汽車倒車防撞系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、審定成績：_ 現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目: 汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì) _單 位（系別）：_自動化系_ _學(xué) 生 姓 名：_ _王555_專 業(yè)：_自動化專業(yè)_ _班 級：_05125555_ _學(xué) 號：_2013255555_ _指 導(dǎo) 教 師：_張 55_填表時間： 2016 年 6 月摘 要汽車作為現(xiàn)代社會最主要的交通工具，數(shù)量越來越多，但是交通事故的發(fā)生頻率逐年增長，其中因倒車發(fā)生的事故占很大的比例。隨著科技的發(fā)展，這類的問題得到了解決，人類發(fā)明了智能交通系統(tǒng)，其中汽車智能倒車防撞技術(shù)關(guān)鍵在于智能實(shí)時的測出汽車與障礙物的距離。當(dāng)汽車與障礙物之間的距離小于設(shè)定的安全距離時，防撞系統(tǒng)就自動

2、報(bào)警并采取制動措施。為提高汽車運(yùn)行的安全性和降低碰撞發(fā)生的可能,本文講述一種主動型汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的倒車防撞系統(tǒng)增加汽車倒車時的安全性的倒車防撞系統(tǒng)，利用超聲波進(jìn)行無接觸的測距，系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)射模塊、信號接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示模塊以及聲光報(bào)警模塊等部分組成。汽車在行駛和倒車過程中自動檢測到障礙物，然后通過超聲波測距原理測量出汽車與障礙物之間的距離，并通過數(shù)碼顯示模塊將測得的距離顯示出來，當(dāng)汽車與障礙物之間的距離達(dá)到安全極限時，單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號，達(dá)到提醒司機(jī)防止撞車的目的。本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，其硬件電路簡

3、單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，具有一定的使用和參考價(jià)值。【關(guān)鍵詞】單片機(jī) AT89C51 超聲波 測距 汽車防撞預(yù)警目 錄前 言4第一章 汽車倒車防撞系統(tǒng)概述5第一節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)研究背景及意義5第二節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)簡介5第二章 倒車防撞系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)6第一節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理6第三章 倒車防撞系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9第一節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)使用元件9第二節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)13第三節(jié) 硬件電路總設(shè)計(jì)17第四節(jié) 系統(tǒng)使用元器件清單18第四章 倒車防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)19第一節(jié) 防撞系統(tǒng)工作過程19第二節(jié) 防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)20結(jié) 論25參考文獻(xiàn)26前 言隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在

4、大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，針對這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)勢在必行。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。近年來，隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波

5、距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。 超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)中?，F(xiàn)在生產(chǎn)的中高檔小轎車大多數(shù)都配置有倒車?yán)走_(dá)，而出于節(jié)省成本等方面的考慮，經(jīng)濟(jì)型小轎車、大客車等其他車輛都沒有配置倒車?yán)走_(dá)。有市場需求的產(chǎn)品，必然會帶動產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。倒車?yán)走_(dá)電路種類較多，本文介紹基于單片機(jī)控制的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用通用型單片機(jī)作為控制電路，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展。系統(tǒng)電路主要采用集成器件構(gòu)成，外圍元件少，電路簡潔、調(diào)試方便、成本低，利于商

6、品化生產(chǎn)。第一章 汽車倒車防撞系統(tǒng)概述第一節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)研究背景及意義隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和汽車價(jià)格的持續(xù)下降，越來越多的家庭擁有自己的汽車。在享受汽車給我們帶來的便利同時，由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。一方面汽車的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車場和車庫擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動的空間越來越少；。另一方面，新司機(jī)及非專職司機(jī)越來越多，因倒車引起的糾紛越來越多，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時間，則可分別減少追尾事故的30，路面相關(guān)事故的50，迎面撞車事故的60。改善倒車遇到的窘境被越來越多的人所關(guān)注，人們對汽車操縱的便捷性

7、提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車倒車給人們帶來的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車快速準(zhǔn)確地停放到指定的位置，因此發(fā)明了汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)。本課題相對而言研究的比較淺，就是利用超聲波聲波特性實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測量，進(jìn)行距離預(yù)警。超聲波在空氣中測距或在特殊環(huán)境下都有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此在汽車倒車防撞系統(tǒng)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。第二節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)簡介汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是指在汽車行駛過程中防止汽車發(fā)生碰撞障礙物的一種智能報(bào)警裝置。它能自動發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的障礙物體，并且同時

8、檢測汽車與障礙物之間的距離，到達(dá)極限距離時發(fā)出報(bào)警信號以避免碰撞的發(fā)生。根據(jù)題目要求，汽車防撞報(bào)警器的功能主要有兩個：判斷汽車與障礙物之間的距離和當(dāng)汽車與障礙物之間的距離到達(dá)臨界距離時發(fā)出報(bào)警信號。本課程設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的倒車防撞系統(tǒng)增加汽車倒車時的安全性的倒車防撞系統(tǒng)，利用超聲波進(jìn)行無接觸的測距，系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路，數(shù)碼顯示電路以及報(bào)警電路。以超聲波傳感器為重點(diǎn)進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，利用數(shù)字傳感器DS18B20進(jìn)行測量，提高了測量精度，通過計(jì)算得出距離并通過LED顯示，在超出一定距離時，電鈴報(bào)警，駕駛員做出判斷。第二章 倒車防撞系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一節(jié)

9、倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理一、 設(shè)計(jì)總體思路概況汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，用計(jì)時器計(jì)出超聲波從發(fā)射 到接收到遇到障礙物后反射聲波的時間通過公式計(jì)算出汽車與障礙物之間的距離。在實(shí)際生活中常用的測距方法主要有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端設(shè)置發(fā)射裝置，一端設(shè)置接收裝置，利用公式S = vt得出測量的距離。這種測量方式特別適用于測量身高；另一種是本次設(shè)計(jì)采用的方式，利用超聲波遇到障礙物后反射得出距離。 汽車防撞系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路及顯示電路三部分。單片機(jī)采用的是AT89C51系列。為了獲得較穩(wěn)定時鐘頻率而采用了高精度的晶振，這樣

10、極大的減小測量距離的誤差。用單片機(jī)P1.0端口輸出超 聲波發(fā)射器所需要的40kHz的方波信號，使用外中斷 0 口檢測接收超聲波的反射信號。顯示電路裝置用了結(jié)構(gòu)簡單價(jià)格便宜的4位 LED 數(shù)碼管來顯示距離。 超聲波的發(fā)射裝置主要是由反相器74LS04和發(fā)射傳感器構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0引腳輸出40k赫茲的間斷方波信號分成2路，一路信號經(jīng)過一個反向器后到達(dá)TCT40一個引腳，另一路通過兩個反向器后到TCT40的另一個引腳，用這種形式將 P1.0 發(fā)出的單片機(jī)P1.0端口發(fā)出的間斷方波信號加到TCT40的兩端上，用這種推換形式將間斷的方波信號連接到超聲波傳感器的兩個引腳上，這樣能夠增強(qiáng)超聲

11、波的發(fā)射強(qiáng)度。在加載反波信號時使用兩個74LS04并聯(lián)，是它的驅(qū)動能力得到了很大的提高。而電阻R8、R9增大超聲波傳感器的阻尼效果，縮短了震蕩時間，使超聲波傳感器輸出高電平的能力大大增加。超聲波接收采用CX20106A集成電路模塊，根據(jù)電路圖可以看出，集成芯片CX20106在接收裝置電路中的作用很大。CX20106是一款紅外線檢波接收的芯片，它常用于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線波的頻率為38 kHz，與測距使用的超聲波頻率接近。并且CX20106芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的f5角連接了一個外接電阻， 此電阻使他濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)R15的阻值越大濾波器的中心頻率就越低

12、，變化范圍在3060 kHz之間。此次設(shè)計(jì)證明用CX20106A接收超聲波信號具有優(yōu)秀的靈敏特性和較強(qiáng)的抗干擾能力。超聲波測距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。超聲波測距預(yù)計(jì)能夠系統(tǒng)主程序第一步是對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化定時器T0為16位定時計(jì)數(shù)器的工作模式。全局中斷打開并給顯示端口清0。在調(diào)用超聲波的發(fā)生子程序發(fā)出一個超聲波脈沖，在發(fā)射過程中延時約0.1 ms，避免聲波信號從發(fā)射器發(fā)出后直接傳送到接收器而引起直射波觸發(fā)，然后在使用外中斷接收遇 到物體后返回聲波信號。我采用了12 MHz 的晶振，計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)間隔是1s，當(dāng)主程序接收到成功的

13、信號后，將計(jì)數(shù)器 T0中的數(shù)計(jì)算，即得出與障礙物之間的距離，測出距離后將結(jié)果送往LED顯示，這就是超聲波測距的過程。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，由于設(shè)計(jì)的電路由很多集成電路構(gòu)成。外圍元件很少，所以調(diào)試不太難。只要焊接的電路沒有錯誤，簡單調(diào)試一下就能夠正常使用了。電路設(shè)計(jì)中除了集成電路，對其它電子元件也沒專業(yè)要求。可以根據(jù)測量距離的差異，調(diào)整與接收換能 器濾波電容就能得到適合靈敏度和超聲波抗干擾能力。二、 超聲波測距原理超聲波測距是通過檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來的回波，如圖2-1所示。從而測出超聲波發(fā)射和接收的時間差T，然后根據(jù)公式：S = CT / 2 即可算出汽車與被測物體的距離。S為汽車與

14、障礙物之間的距離，C為超聲波在空氣中的傳播速度。聲速c與溫度有關(guān)，如溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ１驹O(shè)計(jì)中設(shè)定溫度為常溫20。圖2-1 超聲波傳播圖利用超聲波的測距的原理圖如框圖 2-2 所示，單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)。數(shù)據(jù)顯示定時器單片機(jī)控制放大電路超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器圖2-2 超聲波測距原理圖三、 控制系統(tǒng)框圖超聲波防撞控制系統(tǒng)圖如框圖2-3

15、所示。該系統(tǒng)全部都由單片機(jī)進(jìn)行控制，單盤機(jī) 發(fā)出40Hz的方波脈沖，經(jīng)過超聲波發(fā)射電路發(fā)射出超聲波。超聲波在遇到障礙物之后反射射回來再由接收電路接收反射聲波信號送入單片機(jī)進(jìn)行分析，計(jì)算出汽車與障礙物之間的距離，將處理后的結(jié)果送入顯示電路經(jīng)過數(shù)碼顯示管顯示出距離，如果距離達(dá)到安全的極限距離著由報(bào)警電路通過蜂鳴器發(fā)車報(bào)警，提示司機(jī)躲避障礙物。LED顯示掃描驅(qū)動報(bào)警電路超聲波發(fā)送電路振蕩復(fù)位電路超聲波接收電路AT89C51單片機(jī)圖 2-3 超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)圖第三章 倒車防撞系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括三部分：單片機(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波的發(fā)射和檢測接收電路。在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用AT89C5

16、1。還采用了12MHz高精度的晶振，以減小測量的誤差。用AT89C51的P1.0端口輸出所需的40kHz的方波信號，采用AT89C51實(shí)現(xiàn)對TCT40 超聲波轉(zhuǎn)換模塊和CX20106A芯片的控制。第一節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)使用元器件一、 AT89C51的功能特點(diǎn)AT89C51 單片機(jī)主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等組成。中央處理器是單片機(jī)的核心部分，它的主要作用是完成運(yùn)算和控制功能。程序存儲器具有存儲功能，使應(yīng)用程序在開發(fā)調(diào)試后永久性的存儲在程序存儲器中。AT89C51 控制著超聲波的發(fā)送和接收，串行口發(fā)送數(shù)據(jù)。LED顯示是共陰極接法的動態(tài)循環(huán)顯示。接收電路接收超聲波遇到物體后反射回來的回波

17、信號。該芯片包括了限幅放大、前置放大、整形和輸出數(shù)據(jù)信號，這樣方便了檢測判斷回波的數(shù)據(jù)是否正確，并且能夠通過計(jì)算得出距離值。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓， 8 位高性能的CMOS 微處理器，叫做單片機(jī)。該單片機(jī)采用的制造技術(shù)是ATMEL高密度非易失存儲器制造成的，它能夠與達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出管腳和MCS-51指令集相兼容。由于它將8位多功能CPU處理器和閃爍存儲器組合在單個芯片中，AT89C51是一種高效微控制器外形及引腳排列如圖 3-1 所示。圖 3-

18、1 AT89C51 控制器AT89C51 有兩種可用軟件來選擇的省電方式：空閑工作方式和掉電工作方式。當(dāng)處于空閑方式時CPU處于睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的其他部件仍然繼續(xù)工作，而且片內(nèi)RAM的內(nèi)容和所有專用寄存器的內(nèi)容在空閑方式期間都被保留起來。當(dāng)處于掉電方式時保存了 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停止震蕩，禁止芯片其它功能直到下一次硬件復(fù)位才能使用。AT89C51 為許多器材的制造提供了十分靈活和低成本的解決辦法。充分的利用了單 片機(jī)的片內(nèi)資源，使我們可以在較少使用外圍電路的情況下完成超聲波測距。二、 CX20106 功能特點(diǎn)CX20106對收到的信號有放大和濾波的作用。如圖3-2所示，CX20106芯片的

19、接口圖。 CX20106有8個引腳，管腳1是超聲波信號輸入端；管腳2的電阻和電容決定接收換能器的 總增益，通過增大或者減小電阻電容，確定放大倍數(shù)，改變放大器的頻率。管腳3與GND 之間連接的電容起到檢波作用；管腳5上的連接一個電阻，這個電阻用來設(shè)置濾波器的 中心頻率；管腳6與GND之間接入一個電容，該電容確定探測距離；管腳7是集電極開路 輸出端：管腳8接電源正極。圖3-2 CX20106 芯片接口圖三、 LED數(shù)碼管在生活中最常見到的LED數(shù)碼管是八段和七段的，八段式原理圖的如圖3-4 所示。本次設(shè)計(jì)中采用的是八段式的數(shù)碼管。八段式的與七段式的相比，他們各部分結(jié)構(gòu)大體相同，八段只比七段式的多了

20、一個小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管里都是由LED發(fā)光二極管發(fā)光單片機(jī)控制LED的滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數(shù)字，八段式的數(shù)碼管與七段式的主要區(qū)別就在于八段式的數(shù)碼管中有八個發(fā)光二極管，而七段式的數(shù)碼管中有七個發(fā)光二極管，兩種之間只差一個點(diǎn)。數(shù)碼管又分為兩種類型，共陽極型和共陰極型。原理圖如圖3-3共陽極型和共陰極型原理圖所示。共陽極型就是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陽極都接在一起并且接到電源上，連接好之后把其中任何哪個發(fā)光二極管的陰極接到地線上，它就會發(fā)光。共陰極型則是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陰極都接在一起并且接到地線上，連接好之后把其中任何哪個發(fā)光二極管的陽極接到電源上，它就會發(fā)光。圖 3-3 共陰極型和共陽極

21、型原理圖圖 3-4數(shù)碼顯示管引腳圖如圖3-4數(shù)碼顯示管引腳圖所示，把兩個COM引腳連接起來，作為數(shù)碼管的公共端，數(shù)碼管共陽端要接地，共陰端接電源。一個二極管是一位，八個管子即 a，b，c，d，e，f，g 還有 dp， 拼成個8字列在一起就構(gòu)成了一個8位的數(shù)碼顯示管。一個八段式的數(shù)碼顯示管的每個顯示管連在一起，每個二極管的公共端稱為位選線。在數(shù)碼管顯示數(shù)字是，一個二極管對應(yīng)一條直線，a 對應(yīng)的是首位，dp對應(yīng)最后位。例如，當(dāng)數(shù)碼管顯示管顯示數(shù)字0時，那么共陰極數(shù)碼顯示管的編碼就為00111111，十六進(jìn)制數(shù)為0x3f，而共陽極的數(shù)碼顯示管的編碼就是11000000，十六進(jìn)制數(shù)為0xc0。通過這個

22、例子可以看的出來共陰極數(shù)碼顯示管和共陽極數(shù)碼顯示管的編碼各個位是相反的。第二節(jié) 倒車防撞系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)一、 超聲波發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射器包括兩個部分：超聲波產(chǎn)生電路部分和超聲波發(fā)射控制電路部分。超聲波探頭采用TCT40。單片機(jī)P1.0端口輸出40KHz的超聲波信號，此時定時器開始計(jì)時。通過輸出引腳輸入，經(jīng)驅(qū)動后推動發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲波，此方法充分利用了軟件控制，靈活性好。超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)圖如圖3-5所示。圖 3-5 超聲波發(fā)射裝置設(shè)計(jì)圖超聲波的發(fā)射電路主要由反相器74LS04和發(fā)射換能器構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0口輸出的40kHz的間斷方波信號分成2路，一路經(jīng)一級反向器后到達(dá) TCT

23、40一個電極，另一路通過兩級反向器后到TCT40的另一個電極，用這種形式將P1.0發(fā)出的方波信號加到TCT40的兩端上，這樣能夠增強(qiáng)超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。在加載反波信號時使用兩個74LS04并聯(lián)，可以提高驅(qū)動能力。而電阻R8、R9可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短了震蕩時間，還可以提高換能器輸出高電平的驅(qū)動能力。二、 超聲波接收裝置的設(shè)計(jì)超聲波接收器包括接收、發(fā)射探頭、信號放大電路和波形變換電路三個部分。超聲波探頭采用RCT40。 按照超聲波原理，微處理器需要的只是第一個回波的時刻。接收裝置的設(shè)計(jì)可用CX20106A來完成。在空氣中傳播超聲波的其能量的衰減與距離是成正比的，距離越小、衰減越少，距

24、離越大、衰減越多，通常都在1V之內(nèi)。圖 3-6 超聲波接收裝置設(shè)計(jì)圖 超聲波的接收裝置如圖3-6超聲波接收裝置圖所示。超聲波的接收采用CX20106A集成電路模塊，根據(jù)電路圖可以看出，集成芯片CX20106在接收裝置電路中的作用很大。CX20106是一款紅外線檢波接收的芯片，他常用于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線波的頻率為38 kHz，與測距使用的超聲波頻率接近。并且CX20106芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的f5角連接了一個外接電阻，此電阻使他濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)R15的阻值越大濾波器的中心頻率就越低，變化范圍在3060 kHz之間。CX20106對收到的信號進(jìn)行放大、

25、濾波的作用。當(dāng)接收到的聲波信號經(jīng)由放大器，調(diào)整信號的頻率，然后濾波消除干擾信號，最后再經(jīng)過整形，輸出到CX20106的7腳輸出。當(dāng)接收到的聲波信號與CX20106的中心頻率相符時，它的7腳就會低電平輸出，而7腳接到INT0引腳上，這樣就會中斷。若頻率和CX20106的中心頻率不同時，即可調(diào)節(jié)R15，使濾波器的中心頻率與超聲波測距的頻率相符。三、 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路中顯示測量距離使用的是4位共陰的LED數(shù)碼管，它簡單實(shí)用并且價(jià)格便宜。位碼使用四個PNP三極管來驅(qū)動，顯示電路設(shè)計(jì)圖如圖 3-7顯示電路設(shè)計(jì)圖所示。圖3-7顯示電路設(shè)計(jì)圖四、 報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)報(bào)警部分采用一個蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，LED發(fā)光

26、，利用單片機(jī)控制輸出一個一定頻率的信號。信號通過一個三極管，把信號放大，以增強(qiáng)驅(qū)動能力。然后將放大之后的信號連接到蜂鳴器上，報(bào)警部分裝置的設(shè)計(jì)圖如圖 3-8 所示。 圖 3-8 報(bào)警裝置設(shè)計(jì)圖蜂鳴器是使用直流電源進(jìn)行供電，它廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，尤其在計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)等電子設(shè)備制造中作為發(fā)聲的器件而廣泛應(yīng)用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，它分為兩種類型，一種是壓電式蜂鳴器另一種是電磁式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、共鳴箱阻及抗匹配器還有外殼等部分組成。壓電蜂鳴片是由鈮鎂酸鉛或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制造而成。而多諧振蕩器由集成

27、電路或者晶體管構(gòu)造而成。當(dāng)電極兩端接通電源以后,多諧振蕩器開始振動,輸出音頻信號，然后阻抗匹配器便能推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動膜片、電磁線圈和外殼等部分組成。在兩 極接通電源之后，振蕩器能夠產(chǎn)生的音頻信號，信號通過電磁線圈，便會使電磁線圈生成磁場。這樣振動膜片便會在磁鐵和電磁線圈的作用下，周期性反復(fù)地振動從而發(fā)出聲音。五、 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)是5V供電，電源電壓范圍從3.35V，在電路系統(tǒng)需要一個變壓芯片，我選擇7805芯片，引腳圖如下：圖3-9 7805芯片引腳圖這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，

28、C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，R16為負(fù)載電阻。電路圖如3-10所示：圖3-10 穩(wěn)壓電源第三節(jié) 硬件電路總設(shè)計(jì)超聲波測距預(yù)警系統(tǒng)硬件部分由超聲波的接收電路、顯示電路、超聲波的發(fā)射電路 和單片機(jī)的外圍電路等各部分組成。 使用單片機(jī)的P1.0口輸出40KHZ的方波信號，經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，以達(dá)到超聲波換能器所需的震蕩條件。利用中斷口INT0檢測超聲波接收電路接收到的返回信號，當(dāng)單片機(jī)INT0引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r超聲波就已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器計(jì)出超聲波傳播所用的時間，然后算就能夠得到與障礙物之間的距離大小。顯示電路采用結(jié)構(gòu)簡單的4位LED數(shù)碼管把測量的距離顯示出來，位碼用4個PNP

29、三極管來驅(qū)動。超聲波測距預(yù)警系統(tǒng)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射接，并自動計(jì)時得出超聲波的往返時間，單片機(jī)采用的是AT89C51，這種單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡單。并且單片機(jī)內(nèi)有4K的ROM，方便于編程。這時就可以使用單片機(jī)把各部分設(shè)計(jì)好的電路圖連接起來進(jìn)行仿真了。超聲波預(yù)警系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)圖3-11汽車預(yù)警系統(tǒng)原理圖所示。圖3-11汽車預(yù)警系統(tǒng)原理圖第四節(jié) 系統(tǒng)使用元器件清單在本次設(shè)計(jì)中使用的元器件主要有單片機(jī)AT89C51， CX20106A，超聲波探頭，蜂鳴器，數(shù)碼顯示管等，所用元器件詳細(xì)清單如表 3-7所示。表3-7元器件清單第四章 倒車防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)超聲波測距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程

30、序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。第一節(jié) 防撞系統(tǒng)工作過程一、 軟件工作過程按下控制系統(tǒng)的開關(guān)，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，當(dāng)主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由P1.0口發(fā)射出1個脈沖，驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射超聲波，并且計(jì)數(shù)器開始計(jì)時。利用定時器的計(jì)數(shù)功能記錄到超聲波發(fā)射到接受所用的時間當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波后，接收電路輸出端輸出一個跳變信號，在INT0端產(chǎn)生一個中斷的信號，得到超聲波的時間差。溫度假設(shè)不變，知道了時間和超聲波的聲波速度后，通過單片機(jī)的計(jì)算得出距離，顯示出來，到達(dá)距離極限時，啟用報(bào)警模塊。二、 算法的軟件設(shè)計(jì)超聲波測距是通過檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來的回

31、波，從而測出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號的時間間隔，然后求出距離由S=CT/2即可算出汽車與被測物體的距離。其中，S為測量的距離，C 為超聲波在空氣中的傳播速度。T 從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號的時間間隔。在啟動發(fā)射電路發(fā)射超聲波的同時開啟單片機(jī) AT89C51內(nèi)的定時器T0，通過定時器計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能記錄下來超聲波發(fā)射的時間和接收到超聲波的時間。當(dāng)接收電路收到超聲波時，接收電路的輸出端會產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0端能夠產(chǎn)生一個中斷信號，單片機(jī)響應(yīng)中斷請求后執(zhí)行外部中斷子程序，讀取出來時間間隔，算出距離。第二節(jié) 防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)一、 主程序主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作

32、模式為16位的定時計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms(這也就是測距器會有一個最小可測距離的原因)后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計(jì)算即可測得被測物體與測距儀之間的距離,根據(jù)公式d=(C*T0)/2 （其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值），測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式顯示在LED上,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。主程序框圖

33、如圖4-1所示：開始單片機(jī)初始化定時中斷子程序有無回?fù)?？外部中斷子程序NY圖4-1 主程序框圖二、 超聲波發(fā)射子程序，超聲波接收子程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時器T0停止計(jì)時。如果當(dāng)計(jì)時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷INT0關(guān)閉。本系統(tǒng)采用12M晶振，即機(jī)器周期是1 us。下圖4-3是超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖。超聲波的發(fā)射與接收其實(shí)就是中斷的體現(xiàn)，我們主要使用外部中斷源和定時器T0中斷。下圖4-2是中斷程序的流程圖。圖4-2 中斷程序流程圖圖4-3 超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖三、 測距子程序當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位之后將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按公式計(jì)算，即可得到被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時取20時的聲速為344m/s則有：S = CT / 2=172T0/10000cm其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD