汽車倒車超聲波防撞報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上汽車倒車超聲波防撞報(bào)警裝置設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的汽車倒車報(bào)警裝置。通過(guò)對(duì)汽車防撞系統(tǒng)基本原理的分析，從而利用超聲波的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，將AT89C51單片機(jī)和超聲波測(cè)距系統(tǒng)相結(jié)合。該系統(tǒng)采用軟、硬件相互配合的模式，硬件系統(tǒng)通常分為超聲波傳輸電路、單片機(jī)連接口、數(shù)字信息電路、工作電路以及預(yù)警設(shè)備等，軟件部分的組成則包括了主程序、發(fā)射接收中斷程序、顯示報(bào)警子程序等等。充分體現(xiàn)出在多用性和模塊化方面的優(yōu)勢(shì)。駕駛者坐在汽車駕駛室就可以很輕松的判斷后方是否具有障礙物，極大地提高泊車和倒車時(shí)候的安全與效率。關(guān)鍵詞 超聲波；LED；測(cè)距；傳感器AbstractThe desig

2、n is based on 51 single-chip car reversing alarm device. Through the analysis of the basic principle of the automobile anti collision system, the characteristics and advantages of ultrasonic wave is used, and the combination of AT89C51 microcontroller and ultrasonic ranging system is combined. The s

3、ystem uses the combination of hardware and software, hardware part mainly by ultrasonic transmitting and receiving circuit, MCU hardware interface circuit, digital display circuit and a power circuit and alarm circuit and software includes the main program, transmitting and receiving interrupt progr

4、am, display and alarm subroutine and so on. Fully embody the advantages of multi - use and modularity. The driver can easily judge the rear if there is obstacle in the cab, greatly improving the safety and efficiency of parking and reversing time.Keywords Ultrasonic；LED；ranging；sensor專心-專注-專業(yè)目 錄 1 緒

5、 論1.1 研究背景汽車與電子產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)今產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的兩座金字塔，因?yàn)槠嚭碗娮赢a(chǎn)業(yè)的迅速崛起和發(fā)展，更廣泛的電子技術(shù)被運(yùn)用到汽車上，使得汽車上的裝備變得更加數(shù)字化、電子化以及高科技化。汽車數(shù)字科技就是汽車與電子產(chǎn)業(yè)相互融合的產(chǎn)物。在各種汽車科學(xué)技術(shù)融入到機(jī)電系統(tǒng)化的當(dāng)今時(shí)代，汽車?yán)锏碾娏ρb置以及電子管理體系的作用十分關(guān)鍵，令汽車專業(yè)技術(shù)方面逐漸發(fā)展成為一門全新的二級(jí)學(xué)科，它的運(yùn)轉(zhuǎn)性能將直接的影響到汽車的各方各面，包括安全與效益等方面。電子控制技術(shù)被應(yīng)用到汽車上，首先是在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗控制和排放控制方面，緊接著又被應(yīng)用在汽車底盤部分的控制，使汽車在行駛的時(shí)候更加穩(wěn)定、安全與舒適?，F(xiàn)代社會(huì)的交通在

6、高密度發(fā)展，為了進(jìn)一步的提高汽車駕駛方面的安全性和便利性，電子控制技術(shù)又一次被運(yùn)用到汽車中。汽車安全監(jiān)控體系里的電子控制技術(shù)，主要作用是充分增強(qiáng)汽車行駛過(guò)程中的安全性、可靠性以及有效性。主要運(yùn)用到的電子技術(shù)有：智能記錄儀，雷達(dá)測(cè)距報(bào)警器，電子控制門鎖，自動(dòng)化空調(diào)，車燈控制等。這幾年的汽車自動(dòng)控制體系，汽車自動(dòng)預(yù)警、自動(dòng)診斷體系、汽車防爆體系包括汽車GPS導(dǎo)航發(fā)展十分迅速，應(yīng)用也十分廣泛。在過(guò)去的幾十年里，人們都集中精力在處理汽車的被動(dòng)安全問(wèn)題上。例如，汽車的前面以及后面都安裝上保險(xiǎn)杠、把某種彈性材料安裝到汽車外殼的四周、在汽車內(nèi)部也裝有各式各樣的安全帶和防撞氣囊等等。通過(guò)各種各樣的收點(diǎn)來(lái)減少汽

7、車發(fā)生事故帶來(lái)的危險(xiǎn)。在汽車上安裝保險(xiǎn)杠后即使在某些方面來(lái)講，可以減少由于汽車碰撞產(chǎn)生的破壞，但這也不能去除被撞物體受到的外界撞傷；此外，汽車上的安全氣囊系統(tǒng)，在碰撞事故發(fā)生時(shí)也不一定能夠很好地保護(hù)車內(nèi)人員的生命安全。所以上述被動(dòng)的汽車安全方法都沒(méi)有能夠徹底去除汽車在行駛過(guò)程中產(chǎn)生意外事故造成的危害。因此，從防范碰撞意外事故形成的方面分析，必須充分增強(qiáng)人民行駛時(shí)的主動(dòng)安全性方面，才能夠使汽車在安全性領(lǐng)域有重大的突破。汽車發(fā)生碰撞事故的主要原因通常是汽車與前方物體的距離跟汽車本身行駛的車速不安全造成的，汽車速度相對(duì)于距離太近從而容易引起事故。因此我們?nèi)绻胍乐蛊嚺c前方物體產(chǎn)生碰撞，汽車的行駛

8、速度就需要根據(jù)與前方障礙物之間距離的變化進(jìn)行速度控制，這樣汽車便可以在安全的車速下行駛。大大的提高了汽車行駛的安全性，減少事故的發(fā)生的可能。為了提高汽車智能化水平，發(fā)展汽車防撞技術(shù)有著重要的意義。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)有事故將要發(fā)生時(shí)，如果能夠給予駕駛員半秒鐘的反應(yīng)時(shí)間，追尾事故發(fā)生的可能性就要降低30%，迎面撞車事故更是能夠減少60%; 1秒鐘的預(yù)警時(shí)間更是可以減少90%的追尾碰撞以及60%的迎面碰撞。說(shuō)到這里，汽車想要避免碰撞就需要運(yùn)用各種設(shè)備對(duì)周圍障礙物開展距離測(cè)量工作，同時(shí)必須迅速準(zhǔn)確的傳遞給開車人，從而在緊急條件下，使用聲控報(bào)警或者自動(dòng)開啟某項(xiàng)已經(jīng)設(shè)置完善的操作，例如緊急剎車等，進(jìn)而減少了

9、許多由于開車人長(zhǎng)時(shí)間駕駛、判斷失誤等原因造成的意外交通事故。截至目前，國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者都關(guān)注于車輛距離測(cè)量技術(shù)，這將是汽車防撞系統(tǒng)的關(guān)鍵。1.2 研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)是由單片機(jī)微型體系、超聲波距離測(cè)量板塊、顯示工作電路、預(yù)警電路包括控制工作電路等構(gòu)成。使用超聲波距離測(cè)量板塊HC-SR04對(duì)車輛之間的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，得出與障礙物的距離，并對(duì)得出的數(shù)據(jù)分析處理，再把數(shù)據(jù)送到C51單片機(jī)，操控單片機(jī)使得LED數(shù)碼管顯示出與障礙物的距離，按鍵電路可以使我們通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)的報(bào)警距離，電源方面則采用的是5V穩(wěn)壓直流電源。2 電路方案選擇2.1 方案比較2.1.1 激光測(cè)距法激光測(cè)距主要有如下兩類基

10、本方式：脈沖法以及相位法。使用脈沖法測(cè)量距離：測(cè)距設(shè)備發(fā)射出激光，激光在碰到障礙物之后被反射回來(lái)，測(cè)距設(shè)備收到反射回來(lái)的激光，測(cè)距設(shè)備錄入激光射出之后來(lái)回往返的時(shí)間差，使用上述時(shí)間差和光速相乘，乘積的一半就是被測(cè)距障礙物的準(zhǔn)確距離。相位法的測(cè)距方法：使用無(wú)線電波段的頻率，進(jìn)行激光束的幅度調(diào)制并且測(cè)量出調(diào)制光往返一次后形成的相位差，按照光波的實(shí)際波長(zhǎng)，推算出這個(gè)相位差所代表的距離，這是運(yùn)用間接的方法測(cè)量光經(jīng)過(guò)往返測(cè)線所用時(shí)間。2.2.1 超聲波測(cè)距法在汽車防撞系統(tǒng)中，超聲波測(cè)距的基本原理是通過(guò)聲波傳播于空氣中的速度為音速，準(zhǔn)確檢測(cè)出聲波射出碰到障礙物之后，反射回來(lái)的時(shí)間差，使用射出以及收到的時(shí)間

11、間隔，就可以推算出和障礙物的準(zhǔn)確距離。超聲波產(chǎn)生裝置朝向固定角度射出超聲波，同時(shí)在射出的時(shí)候，準(zhǔn)確記錄下超聲波在空氣里傳播的時(shí)間，傳播過(guò)程中碰到障礙物就被反射回來(lái)，接收設(shè)備在收到到反射超聲波之后，就馬上停止記錄時(shí)間。綜合比較上述兩種方案，方案二的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且性價(jià)比相對(duì)較高，因此我選用了超聲波測(cè)距法。2.2 電路總體方案下圖2-1是電路原理流程圖，主要是由單片機(jī)微型體系，超聲波距離測(cè)量板塊，蜂鳴器報(bào)警電路，LED數(shù)碼管顯示電路，顯示電路和按鍵電路。 數(shù)碼管 蜂鳴器報(bào)警 超聲波距離測(cè)量板塊 AT89C51 按鍵設(shè)置 驅(qū)動(dòng)設(shè)備 5V直流穩(wěn)壓電源 圖2-1 電路原理流程圖3超聲波測(cè)距模塊3.1

12、超聲波傳感器簡(jiǎn)介超聲波作為一類高頻率的聲波，由于它具備方向性好、傳播距離遠(yuǎn)、能耗小、波長(zhǎng)短等優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)常被運(yùn)用于在測(cè)距方面。依靠超聲波測(cè)距在檢測(cè)方面較迅速、簡(jiǎn)易、容易計(jì)算、便于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擁有能夠滿足實(shí)際的測(cè)量準(zhǔn)確度要求，因此在檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。超聲波傳感設(shè)備的基本原理是：把其他各種形式的能量轉(zhuǎn)化成為所需要的特定頻率的超聲能，或者將超聲能轉(zhuǎn)化成為頻率一致的其他能量。一般來(lái)說(shuō)，超聲感應(yīng)設(shè)備被劃分為兩種，電聲型和流體動(dòng)力型。電聲型又可以劃分為：靜電感應(yīng)型、電磁伸縮型、壓電感應(yīng)型。流體動(dòng)力型里又可以劃分為氣體與液體兩類。按照工作周期與使用效果的不同，超聲波感應(yīng)設(shè)備的組成方式也不完全一

13、致，因此命名也各不相同。舉例，超聲波感應(yīng)設(shè)備在測(cè)量或者判斷的時(shí)候，習(xí)慣被稱之為探頭，但是在工業(yè)里常用的流體動(dòng)力型中，又被習(xí)慣稱之為“哨”或者“笛”。壓電感應(yīng)設(shè)備是電聲型感應(yīng)器中的一類。使用壓電晶片、接口等構(gòu)成了檢測(cè)探頭，在檢測(cè)過(guò)程里，它是十分常用的可以完成電能和聲能之間相互轉(zhuǎn)化的感應(yīng)設(shè)備，因此，在超聲波測(cè)量設(shè)備里是最關(guān)鍵的構(gòu)成裝置。壓電材料主要有晶體以及陶瓷兩類。石英以及鈮酸鋰等是晶體類，鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等則是壓電陶瓷類。壓電材料的主要特點(diǎn)有：把它擺放到電場(chǎng)里，它就可以形成一系列的改變；此外，在壓電材料受到外力作用的時(shí)候，形成的應(yīng)變可以令壓電材料形成特定角度的電場(chǎng)。所以，在上述材料里附加上交變

14、電場(chǎng)，就可以形成一定的應(yīng)變，從而形成超聲振動(dòng)。因此，運(yùn)用壓電材料就能夠創(chuàng)造出超聲感應(yīng)設(shè)備。超聲感應(yīng)設(shè)備里最關(guān)鍵的構(gòu)成就是壓電晶片。在它由于受到電脈沖刺激之后，形成了振動(dòng)，就可以產(chǎn)生聲脈沖，這種作用就是逆壓電作用。在晶片由于受到超聲波的干擾刺激而開始振動(dòng)并且造成的物理形變，就會(huì)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，這種作用就是正壓電作用。逆壓電常見于超聲波的射出，正電壓常見于超聲波的接入。超聲波感應(yīng)設(shè)備，在通常條件下都是由瓷晶片制成。這類感應(yīng)設(shè)備所需要耗費(fèi)的材料很少，價(jià)格也比較低廉，同時(shí)十分適用于氣體和液體類的介質(zhì)里。當(dāng)陶瓷的兩端連接入大小與方向都在不斷改變的交流電壓的時(shí)候，因?yàn)閴弘娮饔茫蜁?huì)形成物理變形

15、，它的大小和方向在一定數(shù)值內(nèi)與外接電壓的大小與方向是呈正相關(guān)。換句話說(shuō)，在晶片里連接入交流電壓的時(shí)候，就會(huì)形成一個(gè)固定頻率的振動(dòng)，使用上述振動(dòng)作用于液體等介質(zhì)，進(jìn)而就會(huì)形成超聲波。在晶片產(chǎn)生超聲波振動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)形成物理變形。圖3-1壓電式傳感器示意圖在實(shí)際工作中，壓電式感應(yīng)器的基本原理是使用壓電晶體的振動(dòng)，傳感器的基本構(gòu)造如上圖3-1所示，它使用兩個(gè)電極和一個(gè)共振板構(gòu)成的，外加一個(gè)脈沖信號(hào)在它的壓電晶片中，數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率和電極的固有頻率一致的時(shí)候，壓電晶片上就會(huì)形成共振作用，同時(shí)連動(dòng)共振板開始振動(dòng)，從而發(fā)射出超聲波。相反的，如果在兩電極中不連接外加電壓，則在共振板接收超聲波的時(shí)候，就會(huì)令壓電

16、晶片形成振動(dòng)，機(jī)械能轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，這樣以來(lái)，也就形成了超聲波感應(yīng)裝置。晶片的振動(dòng)頻率大小是固定的，也就是中心頻率 f0是個(gè)常數(shù)。當(dāng)射出超聲波的時(shí)候，交變電流的頻率要和中心頻率保持一致。這樣做，超聲感應(yīng)設(shè)備的準(zhǔn)確度、反應(yīng)速度就會(huì)大大提升。維持運(yùn)用的壓電材料不改變，不斷調(diào)整晶片的形狀大小，就能夠迅速、方便、有效的調(diào)整它的固有振動(dòng)頻率。使用晶片的上述特點(diǎn)就可以制作出想要頻率的超聲傳感器。3.2 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊的性能特點(diǎn)該測(cè)距模塊的感測(cè)距離在2cm-400cm，它的距離測(cè)量準(zhǔn)確度可以控制在3mm左右，模板是由發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備以及工作電路等構(gòu)成。本模塊的工作原理如下：（1）運(yùn)用IO接口

17、的TRIG來(lái)進(jìn)行距離測(cè)量，供應(yīng)10us的高壓電平數(shù)據(jù)信號(hào)；（2）模塊可以自行發(fā)射八個(gè)40khz的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)可以自行檢測(cè)出有沒(méi)有反射回來(lái)的信號(hào)；（3）在檢測(cè)出反射信號(hào)的時(shí)候，IO接口的ECH0迅速傳出一個(gè)高壓電平，這個(gè)高壓電平的保持時(shí)間和超聲波射出往返耗費(fèi)的時(shí)間是相同的。該超聲波模塊性能穩(wěn)定，測(cè)距精準(zhǔn)，其優(yōu)點(diǎn)具有如下幾條：（1）體積小，只具有兩個(gè)發(fā)射短褲，接收端口的體積無(wú)法更小了；（2）不具有工作盲區(qū)；（3）工作效率高，10ms的工作周期，測(cè)量高速物體的時(shí)候，也不會(huì)缺失；（4）發(fā)射端口和接收端口連接十分緊湊，可以令待測(cè)物體處于一條直線上；（5）本工作模塊中具有LED指示設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)試都十分

18、方便。3.3 HC-SR04的管腳排列和電氣參數(shù)3.3.1管腳概述HC-SR04的外形以及管腳如下圖3-2所示。（1）VCC連接5V直流電源；（2）GND需要接地處理；（3）TRIG控制數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入；（4）ECH0控制反應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出。VCCTRIGECH0HC-SR04GND 圖3-2外形和管腳示意圖3.3.2 HC-SR04的電氣相關(guān)參數(shù) 電氣相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)如下表3-1所示：表3-1 電氣相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)表3.4 超聲波時(shí)序圖 圖3-3超聲波時(shí)序圖上圖表明：為體系供應(yīng)一個(gè)10us的脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)，系統(tǒng)內(nèi)部就可以連續(xù)發(fā)射八個(gè)40kHz的脈沖信號(hào)，同時(shí)還可以檢測(cè)出有沒(méi)有反射波。在檢測(cè)到反射波之后，

19、迅速發(fā)射出一個(gè)反應(yīng)信號(hào)。這個(gè)反應(yīng)信號(hào)的脈沖幅度與檢測(cè)的距離成正相關(guān)。按照發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)到收到反應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)間差，就能夠迅速準(zhǔn)確的推算出所測(cè)的實(shí)際距離。按照計(jì)算公式：uS/58=cm或uS/148=英寸；或者是：距離=高壓電平時(shí)間間隔*聲速（340M/S）/2；為了減少發(fā)送信號(hào)對(duì)反應(yīng)信號(hào)的干擾和影響，因此測(cè)量的周期最好在60ms以上。4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)4.1.1 AT89C51芯片在本次設(shè)計(jì)里，筆者使用的是AT89C51型單片機(jī)芯片，這種單片機(jī)芯片是一類低電平、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，并且?guī)в?K字符兼容編程同時(shí)可以修改儲(chǔ)存設(shè)備的低工作電壓、高處理效的微型處理器，它的

20、正常工作速度最高可以達(dá)到90MHz，功耗很低。4.1.2 復(fù)位工作電路復(fù)位工作電路是確保單片機(jī)體系里的工作電路有效、可靠、安全共組的重要組成部分，復(fù)位工作電路的基本原理是：在系統(tǒng)連通電源的時(shí)候，供應(yīng)一種復(fù)位數(shù)據(jù)信號(hào)，等到體系的電源正常之后，停止發(fā)射復(fù)位數(shù)據(jù)信號(hào)。為了安全有效，在電源正常之后，還必須在充分延遲之后，才能夠停止發(fā)射復(fù)位數(shù)據(jù)信號(hào)，以防電源啟動(dòng)或者電源接口在連通的時(shí)候產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而對(duì)單片機(jī)的復(fù)位產(chǎn)生影響。在復(fù)位接口中連通兩個(gè)設(shè)備周期以上的高壓電平之后，單片機(jī)才能夠開始復(fù)位工作。假如RST中一直都是高壓電平，就會(huì)一直進(jìn)行復(fù)位工作，所以在復(fù)位接口中的電容應(yīng)盡可能的大一些，令復(fù)位工作的時(shí)間久

21、一點(diǎn)；然而如果電容過(guò)小，高壓電平的連續(xù)時(shí)間過(guò)短，那么系統(tǒng)也不能正常復(fù)位，進(jìn)而無(wú)法穩(wěn)定工作，一般來(lái)說(shuō)看，電容的大小控制在10UF至22UF，使用鋁電解電容就可以。在剛通電的時(shí)后，單片機(jī)復(fù)位電路里的電容并沒(méi)有通電，電容中的電阻值很小，在連通電源之后，5V電源經(jīng)過(guò)電阻，電容開始電解進(jìn)行充電，電容兩級(jí)的電壓由0V增大到4V之后，復(fù)位接口由之前的低壓電位轉(zhuǎn)化成為高壓電位，電路進(jìn)行復(fù)位；按下復(fù)位鍵面，電容兩級(jí)開始放電，電壓降至0V之后，重新開始復(fù)位工作。工作電路原理圖如下圖4-1。圖4-1 復(fù)位工作電路原理圖4.1.3 晶振工作電路晶振電路是單片機(jī)可以穩(wěn)定工作的基本保證，只要振蕩設(shè)備不工作，單片機(jī)就不能正

22、常運(yùn)轉(zhuǎn)。假如振蕩設(shè)備工作不穩(wěn)定，單片機(jī)在工作過(guò)程里就很容易形成時(shí)間上的問(wèn)題，上述問(wèn)題在通信里被放大：晶振電路停止工作，不再正常通訊。一個(gè)晶振和兩個(gè)工作電容結(jié)合組成了晶振工作電路，晶振和電容都不用區(qū)分正負(fù)極，兩個(gè)電容相互連接，其中一端口需要接地處理，如下圖4-2所示。圖4-2 晶振工作電路原理圖單片機(jī)里的晶振電路在通常條件下，都處于并聯(lián)穩(wěn)定狀態(tài)，這也能夠被稱之為諧振電容的組成形式。它的大小是按照晶振制造商供應(yīng)的電容種類來(lái)確定的，也就是說(shuō)，晶振通過(guò)所提供的負(fù)載電容測(cè)出它的頻率，這樣能夠最大限度的確保頻率值的各種誤差。設(shè)備周期：通常是指在內(nèi)存里錄入一個(gè)字節(jié)的有效時(shí)間，由此來(lái)確定中央處理器的工作周期，

23、一般都是由十二個(gè)個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成。同時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期等于1秒/晶振頻率，因此單片機(jī)的設(shè)備周期=12秒/晶振頻率，接下來(lái)再列舉幾個(gè)相關(guān)的工作周期。指示周期：輸出之后進(jìn)行下一指示所需要花費(fèi)的時(shí)間。時(shí)鐘周期：也即是節(jié)拍周期，是工作運(yùn)轉(zhuǎn)的最小單位?？偩€周期：訪問(wèn)儲(chǔ)存設(shè)備或者I/O接口所需要花費(fèi)的時(shí)間。 因?yàn)槠胀ǖ奶幚砥鞯囊粋€(gè)設(shè)備周期是由十二個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成。所以單片機(jī)通常都是用12M的振動(dòng)，工作速率控制在1M。電容的選擇是一致的，也就是容量相差很小，如果相差過(guò)大，就會(huì)令諧振工作不穩(wěn)定，便會(huì)造成停振或者直接不起振。因此它發(fā)揮的是共同振動(dòng)的效果，所以可以令它的脈沖保持穩(wěn)定和有效。4.2驅(qū)動(dòng)顯示電路及報(bào)警電路本次

24、工作電路，筆者運(yùn)用的是LED數(shù)碼管顯示，一旦距離小于預(yù)先設(shè)好的距離值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲報(bào)警。4.2.1 LED數(shù)碼管顯示電路該電路的顯示模塊使用的是一個(gè)4位一體7段LED數(shù)碼管。它是一個(gè)共陰極的數(shù)碼管，該數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g與dp端都各自連接到一起，通過(guò)這樣來(lái)接收單片機(jī)的P1口所產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4四個(gè)引腳端是其位選端，作用是接收單片機(jī)的P2口所產(chǎn)生的位選碼。本電路使用的是動(dòng)態(tài)掃描模式。這種模式是通過(guò)使用其連接電路，令數(shù)碼管相互連接在一起，同時(shí)每根數(shù)碼管的接口COM端都會(huì)受到I/O連線的作用。在CUP從數(shù)據(jù)傳輸端口傳輸數(shù)據(jù)代碼時(shí)，數(shù)碼管都可以收到相同的數(shù)據(jù)代碼，

25、但是決定哪個(gè)數(shù)碼管發(fā)光，則是依靠COM端。COM端和單片機(jī)的I/O接口連接，通過(guò)單片機(jī)輸出位選碼到I/O接口，來(lái)操控何時(shí)哪一位數(shù)碼管發(fā)光。在依次點(diǎn)亮數(shù)碼管的位掃描過(guò)程中，每位數(shù)碼管的發(fā)光時(shí)間都是極為短暫。但是因?yàn)槿说囊曈X暫留現(xiàn)象，人的眼睛顯示出的就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。該方式的使得耗電少，減少電的消耗，在動(dòng)態(tài)掃描的過(guò)程中，任意時(shí)候都只會(huì)有一個(gè)數(shù)碼管是處在工作狀態(tài)的。原理圖如圖4-3圖4-3 顯示電路4.2.2蜂鳴器工作電路蜂鳴器是一類應(yīng)用十分廣泛以及綜合構(gòu)成的數(shù)字設(shè)備，通過(guò)直流電源，在許多的電器設(shè)備中作為發(fā)聲裝置被運(yùn)用，蜂鳴器通常劃分為電壓力式以及電磁式。前者電壓力式的構(gòu)成部件主要有多諧振蕩設(shè)

26、備、阻抗匹配設(shè)備、電壓蜂鳴片包括設(shè)備外殼等。多諧振蕩設(shè)備主要是由晶體管以及合成工作電路組成，在連接電源之后，多諧振蕩設(shè)備開始工作，可以發(fā)射出1.52.5kHz左右的聲音數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)而阻抗匹配設(shè)備開始作用于電壓蜂鳴片產(chǎn)生聲音進(jìn)行報(bào)警。后者電磁式主要是由振蕩設(shè)備、電磁鐵、線圈以及設(shè)備外殼等構(gòu)成。在連通電源之后，振蕩設(shè)備發(fā)出的聲音數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)工作線圈，令工作線圈形成一個(gè)點(diǎn)磁場(chǎng)，膜片由于受到工作線圈以及電磁鐵的作用效果，就可以規(guī)律性的開始振動(dòng)發(fā)出聲音。在本次設(shè)計(jì)中，筆者選用了后者電磁式，當(dāng)檢測(cè)距離低于之前設(shè)置的距離大小的時(shí)候，蜂鳴設(shè)備就可以振動(dòng)發(fā)聲開始報(bào)警。電磁式發(fā)聲原理是使用電流通過(guò)工作線圈，令工作

27、線圈形成了電磁場(chǎng)，進(jìn)而作用于振動(dòng)膜開始振動(dòng)發(fā)聲，因此必須有足夠大的電流，蜂鳴設(shè)備才可以正常工作，這里使用的是PNP型三極管9012來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，單片機(jī)只需要輸出一個(gè)低電平就可以使三極管導(dǎo)通來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 圖4-4 蜂鳴器工作電路原理圖4.3 HC-RS04超聲波測(cè)距模塊超聲波進(jìn)行距離測(cè)量，是按照超聲脈沖發(fā)射往返的時(shí)間差來(lái)工作的，其系統(tǒng)框架流程圖如下圖4-5所示。定時(shí)器控制計(jì)算傳輸調(diào)制40k振蕩超聲波發(fā)射計(jì)時(shí)增益放大超聲波接收障礙物圖4-5 系統(tǒng)框架流程圖模塊的基本工作原理是：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出40kHz的信號(hào)，這是數(shù)字信號(hào)，傳到發(fā)射探頭接受時(shí)，接受探頭發(fā)射超聲波，這是模擬信號(hào)。接受時(shí)，接受探頭收到超聲

28、波，這是依然是模擬信號(hào)。傳到接受模塊，經(jīng)過(guò)放大，整形，檢波等得到一個(gè)高電平，這時(shí)是數(shù)字信號(hào)。把這個(gè)信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)作。4.4按鍵設(shè)置電路單片機(jī)鍵盤分為獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤：獨(dú)立鍵盤上每個(gè)I/O口只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端則接電源或接地，這種接法能夠使系統(tǒng)更加穩(wěn)定且程序簡(jiǎn)單；矩陣式鍵盤相對(duì)來(lái)說(shuō)接法程序就會(huì)比較復(fù)雜，不過(guò)矩陣式鍵盤占用的I/O少。在本次設(shè)計(jì)中我采用的是獨(dú)立式鍵盤接法。它主要是根據(jù)單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低，以此來(lái)判斷是否有鍵按下。當(dāng)將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)沒(méi)有鍵按下的時(shí)候I/O口會(huì)保護(hù)高電平。而當(dāng)有鍵按下的時(shí)候，I/

29、O口會(huì)與地短路從而迫使I/O口變?yōu)榈碗娖?。按鍵釋放以后，單片機(jī)的內(nèi)部上拉電阻會(huì)使I/O口依然保持在高電平。此時(shí)只要通過(guò)對(duì)程序中此I/O口的電平狀態(tài)進(jìn)行查詢我們就能夠了解到是否存在按鍵動(dòng)作了。用單片機(jī)對(duì)鍵盤進(jìn)行處理時(shí)會(huì)涉及到了一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，那便是鍵盤的去抖動(dòng)。這里的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)造成的電平不穩(wěn)定現(xiàn)象，這是正常的現(xiàn)象，在按鍵時(shí)是無(wú)法避免的。這種抖動(dòng)一般10200毫秒之間，這短暫的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)是太快了，然后對(duì)于時(shí)鐘是微秒計(jì)算的單片機(jī)來(lái)說(shuō)卻是慢長(zhǎng)的過(guò)程。硬件去抖動(dòng)是依靠部分電路對(duì)抖動(dòng)部分進(jìn)行處理，而軟件去抖動(dòng)并不是真正意義的去掉抖動(dòng)，而是避開抖動(dòng)的時(shí)間，等到鍵盤穩(wěn)定以后再去處理。所以我們選擇了軟件去抖動(dòng)。硬件