(cè)距傳感器的種類分別進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)超聲波測(cè)距進(jìn)行了分析。第3章：硬件電路設(shè)計(jì)。在這部分里，對(duì)單片機(jī)和顯示屏進(jìn)行了分別的介紹，對(duì)硬件的各個(gè)組成部分進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，并且給

13、出了各部分對(duì)應(yīng)的電路圖，最后是本系統(tǒng)總的硬件電路圖。第4章：軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)部分一開始給出了本系統(tǒng)總的流程圖，其后是各個(gè)部分設(shè)計(jì)方案與流程圖，對(duì)每個(gè)部分分別進(jìn)行了歸納與介紹，闡述了各子部分的運(yùn)行方式。第5章：硬件性能測(cè)試。在這部分內(nèi)容中，對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)物進(jìn)行了驗(yàn)證，給出了實(shí)物圖以及不同距離下的測(cè)試情況，分析了本系統(tǒng)的一些不足之處以及出現(xiàn)誤差的原因。第6章：設(shè)計(jì)的總結(jié)以及展望。這部分內(nèi)容中對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，并在本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)其發(fā)展做出了預(yù)想。2.總體設(shè)計(jì)方案2.1總體方案 本次設(shè)計(jì)總體上包括兩個(gè)設(shè)計(jì)部分，分別為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。模塊可從細(xì)劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)判斷、LCD顯示、報(bào)警等不同

14、子模塊。通路構(gòu)造可劃分成：主控電路，傳感器和蜂鳴器的搭建的電路。單片機(jī)在本次設(shè)計(jì)中作為中心單元，此系統(tǒng)是單片機(jī)的應(yīng)用。以單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)中，構(gòu)成部分共有兩塊，其為硬件和軟件。硬件中包括有單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備（I/O）以及外圍應(yīng)用電路等。軟件是各種工作程序的總稱。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程中，有幾個(gè)不同的階段，分別為總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用不同的子程序來(lái)對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)、計(jì)算分析、顯示或者報(bào)警。系統(tǒng)的控制核心部分采用的是STC89C52單片機(jī),檢測(cè)部分采用的是HC-SR04超聲波傳感器，顯示部分則是用了LCD1602液晶顯示屏，聲光報(bào)警采用的是蜂鳴器和紅色指示燈。一次距

15、離檢測(cè)完畢過(guò)后，中斷停止工作，單片機(jī)對(duì)檢測(cè)得到的距離值進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)中央處理器將傳感器檢測(cè)得到的距離大小與事先設(shè)定好的值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比過(guò)后如果處理器判斷出距離大小值如果大于1m而小于3m，此時(shí)紅色指示燈就會(huì)開始工作，發(fā)出紅色燈光報(bào)警信號(hào)。如果檢測(cè)得到的距離小于1m，則控制蜂鳴器報(bào)警，并且LCD1602都會(huì)實(shí)時(shí)顯示距離值。 圖2.1為本次系統(tǒng)方框圖。圖2.1系統(tǒng)方框圖2.2超聲波測(cè)距技術(shù)2.2.1超聲波的特性 （1）吸收特性超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，它的強(qiáng)度會(huì)慢慢地不斷降低。究其原因是因?yàn)檫@些介質(zhì)要收取掉超聲波的部分能量。聲波在同樣的傳播介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)的能量吸收能力大小與聲波的頻率反應(yīng)的是一

16、種正比例關(guān)系。一定頻率的聲波在傳播過(guò)程中，不同類型與性質(zhì)的介質(zhì)對(duì)聲波能量的吸收程度大小也不盡相同，甚至可以說(shuō)是完全不一樣。從大的方面來(lái)講，氣體介質(zhì)吸收能力最大，液體介質(zhì)吸收能力次之，固體介質(zhì)的吸收能力最低。同種類別的介質(zhì)，如果構(gòu)成的成分不一樣，吸收能力也會(huì)隨之不一樣。 （2）束射特性超聲波的波長(zhǎng)比較短，和光線一樣具備反射、折射和聚焦的能力，并且適用于所有幾何光學(xué)定理。意思就是說(shuō)，當(dāng)超聲波在傳播過(guò)程中，與物質(zhì)的接觸面接觸過(guò)后，就會(huì)產(chǎn)生“反射”的情況，角度大小滿足入射角等于反射角這一特點(diǎn)。當(dāng)光線進(jìn)入不同密度物質(zhì)而發(fā)生折射時(shí)，超聲波傳播方向?qū)l(fā)生變化，折射率會(huì)隨著兩種介質(zhì)的密度差的增大而增大。 （3

17、）能量傳遞特性當(dāng)超聲波進(jìn)入到某一種類別的介質(zhì)中時(shí)，組成這種介質(zhì)的物質(zhì)中所含的分子會(huì)隨著聲波的傳播而出現(xiàn)抖動(dòng)的情況，這些分子抖動(dòng)的頻率和聲波的振蕩頻率大小相等。這是出于聲波的作用而引起的。物質(zhì)分子因?yàn)槎秳?dòng)而獲得的能量不僅同分子的振動(dòng)速度的平方有關(guān)，同時(shí)也與分子本身質(zhì)量的大小有關(guān)。雖然如此，前者卻是占了主要部分。所以如果某一種聲波的頻率越高，那么它進(jìn)入的物質(zhì)的分子就能得到更大的能量。超聲波可以使分子有更大的能量，這是因?yàn)樗念l率比其他聲波都要高。 （4）超聲波的聲壓特性當(dāng)聲波進(jìn)入一種物質(zhì)時(shí)，由于振動(dòng)的關(guān)系，因此，分子將在彼此之間出現(xiàn)拉伸和壓縮的情況，較聲波進(jìn)入之前，物體就會(huì)出現(xiàn)壓力差。我們將這種由

18、聲波振動(dòng)而引發(fā)額外壓力的現(xiàn)象稱為聲壓效應(yīng)。2.2.2關(guān)于聲波的衰減 因?yàn)槌暡ㄊ且灾本€傳播的方式在材料中傳播，也就是說(shuō)，如果材料的內(nèi)部構(gòu)造緊湊、那么超聲波在這種材料中的傳播方式永遠(yuǎn)都不會(huì)出離直線傳播的形式。反之，超聲波傳播時(shí)就會(huì)出現(xiàn)3種不同的情況。第一種：一部分波會(huì)直到把能量全部用完之前，都以直線的方式傳播。這些能量被消耗殆盡，究其原因是因?yàn)椴ㄅc構(gòu)成材料的物質(zhì)發(fā)生摩擦生成了熱量，在術(shù)語(yǔ)上把這種情況稱呼為吸收。第二種：另外一部分波與構(gòu)成材料的物質(zhì)粗顆粒碰撞之后出現(xiàn)了散射。這種情況下大部分都是直接在材料內(nèi)部就把能量用完了。由于超聲波散射的一些基本規(guī)律不能確定，所以無(wú)法用通過(guò)計(jì)算的方法來(lái)計(jì)算出超聲波

19、散射的相關(guān)參數(shù)。 第三種：最后還剩下的聲波出現(xiàn)擴(kuò)散的情況。擴(kuò)散是波在傳播中的一種正常的能量衰減存在方式。波基本上一直都在進(jìn)行著擴(kuò)散，這種說(shuō)法從理論上來(lái)講完全成立，即便就是介質(zhì)均勻也依然如此。從這種層面上來(lái)講，波在擴(kuò)散的過(guò)程中，其分布在單位面積上的聲能會(huì)隨著傳播距離的增加而逐漸減弱。超聲波傳播的過(guò)程中，它的能量會(huì)跟著傳播距離的不斷增加而慢慢降低。擴(kuò)散、散射和吸收這三個(gè)負(fù)面影響在很大規(guī)模上直接影響著聲波的能量衰減的大小度。聲波在最優(yōu)的介質(zhì)中傳播時(shí)，其能量的衰減大部分都來(lái)自于擴(kuò)散的原因。意思就是說(shuō)，聲波在傳播過(guò)程中，它的距離會(huì)不停地增加，正是這個(gè)原因，所以在單位面積上聲能會(huì)慢慢減弱。檢測(cè)分辨力和測(cè)量

20、精度二者與頻率的高低呈正比關(guān)系，頻率越高，檢測(cè)分辨力就越高，測(cè)量精度也就越高。由此，往往都只有超聲波被用在實(shí)踐之中，而其他類型的聲波則沒(méi)有被采用。在使用上可將聲波技術(shù)分為兩個(gè)類型：一是超聲加工與處理技術(shù)，即功率超聲使用。二是超聲檢測(cè)技術(shù)，即超聲檢測(cè)。就僅僅以超聲波而言，它并不起什么作用，超聲應(yīng)用必須借助于超聲探頭來(lái)產(chǎn)生和接收超聲波，并運(yùn)用超聲波的傳播特性以及超聲波和介質(zhì)之間彼此影響的各種效應(yīng)，才能夠達(dá)到應(yīng)用的目的。 直到現(xiàn)在，超聲波技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用在不同的行業(yè)，其中包括有：鋼鐵冶煉、船舶制造、機(jī)械加工、醫(yī)療器材等。使用的類型也多種多樣，比如超聲探傷，超聲清洗，超聲焊接等。并且超聲波的各種測(cè)量

21、和醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益等方面有了較大的斬獲。2.2.3超聲波測(cè)距分析 在所有超聲波測(cè)距的探測(cè)方法中，回聲探測(cè)法是用得最多的一種方法。超聲波發(fā)射器朝著某一方位將超聲波發(fā)送出去，在發(fā)送的那一刻計(jì)時(shí)器開始工作。超聲波在傳播途中會(huì)遇到障礙物，在與障礙物出現(xiàn)接觸的那一刻，超聲波會(huì)出現(xiàn)反射的情況，而超聲波接收器隨時(shí)都在對(duì)回波進(jìn)行探測(cè)，一旦收到回波時(shí)計(jì)時(shí)停止。已知超聲波在大氣中的傳播速度為340m/s，然后根據(jù)計(jì)時(shí)器記下來(lái)的時(shí)間t，發(fā)射點(diǎn)和障礙物之間的距離S也就可以計(jì)算出來(lái)了，計(jì)算公式為：S=340t/2。 超聲波的傳播速度v與溫度息息相關(guān)。有一種情況下可以近似認(rèn)為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度基

22、本保持恒定，那就是傳播介質(zhì)的溫度波動(dòng)范圍很小的時(shí)候。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則一般要對(duì)測(cè)量的結(jié)果采取數(shù)值校正，所用方法多為溫度補(bǔ)償法。當(dāng)傳播速度確定后,只要把超聲波往返一次的時(shí)間計(jì)算出來(lái)，就可以求得距離。測(cè)距的原理如圖2.2所示：圖2.2 超聲波的測(cè)距原理令L代表兩探頭之間中心距離的一半值，有公式（2-1）和(2-2)： （2-1） （2-2）又已了解到超聲波傳播的距離計(jì)算公式: （2-3)其中:v 為超聲波的傳播速度； t 為超聲波往返一次所需要的時(shí)間。將（22）、（23）代入（2-1）中得到計(jì)算公式如(2-4)： ( 2-4) 其中,超聲波的傳播速度v基本上保持為某一個(gè)常數(shù)不變，當(dāng)然，這是

23、建立在溫度也不變得基礎(chǔ)上。假設(shè)需要測(cè)量的距離H相對(duì)于L要大出許多時(shí),則公式(24)要更改為: (2-5) 也就是說(shuō),如果測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以測(cè)量出與障礙物之間的距離H。2.3測(cè)距傳感器的種類 （1）微波傳感器。微波傳感器是一種新的非接觸式傳感器。微波也從屬于電磁輻射的范疇，它具備了電磁波的一切特性，介于紅外線與無(wú)線電波之間。微波傳感器不僅僅在軍事科技方面有著普遍的應(yīng)用，同時(shí)在通訊方面也有一些應(yīng)用； （2）激光測(cè)距傳感器。利用激光強(qiáng)方向性和良好傳光性的特點(diǎn)制作而成的傳感器。其優(yōu)點(diǎn)在于它的測(cè)量精度大、測(cè)量范圍廣、并且還可以快速地對(duì)很遠(yuǎn)的距離進(jìn)行探測(cè)。缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)人體造成危害，而且研制難度

24、大； （3）紅外線測(cè)距傳感器。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格不算高，工藝不復(fù)雜，用起來(lái)也很安全和方便，然而測(cè)量距離近，精度低是它的主要缺點(diǎn)； （4）超聲波傳感器。根據(jù)工作原理的不同可將超聲波傳感器分為幾大類別，分別是壓電、電磁、磁致伸縮等。其中壓電超聲換能器是最常見(jiàn)的，所使用的探針是一種壓電陶瓷材料。它是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理工作的。逆壓電效應(yīng)時(shí)將電振動(dòng)轉(zhuǎn)換為與之頻率相等的高頻機(jī)械振動(dòng)，于是超聲波出現(xiàn)了。當(dāng)正壓電效應(yīng)時(shí)，超聲波振動(dòng)又被轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)，這個(gè)時(shí)候作為一個(gè)接收探頭。壓電式超聲波傳感器制造部件有壓電晶片，保護(hù)膜，接收塊以及引線和其他各種部件。為了擁有導(dǎo)電極板，于是在壓電晶片的兩邊各鍍有銀層。減少機(jī)械品質(zhì)并且吸

25、收聲波能量就是阻尼塊的主要職能。當(dāng)在傳感器兩極處加上一個(gè)與壓電晶片的固有振蕩頻率相等頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，壓電鏡片將會(huì)發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。相反地，如果沒(méi)有外電壓施加在兩個(gè)電極之間，一旦收取了超聲波，壓電晶片就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)動(dòng)作，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，此時(shí)作為接收器使用。圖2.3 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)我們習(xí)慣上把完成超聲波的產(chǎn)生和接收功能的裝置稱為超聲波換能器，當(dāng)然，在有些時(shí)候也習(xí)慣性地稱作超聲波探頭，其實(shí)就是超聲波傳感器。它的兩個(gè)探頭的主要構(gòu)成部件是一種壓電晶片，超聲波可以被發(fā)射和接收。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可以分為表面波探頭（表面波檢測(cè)）、蘭姆波探頭（蘭姆波檢測(cè)）、線性探頭（縱波檢測(cè)），斜探頭

26、（橫波檢測(cè)）、雙探頭（一個(gè)發(fā)射、一個(gè)接收）等。 不同類型的材料可以生產(chǎn)出不同性質(zhì)的晶片，方式多種多樣。由于不同晶片的參數(shù)不一樣，因此每個(gè)探頭的性能都大相徑庭。2.3.1超聲波傳感器的主要性能指標(biāo) （1）工作頻率。壓電晶片的共振頻率。如果產(chǎn)生的能量以及它的靈敏度都達(dá)到了最大的話，就證明此時(shí)加至晶片兩端的電壓頻率跟晶片本身的共振頻率大小值一樣； （2）工作溫度。相對(duì)較低，因而可以工作很長(zhǎng)的時(shí)間而不會(huì)降低性能甚至出現(xiàn)損壞； （3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。如果機(jī)電耦合系數(shù)較低，那么也只能擁有較低的靈敏度。3.硬件電路設(shè)計(jì)3.1電源設(shè)計(jì) 電源采用USB數(shù)據(jù)線插入U(xiǎn)SB插孔供電。3.2 STC89

27、C52單片機(jī) STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種CMOS8位微控制器，這種控制器的性能很高，并且同時(shí)還具有很低的功耗，不僅如此，該控制器還擁有著存儲(chǔ)空間為8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52在使用MCS-51的內(nèi)核的基礎(chǔ)上，有一些改進(jìn)，添加了其他控制器不具備的性能。 該單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 32 位I/O 口線，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 4個(gè)外部中斷，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，看門狗定時(shí)器，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 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?？?/p>

28、閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、中斷、串口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器繼續(xù)工作。掉電保護(hù)情況下，將會(huì)保存RAM的內(nèi)容，也會(huì)凍結(jié)振蕩器，同時(shí)單片機(jī)也會(huì)停止工作，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位后再繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率35MHZ，6T/12T可選。圖3.1為STC89C52的外觀圖，圖3.2為STC89C52的引腳圖。圖3.1 STC89C52外觀圖圖3.2 STC89C52引腳圖 1-8腳：I/O口，P1口（P1.0 - P1.7）； 9腳：復(fù)位腳（RST）； 10-17腳：I/O口，P3口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=，P3.3=，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=，P3.7=）

29、； 18-19腳：晶振（18=XTAL2，19=XTAL1）； 20腳：地（GND）； 21-28腳：I/O口，P2口（P2.0 - P2.7)； 29腳：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出引腳； 30腳：地址鎖存使能信號(hào)輸出引腳編程脈沖輸入引腳； 31腳：內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/片內(nèi)EPROM編程電壓輸入引腳； 32-39腳：I/O口，P0口（P0.7 - P0.0）； 40腳：+5V電源。 其中I/O口總數(shù)為32，當(dāng)復(fù)位時(shí)，P0是開漏輸出，如果作為一個(gè)總線擴(kuò)展，沒(méi)有上拉電阻。但是如果是當(dāng)作 I/O 口來(lái)用，就需要上拉電阻，在本設(shè)計(jì)中用到的上拉電阻的阻值是10。3.3 1602LCD顯示屏1602液晶

30、顯示屏也稱作是1602字符型液晶顯示屏，它被專門用于顯示符號(hào)、數(shù)字和字母等，從屬于點(diǎn)陣型液晶模塊。點(diǎn)陣字符型液晶顯示器可以根據(jù)顯示容量的大小分為1X16字、2X16字以及2X20字等形式。LCD1602模塊為2X16字，由幾個(gè)5X7或5X11等點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，每行之間有間距，位與位彼此之間也有間距間隔，每一位可以顯示一個(gè)字符點(diǎn)陣字符，可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。圖3.3為L(zhǎng)CD1602的外觀圖，圖3.4為L(zhǎng)CD1602引腳圖。圖3.3 LCD1602外觀圖圖3.4 1602LCD顯示屏引腳圖 1腳：地（GND）； 2腳：+5V電源； 3腳：對(duì)比度調(diào)整端。接電阻或者或者接地，基本上選擇接地，此

31、時(shí)對(duì)比度最高； 4腳：寄存器選擇端。高電位為數(shù)據(jù)寄存器，低電位則是命令寄存器；5腳：讀寫選擇端。高電位時(shí)狀態(tài)為讀，低電位時(shí)狀態(tài)為寫；6腳：使能端。高電位時(shí)讀取信息，由高電位負(fù)跳變至低電位時(shí)執(zhí)行指令； 7-14腳：8位雙向數(shù)據(jù)端； 15-16腳：背燈電源。LCD1602構(gòu)成硬件有幾種，分別是驅(qū)動(dòng)器HD44100、控制器HD44780和液晶板。HD44780是一種特別典型的液晶顯示控制器，它集合了控制功能與驅(qū)動(dòng)功能與一身，可驅(qū)動(dòng)單行16字符或2行8字符。但是面于2行16字符的顯示時(shí)就顯得有點(diǎn)蒼白無(wú)力，所以這種情況下就要增加HD44100驅(qū)動(dòng)器。HD44780由自定義字符發(fā)生器CGRAM、字符發(fā)生器

32、CGROM和顯示緩沖區(qū)DDRAM組成。 其組成圖如圖3.5所示。圖 3.5 LCD1602模塊的組成CGROM中存儲(chǔ)了各種各樣各種不同類型的點(diǎn)陣字符圖形，其數(shù)目總和有160個(gè)之多。這些字符中包括有數(shù)字字符、英文字母的大小寫字符、常用的符號(hào)和日文字符等，每一個(gè)字符都配有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的固定的代碼。3.4 超聲波測(cè)試模塊設(shè)計(jì)中的超聲波模塊為，這種模塊具有非接觸式距離感測(cè)功能，可檢測(cè)的距離范圍是 2cm-4m ，而且測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。模塊含三個(gè)部分，分別是超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用 I/O 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，最少給 10 的高電平；(2)模塊自動(dòng)

33、發(fā)送 8 個(gè) 40KHZ 的方波，并且自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)如果檢測(cè)到有信號(hào)返回，則通過(guò) I/O 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，而高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。超聲波模塊實(shí)物如圖3.6。圖3.6 超聲波模塊實(shí)物圖 其電氣參數(shù)如下： （1）工作電壓：DC 5V； （2）工作電流：15mA； （3）工作頻率：40KHZ； （4）最遠(yuǎn)探測(cè)距離：4m； （5）最近探測(cè)距離：2cm； （6）探測(cè)角度：15°； （7）輸入觸發(fā)信號(hào)：10TTL脈沖； （8）輸出回響信號(hào)：輸出TTL電平； （9）規(guī)格尺寸：45*20*15mm。3.5主控制模塊圖3.7為單片機(jī)主控電路圖。 圖

34、3.7 單片機(jī)主控電路單片機(jī)是STC89C52，采用按鍵復(fù)位，接到單片機(jī)的第九引腳，即RST復(fù)位端。晶振電路接到單片機(jī)的XTAL2和XTAL1兩個(gè)引腳上。當(dāng)復(fù)位的時(shí)候，P0是開漏輸出，如果作為一個(gè)總線擴(kuò)展，沒(méi)有上拉電阻。但是如果是當(dāng)作 I/O 口來(lái)用，就需要上拉電阻。而上拉電阻一般都是一端接電源，一端接芯片的管腳。主要目的就是在電路驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉的時(shí)候給線路一個(gè)固定的電平，同時(shí)起到一個(gè)限流的作用。在本次設(shè)計(jì)中，P0口用于接1602LCD顯示屏，所以這個(gè)時(shí)候P0是I/O口，需要加一個(gè)上拉電阻，在本設(shè)計(jì)中用到的上拉電阻的阻值是10。3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘信號(hào)通常由兩種方式產(chǎn)生，一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，

35、二是外部時(shí)鐘方式。若是采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，只要在單片機(jī)的XTAL1與XTAL2引腳外接晶振即可。而外部時(shí)鐘方式則是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，這種方式多用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，并要求各單片機(jī)同步運(yùn)行的場(chǎng)合。XTAL1與XTAL2分別是反向放大器的輸入以及輸出。可以通過(guò)采用陶瓷振蕩或者石英晶體振蕩的方式來(lái)把反相放大器配置為片內(nèi)振蕩器。如果采用外部時(shí)鐘源來(lái)驅(qū)動(dòng)器件，那么就不接X(jué)TAL2引腳。實(shí)際應(yīng)用中通常采用外接晶振的內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振頻率高一些可以提高指令的執(zhí)行速度，但相應(yīng)的功耗和噪聲也會(huì)增加，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，應(yīng)選擇低一些的晶振頻率。本系統(tǒng)選擇產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的方式為外接晶振的內(nèi)部時(shí)鐘

36、方式。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，假如外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為，那么一個(gè)機(jī)器周期就為1。如圖3.8所示為時(shí)鐘電路。電容器和的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530之間，晶振Y1的振蕩頻率要小于或者等于12MHZ，本設(shè)計(jì)中選用的電容的值為20，晶振頻率為12MHZ。圖3.8 時(shí)鐘電路圖3.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)，單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的。當(dāng)單片機(jī)的RST引腳加高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。當(dāng)加的是低電平時(shí)，單片機(jī)開始執(zhí)行程序。復(fù)位方

37、法一般有兩種，一種是上電式復(fù)位，一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。對(duì)于上電式復(fù)位，要求是接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在上電的瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間，單片機(jī)芯片就會(huì)循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位。按鍵與上電均有效的復(fù)位原理和上電式一樣，另外在單片機(jī)運(yùn)行期間，還可以利用按鍵完成復(fù)位操作。復(fù)位后的P0口到P3口均置于高電平，這時(shí)程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位方式是按鍵和上電均有效的復(fù)位，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中晶振頻率12MHZ，所以取電容的值為10，而的值為10。 如圖3.9所示為復(fù)位電路圖。圖3.9 復(fù)位電

38、路圖3.8 蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器、晶體管和一個(gè)電阻連接到P13引腳上，從而構(gòu)成一個(gè)蜂鳴器報(bào)警電路。之所以選用了晶體三極管，是因?yàn)閺膯纹瑱C(jī)送過(guò)來(lái)的電壓很低，通過(guò)電路的電流也很低。要想驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，單靠這種極低的電流是無(wú)法做到的，所以需要對(duì)電流進(jìn)行放大。而晶體管是放大電路的核心元件，它能夠控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化都不失真地放大輸出。當(dāng)電流被放大后，輸出電路中的電壓也被放大，這樣就能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警了。使晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射極正偏且集電極反偏。本設(shè)計(jì)中晶體管的基極連到單片機(jī)的第13號(hào)管腳。單片機(jī)從13號(hào)管腳往三極管發(fā)送一個(gè)低電壓，經(jīng)過(guò)晶體三極管的放大過(guò)后做到蜂鳴器響

39、聲報(bào)警。設(shè)計(jì)中電阻大小選擇2，這樣一來(lái)，就能保證三極管基極的電壓足夠小而使得三極管能夠?qū)ú⑶伊罘澍Q器開始工作。如圖3.10所示為蜂鳴器報(bào)警電路。圖3.10 蜂鳴報(bào)警電路圖3.9 顯示模塊 顯示模塊采用LCD1602。關(guān)于液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方式一般有兩種，是靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分割驅(qū)動(dòng)。由于直流電壓驅(qū)動(dòng)LCD會(huì)使得液晶體產(chǎn)生電解和電極老化，從而大大降低LCD的使用壽命，所以現(xiàn)在用的驅(qū)動(dòng)方式多屬于交流電壓驅(qū)動(dòng)。液晶顯示器除了段型液晶顯示器外，還有點(diǎn)陣型液晶顯示器，本設(shè)計(jì)中的用到的LCD1602就是點(diǎn)陣型液晶顯示器，可以顯示漢字、圖形、曲線等。 在本設(shè)計(jì)中，P0口是作為連接外部電路的I/O口，所以LCD16

40、02從第7管腳到第14管腳依次接到單片機(jī)的P0口的P0.0到P0.7口。第4、5、6號(hào)管腳是顯示屏的控制端，應(yīng)該分別接到單片機(jī)的第15、16、17口，作為顯示器的控制引腳，對(duì)顯示屏進(jìn)行控制。其中，第3號(hào)管腳為對(duì)比度調(diào)整端，應(yīng)該要接一個(gè)滑動(dòng)變阻器，目的是可以調(diào)節(jié)阻值的量，以方便對(duì)顯示器的對(duì)比度進(jìn)行調(diào)節(jié)?；蛘哌x擇接地，接地時(shí)的對(duì)比度最大，但是在本設(shè)計(jì)中直接選用了一個(gè)大小為2的電阻，以讓顯示器的對(duì)比度固定，在檢測(cè)的過(guò)程中就不用再對(duì)對(duì)比度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3.11為L(zhǎng)CD1602顯示電路圖。圖3.11 LCD1602顯示電路圖 3.10 系統(tǒng)總電路圖 電路總設(shè)計(jì)如圖3.10。根據(jù)分析知要用到器件有： 蜂鳴器

41、、紅色指示燈、STC89C52單片機(jī)和HC-SR04超聲波傳感器以及1602LCD液晶顯示器。1602LCD中的DB0口到DB7口依次接到單片機(jī)的P0口，顯示屏的第4、5、6號(hào)管腳依次接到單片機(jī)的第15、16、17號(hào)管腳作為顯示屏的控制引腳，顯示屏的第3號(hào)管腳接一個(gè)滑動(dòng)變阻器以通過(guò)改變變阻器的阻值來(lái)調(diào)節(jié)顯示屏的對(duì)比度。超聲波傳感器的2、3號(hào)引腳接到單片機(jī)的第12、13管腳以對(duì)超聲波進(jìn)行發(fā)射和接收。采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振電路接到XTAL2和XTAL1兩個(gè)引腳。復(fù)位電路接到單片機(jī)的RST引腳，蜂鳴器電路和紅色指示燈電路分別接到單片機(jī)的第4引腳和第1引腳。所有子模塊的電源端都接到外接電源電路上，并且

42、由開關(guān)控制。外接電源電路開關(guān)閉合后，電路上的指示燈發(fā)光，表明整個(gè)電路處于通電模式。圖3.12為硬件電路總設(shè)計(jì)圖。 圖3.12 硬件電路總設(shè)計(jì)圖4.軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主流程圖 YLCD顯示“-.-”d>4m?YN3m<d<4m?Y1m<d<3m?NN蜂鳴器響紅色指示燈亮LCD顯示距離值N顯示完畢？YY再次檢測(cè)？開始N檢測(cè)距離LCD初始化結(jié)束 圖4.1系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)到的距離值大于4m，則LCD1602液晶顯示屏顯示字符 -。-，證明障礙物的距離超出了測(cè)量的范圍；如果測(cè)量的值大于3m而小于4m，則顯示屏顯示測(cè)量的數(shù)值；如果測(cè)量的值大于1m而小于

43、3m，則顯示屏顯示測(cè)量的距離值，同時(shí)系統(tǒng)令紅色指示燈發(fā)出紅色燈光報(bào)警；如果測(cè)量的距離值小于1m，則在顯示距離值的同時(shí)，系統(tǒng)的蜂鳴器和紅色指示燈同時(shí)工作，進(jìn)入聲光報(bào)警。系統(tǒng)循環(huán)不斷地對(duì)距離進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警。4.2 距離測(cè)算部分 在倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計(jì)中都是編輯程序，其中有一塊子程序?qū)ｉT用來(lái)計(jì)算車尾與障礙物之間的間隔大小，而這一塊子程序就是口的中斷子程序。一旦有了回波信號(hào)，超聲波集成模塊就會(huì)對(duì)這信號(hào)進(jìn)行接收。接受完畢過(guò)后電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，隨之將產(chǎn)生的低電平送到單片機(jī)，之后系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)入中斷子程序?qū)邮盏幕夭ㄐ盘?hào)進(jìn)行處理。而當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器和外部中斷將立即停止工作，在此同時(shí)還會(huì)讀取出時(shí)間值，

44、然后把回波接收標(biāo)志位清零。即成功接收到回波信號(hào)。開始關(guān)閉中斷將檢測(cè)到的值送到處理單元處理單元調(diào)用程序進(jìn)行判斷判斷的值送到顯示器顯示等待下一次中斷返回開始圖4.2 測(cè)距流程圖4.3 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)主程序會(huì)檢測(cè)并計(jì)算出與障礙物之間的距離，計(jì)算之后對(duì)距離進(jìn)行判斷。判斷檢測(cè)到的值是不是小于設(shè)定的值，如果小于設(shè)定的值，系統(tǒng)就進(jìn)入到報(bào)警狀態(tài)開始報(bào)警，報(bào)警完了過(guò)后對(duì)距離再一次進(jìn)行檢測(cè)。相反的，如果判斷出來(lái)檢測(cè)到的值大于設(shè)定的值，此時(shí)系統(tǒng)就認(rèn)為這個(gè)距離沒(méi)有危險(xiǎn)，進(jìn)入下一次的距離檢測(cè)，之后再進(jìn)行判斷，如此循環(huán)不斷執(zhí)行。開始系統(tǒng)初始化檢測(cè)到的值是否小于設(shè)定的值？NY開始報(bào)警返回圖4.3 報(bào)警流程圖4.4 計(jì)算及顯示

45、模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，采用了LCD1602來(lái)顯示與障礙物之間的距離，其顯示的過(guò)程是在外部中斷0發(fā)生后才進(jìn)行的。 一旦主程序給超聲波發(fā)生器發(fā)送信號(hào)過(guò)后，中斷和定時(shí)器0就會(huì)處于工作狀態(tài)，并開始計(jì)時(shí)。一旦有了回波信號(hào)，超聲波集成模塊就會(huì)對(duì)這信號(hào)進(jìn)行接收。接受完畢過(guò)后電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，隨之將產(chǎn)生的低電平送到單片機(jī)。在單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)過(guò)后，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)工作，定時(shí)器計(jì)數(shù)的次數(shù)同時(shí)也會(huì)被提取出來(lái)。通過(guò)計(jì)算就可以得到與障礙物之間的距離值了，該值的單位是cm形式。開始初始化選通LCD顯示器讀出要顯示的值把值送到顯示器本次顯示是否完畢？NY返回圖4.4 顯示流程圖5硬件性能測(cè)試5.1硬件整體外觀圖 圖5.1中

46、的A、B、C三圖是本設(shè)計(jì)的元件焊接完畢后的實(shí)物圖。硬件中最重要的幾個(gè)模塊分別是：1602LCD顯示屏（如A），HC-SR04超聲波測(cè)距模塊（如B），STC89C52單片機(jī)（如C）。在實(shí)物中，最靠近顯示屏的紅色燈是電源信號(hào)燈，如果實(shí)物通上了電，這個(gè)燈就會(huì)亮。這個(gè)燈右下角是電源接線的USB接口，左下角的綠色按鍵是電源開關(guān)按鍵，左邊的黑色按鍵是復(fù)位鍵。電路板左下角的紅色燈是報(bào)警用的燈。ABC圖5.1 實(shí)物整體外觀圖5.2性能測(cè)試部分 本次系統(tǒng)實(shí)物的性能測(cè)試地點(diǎn)選擇的是實(shí)驗(yàn)室，這次測(cè)試的是實(shí)物是否能夠滿足本次設(shè)計(jì)的所有要求。5.2.1開機(jī)界面 當(dāng)接通電源后，要求屏幕上要會(huì)出現(xiàn)在程序中編輯好的字符CeJ

47、u-System和一個(gè)笑臉 _ ，滿足要求，如圖5.2。圖5.2 開機(jī)界面圖5.2.2大于4m時(shí) 系統(tǒng)要求大于4m時(shí)，屏幕上會(huì)顯示出符號(hào) -。- ，驗(yàn)證成功，系統(tǒng)滿足要求。如圖5.3所示。圖5.3大于4m5.2.3 在3m到4m之間時(shí)，紅色指示燈不工作 當(dāng)距離大于3m而小于4m時(shí)，顯示屏?xí)@示檢測(cè)得到的距離值，但是此時(shí)紅色指示燈不會(huì)發(fā)出光亮報(bào)警。驗(yàn)證成功，系統(tǒng)滿足要求。圖5.4 在3m到4m之間5.2.4 大于1m而小于3m時(shí)，紅色指示燈亮，蜂鳴器不工作 系統(tǒng)要求實(shí)物滿足：當(dāng)檢測(cè)的距離大于1m而小于3m的時(shí)候，一方面要通過(guò)顯示屏將檢測(cè)得到的距離顯示出來(lái)，另一方面還要求紅色指示燈發(fā)出燈光報(bào)警，但

48、是蜂鳴器此時(shí)不動(dòng)作。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，系統(tǒng)滿足這一要求。如圖5.5所示。圖5.5在1m到3m之間5.2.5 小于1m時(shí)，蜂鳴器和指示燈同時(shí)工作 系統(tǒng)要求檢測(cè)得到的距離的值一旦小于1m，此時(shí)實(shí)物就要有三個(gè)方面的動(dòng)作。一是顯示屏顯示測(cè)得的距離值，二是紅色指示燈發(fā)出燈光報(bào)警，三是蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警，整體上做到對(duì)距離的顯示以及聲光報(bào)警。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)滿足這一要求，如圖5.6所示。圖5.6小于1m 在本次硬件設(shè)計(jì)的驗(yàn)證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)還是有點(diǎn)缺陷，比如會(huì)有誤差之類的，檢測(cè)到的值跟實(shí)際的值有點(diǎn)出入。在量好了1m的距離上，用實(shí)物檢測(cè)距離的時(shí)候居然小于1m，系統(tǒng)發(fā)出了報(bào)警，再一次檢測(cè)的時(shí)候居然又大于了1m。出現(xiàn)這種

49、誤差的原因可能是本身當(dāng)時(shí)事先量好的1m的值不對(duì)，或者是兩次測(cè)量時(shí)所站的位置出現(xiàn)了變動(dòng)，還有可能是傳感器本身精度就不高或者周圍環(huán)境溫度等導(dǎo)致。但是在整體上系統(tǒng)還是滿足本次設(shè)計(jì)的所有要求。6.設(shè)計(jì)的總結(jié)以及展望本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是一個(gè)超聲波測(cè)距儀，設(shè)計(jì)中還包括有硬件和軟件這兩大部分。這個(gè)是滿足精度可以達(dá)到0.3厘米級(jí)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，盲點(diǎn)也是只有2厘米級(jí)范圍，能夠遠(yuǎn)程測(cè)量和方便的控制，利用超聲波集成調(diào)試模塊也是很方便地進(jìn)行調(diào)試，2cm4m是系統(tǒng)能夠進(jìn)行檢測(cè)的范圍，經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)硬件的相關(guān)測(cè)試后，確定可以滿足種種要求。本設(shè)計(jì)做的雖然是超聲波測(cè)距，但是針對(duì)的對(duì)象主要還是汽車的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，但其精度水準(zhǔn)還有待提高。而且

50、，有一些對(duì)測(cè)距會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響的因素還沒(méi)有考慮進(jìn)去，比如溫度。如果將溫度補(bǔ)償模塊加入到設(shè)計(jì)中，再加入語(yǔ)音的報(bào)距和報(bào)警的話，系統(tǒng)的完善度會(huì)較之前有大大提升。另外就是如果是移動(dòng)中進(jìn)行測(cè)距的話，穩(wěn)定性就不高，并且如果移動(dòng)的速度太快也會(huì)導(dǎo)致誤差增大。即便如此，系統(tǒng)的發(fā)展空間還是很大。本次系統(tǒng)用到的傳感器只有一個(gè)，所以相對(duì)簡(jiǎn)單。又因?yàn)槭腔诘管囅到y(tǒng)而設(shè)計(jì)的。所以考慮到更高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的話，可以再增加傳感器的數(shù)量，然后把程序部分更改過(guò)后，可以做到多個(gè)方位的距離探測(cè)與不同距離的不同顯示。比如后方、左后方和右后方等人眼不方便觀測(cè)的方位。在顯示數(shù)值的基礎(chǔ)上可以對(duì)各個(gè)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，判斷出是哪個(gè)方位上的距離更小，

51、然后結(jié)合語(yǔ)音報(bào)警功能以對(duì)方位和距離進(jìn)行報(bào)警，這樣可以大大提高汽車行駛的安全性。答 謝能夠如此順利的完成這個(gè)設(shè)計(jì)，首先要感謝王濤老師的耐心指導(dǎo)與嚴(yán)格要求。感謝王濤老師在繁忙的工作中仍然抽出時(shí)間來(lái)給我提出了很多解決方法，更對(duì)論文中一些不足進(jìn)行斧正。還要感謝我所有的授課老師，他們不辭辛勞給我們學(xué)生授課，不計(jì)得失地為我們傳授知識(shí)，我才有完成這次設(shè)計(jì)的知識(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，也要感謝我的所有在這次設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的各位同學(xué)，他們不厭其煩地幫助我攻克設(shè)計(jì)中遇到的難關(guān)。再次感謝！參考文獻(xiàn) 1 宋文緒. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)M. 高等教育出版社.2 余錫存. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 西安電子科技大學(xué)出版社.3 李全利.

52、單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 高等教育出版社.4 薛均義，張彥斌. MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M. 西安交通大學(xué)出版社.5 徐愛(ài)鈞, 彭秀華. 單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. 北京航空航天大學(xué)出版社.6 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 高等教育出版社.7 賈石峰. 傳感器原理與傳感器技術(shù)M. 機(jī)械工業(yè)出版社.附 錄附錄A：程序：#include <reg52.h>/器件配置文件#include <intrins.h>#include <stdio.h>sbit RX = P32;sbit TX = P33;sbit RS=P35;sbi

53、t RW=P36;sbit EN=P37;sbit beep = P13;sbit RedLed = P10;#define LCM_RW RW /定義LCD引腳#define LCM_RS RS#define LCM_E EN#define LCM_Data P0#define Busy 0x80 /用于檢測(cè)LCM狀態(tài)字中的Busy標(biāo)識(shí)void LCMInit(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void);void Decode(unsigned char ScanCode);void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM);void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC);unsigned char ReadDataLCM(void);unsigned char ReadStatusLCM(void);un