汽車防碰撞電路

1、大學(xué)生科技創(chuàng)新活動汽車倒車防碰撞電路設(shè)計(jì) 摘要 本論文介紹的是利用超聲波測距法設(shè)計(jì)的一種倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)作為控制核心，由超聲波模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，電源模塊和報(bào)警顯示模塊等幾個模塊所組成的汽車倒車防碰撞電路系統(tǒng)。主要利用超聲波的特性，將超聲波測距系統(tǒng)和STC89C52單片機(jī)結(jié)合于一體，設(shè)計(jì)出一種基于STC89C52單片機(jī)的汽車倒車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和易操作的特點(diǎn)。關(guān)鍵字 單片機(jī) 超聲波 STC89C52引言隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國汽車的擁有量在大幅增加，其數(shù)量已經(jīng)躋身到世界各國的前列，與此同時(shí)也造成道

2、路擁堵，交通事故頻發(fā)，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大的損失。安全駕駛已然成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，其中汽車防碰撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和需求顯得非常重要和迫切。針對這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快、可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)且較為經(jīng)濟(jì)的汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)勢在必行。所謂的汽車倒車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)即是俗稱的倒車?yán)走_(dá)，是汽車泊車輔助裝置。在汽車倒車時(shí)，倒車?yán)走_(dá)采用超聲波測距原理探測汽車尾部離障礙物的距離。當(dāng)汽車尾部離障礙物的距離達(dá)到探測的報(bào)警范圍時(shí)，倒車?yán)走_(dá)通過一些人性化的提示來給駕駛員發(fā)出預(yù)警，以警示駕駛員，輔助駕駛員安全倒車，為駕駛員的倒車安全提供保證和方便。汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強(qiáng)度，降低

3、倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)、判斷和操作失誤而引起的事故，同時(shí)它將對提高汽車智能化水平和最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。因此有市場需求的產(chǎn)品，必然會帶動產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在市場上的的倒車?yán)走_(dá)種類較多。幾乎道路上的所有的中高檔小轎車都配置有各種倒車?yán)走_(dá)。需求的提高必然會迫使產(chǎn)品的技術(shù)不斷更新。本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的倒車防碰撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用通用型單片機(jī)作為核心控制器，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，利于商品化生產(chǎn)。在此設(shè)計(jì)過程中將研究的主要方向集中到超聲波測距的應(yīng)用和如何使用單片機(jī)來控制整個系統(tǒng)。超聲波在現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用

4、也是很廣泛的。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦?，反射，折射，干涉，衍射，散射。與物理緊密聯(lián)系，應(yīng)用靈活。并且更適合與高溫，高粉塵，高濕度和高強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下工作。 超聲波可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點(diǎn)。超聲波測距是利用計(jì)算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸來測量距離的，對被測目標(biāo)無損害，而且超聲波傳播速度在相當(dāng)大范圍內(nèi)與頻率無關(guān)。超聲波的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的重視。因此，本次設(shè)計(jì)所要研究的幾個方面是很有意義的。既能把以前所學(xué)習(xí)的電子電路技術(shù)回顧，又能使用單片機(jī)的控制理論來講這些模塊綜合到一起，使它們能夠完成特定的功能，

5、最有趣的是學(xué)習(xí)了超聲波測距這種傳感技術(shù)。我覺得能夠運(yùn)用目前所學(xué)到的知識來解決一些問題就是這次課程設(shè)計(jì)意義的所在。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求及主要功能設(shè)計(jì)要求是設(shè)計(jì)一種能自動探測汽車與物體距離，在距離小于設(shè)定值能夠報(bào)警的防撞電路。電路主要以超聲波傳感器、信號接收處理電路、單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路等組成。主要功能是所設(shè)計(jì)的智能避障小車，它是以STC89C52作為主控制器，用超聲波模塊來測量小車與障礙物之間的距離，并將信號發(fā)給主控制器。用L298N芯片驅(qū)動直流電機(jī)，執(zhí)行主控制器命令，控制小車的前進(jìn)，并用LED燈和蜂鳴器報(bào)告檢測出前方有障礙物。在小車的行進(jìn)過程中按照超聲波測距模塊的測量范圍在四位

6、數(shù)碼管上相應(yīng)的顯示出小車與障礙物之間的距離。并且當(dāng)其測量距離小于預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器會發(fā)出警報(bào)，小車停止前進(jìn)。1.2 系統(tǒng)功能模塊定義根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我按照由主及次的原則大致勾勒出該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，需要如下所示的幾個模塊：51單片機(jī)最小系統(tǒng)超聲波測距模塊數(shù)碼管顯示模塊蜂鳴器報(bào)警模塊直流電機(jī)驅(qū)動模塊電源模塊電源模塊1.3 總體方案本次設(shè)計(jì)的防碰撞小車，設(shè)計(jì)思路如下：采用與MCS系列完全兼容的STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能、COMS微處理器。片內(nèi)具有8字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫Flash存儲器，256×8位內(nèi)RAM，STC89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積

7、，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。驅(qū)動采用L298N這款芯片，主要的特點(diǎn)是功率強(qiáng)大，可以加載高達(dá)46V的電壓，并且提供兩組IN口便于對兩個輪子進(jìn)行PMW速度調(diào)制控制。超聲波模塊采用計(jì)時(shí)器中斷計(jì)時(shí)的方法，算法簡單有效，并且程序中采取超時(shí)控制防止出現(xiàn)無限大的數(shù)據(jù)，在允許的測量范圍內(nèi)以增加測量的精確度。電源模塊采用六節(jié)干電池 (9V) 串聯(lián)做電源，利用LM2940芯片轉(zhuǎn)換成5V穩(wěn)定電壓為小車的各個模塊供電。功率上達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且是很好的穩(wěn)定的直流電源，避免了電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)化時(shí)出現(xiàn)的電流不穩(wěn)定現(xiàn)象，一定程度上降低了電路的復(fù)雜程度。LED與蜂鳴器的設(shè)計(jì)發(fā)揮了安全的報(bào)警作用，有較強(qiáng)的實(shí)用性，為系統(tǒng)人性化設(shè)計(jì)增

8、添了色彩。具體實(shí)施辦法如下：(1) 在小車前進(jìn)過程中STC89C52芯片向超聲波傳感器模塊Trig口發(fā)送長度大于10us的脈沖信號，使超聲波發(fā)射電路工作向前方發(fā)送超聲波進(jìn)行測量，此時(shí)STC89C52芯片中定時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)；當(dāng)超聲波遇到障礙物反射被，超聲波接收電路收到反射波時(shí)，將測得的高電平信號通過Echo口傳給主控制器，只有出現(xiàn)低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器開始中斷計(jì)時(shí)STC89C52根據(jù)時(shí)間差值檢測法公式：S =T *1.7/10 (cm) 計(jì)算出距離。(2) 主控芯片STC89C52根據(jù)設(shè)定的報(bào)警距離判斷前方是否出現(xiàn)了障礙物，如果判斷是，則驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警，小車停止前進(jìn)。(3) 利用主控芯片分別對兩個直

9、流電機(jī)發(fā)送連續(xù)的具有一定占空比的矩形脈沖進(jìn)行PWM小車速度調(diào)制，在沒有障礙物的情況下，車輪直流電機(jī)收到一定的脈沖寬度則小車走的是勻速直線運(yùn)動；當(dāng)STC89C52芯片判斷出有障礙物時(shí)，則小車得到脈沖寬度為零的PWM，從而達(dá)到避障的目的。2 系統(tǒng)硬件單元設(shè)計(jì)2.1 主控單元電路設(shè)計(jì)2.1.1 主控芯片介紹本次的設(shè)計(jì)采用的是STC89C52單片機(jī)，它是40個引腳的雙列直插式封裝形式，各個引腳功能說明如圖2.1所示。 圖2.1 STC89C52芯片管腳圖VCC：電源，接+5VGND：接地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時(shí)，引腳

10、用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部

11、上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳將持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96個晶振

12、周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個AL

13、E 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：(1)MCS-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1，52子系列有三個，還有一個定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2。(2)每個定時(shí)/計(jì)數(shù)器既可以對系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，也可以對外部信號計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，通過編程設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。(3)每個定時(shí)/計(jì)數(shù)器都有多種工作方式，其中T0有四種工作方式；T1有三種工作方式，T2有三種工作方式。通過編程設(shè)置其方式寄存器TMOD可設(shè)定定時(shí)器工作

14、于某種方式，方式寄存器TMOD格式見表2.1所示。表2.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMODGATEC/M1M2GATEC/M1M2門 控開/關(guān)計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇門 控開/關(guān)計(jì)數(shù)/定時(shí)方式選擇 T1 T0 GATE：門控信號。GATE=0，TRx=1時(shí)即可啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作，是一種自啟動的方式；GATE=1,TRx=1, =1時(shí)才可啟動定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作。即是引腳加高電平啟動，是一種外啟動方式。C/：定時(shí)或計(jì)數(shù)方式選擇位，當(dāng)C/=1時(shí)工作于計(jì)數(shù)方式；當(dāng)C/=0時(shí)工作于定時(shí)方式。M1、M0：為工作方式選擇位，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的四種工作方式由M1M0設(shè)定。(4) 每一個定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)時(shí)間到

15、時(shí)產(chǎn)生溢出，使控制寄存器TCON中相應(yīng)的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理：TF1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1計(jì)滿時(shí)，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T1中斷。進(jìn)入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的啟動位，可由軟件置位或清零，當(dāng)TR1=1時(shí)啟動；TR1=0時(shí)停止。TF0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0計(jì)滿時(shí)，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T0中斷。進(jìn)入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的啟動位，可由軟件置位或清零，當(dāng)TR0=1時(shí)啟動；TR0=0時(shí)停止。中斷：STC89C52有6個中斷源：兩個外部中

16、斷（ 和），三個定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。2.1.2 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)(1) 整體電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)的整體電路圖見論文后面的附錄。(2) 復(fù)位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即 4.755.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器

17、穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。復(fù)位電路圖見下圖2.2所示。圖2.2 復(fù)位電路圖圖2.3振蕩電路圖(3)振蕩電路晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它會組成并聯(lián)諧振電路 。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就波振蕩電路，由于晶振等效為電感頻率范圍很窄所以即使其它參數(shù)元件很大，這個震蕩器的頻率也不會有

18、很大變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。振蕩電路圖見圖2.3。2.1.3 電源電路穩(wěn)壓電源是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高有效率的開關(guān)電源所取代，特別是單片機(jī)開關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為

19、設(shè)計(jì)新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。本設(shè)計(jì)采用的是6節(jié)1.5V的干電池串聯(lián)組成電源，然后使用LM2940穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為單片機(jī)的使用電壓。圖2.4電源電路圖 2.2 超聲波測距單元設(shè)計(jì)2.2.1 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的測距單元電路主要采用超聲波傳感器模塊HC-SR04，達(dá)到基本的測距功能。該模塊可提供2-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度高達(dá)3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器與控制電路。2.2.2 超聲波測距的基本原理超聲波是高于聽覺頻率閾值的機(jī)械波，其頻率在104Hz1012Hz 之間。超聲波具有直線傳播特性，頻率越高，反射能力越強(qiáng)，而繞射能力越弱，表現(xiàn)出更強(qiáng)的方向性。利用超聲波的

20、這種特性，采用時(shí)間差值檢測法(常稱渡越時(shí)間檢測法)進(jìn)行距離的測量。其工作原理是：聲波發(fā)射探頭向介質(zhì)發(fā)射超聲波，聲波遇到目標(biāo)后有反射回波作用到接收探頭，測量發(fā)射時(shí)刻與接收時(shí)刻的時(shí)間差T，然后根據(jù)以下公式計(jì)算距離S：S=CT/2 其中C 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(m/s)。由于超聲波在空氣中傳播速度與溫度有關(guān)。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。空氣中的聲速C 與溫度T(單位：°C)的關(guān)系可以表示為：C331.45+0.607T 2.2.3 超聲波收發(fā)電路(1)超聲波發(fā)射電路:經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量當(dāng)加在40KHz 超聲波探頭的激勵電流大于30mA 時(shí)，測量距離將不在增加，只有通過升壓的

21、辦法來加大激勵能量。驅(qū)動電路采用通用的升壓芯mc34063 將5V 電壓升壓到40V，然后作為驅(qū)動三極管的電源電壓。由STC89C52 單片機(jī)產(chǎn)生的10個脈沖信號送入三極管Q1 基極， 經(jīng)Q1、Q2 功率放大，最后驅(qū)動發(fā)射超聲波探頭工作。發(fā)射電路如圖2.5所示。 圖2.5 超聲波發(fā)射電路(2)超聲波接收電路:超聲波在空氣中傳播，遇到目標(biāo)物體反射的回波信號，加到超聲波接收探頭上，由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生微弱電壓信號，輸出的這種回波信號是mV 級甚至更低的電壓信號，必須要經(jīng)過放大電路的信號放大才能進(jìn)行進(jìn)一步處理。集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外

22、遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路如圖2.6所示。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖2.6 超聲波接收電路2.2.4 模塊端口功能介紹VCC接5V電源。GND接地。TRIG觸發(fā)控制信號。ECHO回響信號輸出。在操作中采用IO口的TRIG觸發(fā)測距，提供至少10us的高電平信號。該模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。若有信號返回，則通過ECHO引腳輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間便是超

23、聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。2.3 小車電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)2.3.1 驅(qū)動控制芯片的介紹(1)主要特性：L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是工作電壓高， 最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端， 使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。L298N內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)

24、動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。(2)引腳排列及功能：L298N采用15腳Multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。內(nèi)部包含：兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器A與B（每個全橋由4只PNP型三極管構(gòu)成）；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。引腳排列如圖2.7所示。圖2.7 L298N引腳圖2.3.2 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)小車驅(qū)動電路是由L298N芯片和74HC04反相器組成，L29

25、8N的IN1和IN2口分別接反相器的正反相得引腳，然后接到主控芯片的P35，P36口，IN3和IN4接法一致；ENABLE腳是使能端，用于接收主控芯片輸出的PWM信號，控制小車的速度；OUT口接直流電機(jī)，是L298處理過的信號電流，驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動；SENGSING口和GND口是接地，Vs和Vss是電源接口，是小車運(yùn)動的能量源。驅(qū)動電路圖如圖2.8所示。用L298驅(qū)動兩臺直流減速電機(jī)的電路。引腳6，9可用于PWM控制。本設(shè)計(jì)項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則將5，10和7，12兩對引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個端口給出PWM信號控制6，11即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動作。電機(jī)的速度通過PWM (

26、 脈沖寬度調(diào)制 )來調(diào)節(jié)。對直流電動機(jī)電壓的控制和驅(qū)動中，L298N在使用上可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。在線性放大驅(qū)動方式中，半導(dǎo)體功率器件L298N工作在線性區(qū)。那么采用PWM脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)就是：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小。當(dāng)然也存在缺點(diǎn)，例如：功率芯片工作在線性區(qū)會發(fā)生功率低和散熱問題嚴(yán)重。 圖2.8 驅(qū)動電路圖 2.3.3 小車PWM速度調(diào)節(jié)PWM( Pulse Width Modulation )是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓

27、力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。如圖2.9所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為，則電機(jī)的平均速度為50%，最大速度100%，最小速度0。在本次設(shè)計(jì)中為了能使超聲波模塊更加精確的測距，我選擇了較小的占空比來降慢速度。 圖2.9 PWM方波2.4 報(bào)警顯示模塊設(shè)計(jì)2

28、.4.1 報(bào)警電路小車所使用的報(bào)警器是蜂鳴器。當(dāng)小車離障礙物之間的距離小于預(yù)警值時(shí)，蜂鳴器會發(fā)出聲音報(bào)警。蜂鳴器會一直報(bào)警直到小車與障礙物之間的距離大于預(yù)警值。下圖2.10即為小車的報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖。圖2.10 蜂鳴器報(bào)警電路2.4.2 顯示單元電路顯示單元能夠直觀的看出小車與障礙物之間的距離，包括行進(jìn)過程中和報(bào)警停車的位置與障礙物之間的距離?，F(xiàn)有以下三種方案：方案1：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.方案2：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字

29、、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符。1602的驅(qū)動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實(shí)效果如：清屏、左移右移、光標(biāo)顯示。但是對于只顯示三位溫度值顯得浪費(fèi)，又考慮到其價(jià)格較高，運(yùn)用起來的復(fù)雜性，所以也不用此來顯示。方案3：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)字顯示器件，通過控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動電路驅(qū)動相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設(shè)計(jì)應(yīng)采用動態(tài)顯示方式。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時(shí)間

30、應(yīng)不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機(jī)的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應(yīng)用數(shù)碼管顯示。綜合比較上述三種方案，結(jié)合實(shí)際的測量范圍我采用數(shù)碼管顯示來組成本設(shè)計(jì)的顯示模塊。驅(qū)動電路如下圖2.11所示： 圖2.11 數(shù)碼管顯示電路 上圖電路由74LS245和四位一體數(shù)碼管組成，然后它的引腳統(tǒng)一由主控單元控制。下面分別介紹一下他們的特性及用法。74LS245：三態(tài)輸出的總線收發(fā)器。用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)80

31、51單片機(jī)的P0口總線負(fù)載達(dá)到或超過P0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當(dāng)片選端CE低電平有效時(shí)，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸，此為接收狀態(tài)；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸，此為發(fā)送狀態(tài)。當(dāng)CE為高電平時(shí)，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時(shí)，74LS245輸入（P0.1D1），其它時(shí)間處于輸出（P0.1D1）。 數(shù)碼管：數(shù)碼管按段數(shù)

32、可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到電流約10mA左右的電壓端，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)

33、，相應(yīng)字段就不亮。本設(shè)計(jì)我選用的是四位一體共陰極數(shù)碼管來顯示。3 系統(tǒng)軟件單元設(shè)計(jì)3.1 軟件實(shí)施流程圖主要完成超聲波的產(chǎn)生、計(jì)時(shí)、計(jì)算以及結(jié)果顯示的功能，它包括主程序、計(jì)算子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序以及定時(shí)中斷子程序。主程序主要完成寄存器、變量等的初始化、超聲波的出發(fā)以及部分子程序的調(diào)用。中斷子程序是用來響應(yīng)回波信號，當(dāng)有回波信號時(shí)，立即停止計(jì)時(shí)，然后轉(zhuǎn)入計(jì)算程序。程序流程圖如圖3.1所示。 圖3.1 系統(tǒng)軟件流程圖4 總體調(diào)試4.1 總體電路圖 圖4.1 總體電路圖4.2 調(diào)試步驟按照總體電路圖的設(shè)計(jì)，將各個模塊電路與主控單元電路依次連接好。詳細(xì)步驟如下：(1)首先測試各個模塊電路的工作情況，并且做下記錄。(2)在保證各個模塊能正常工作的前提下，按照總體電路圖，將各個模塊的端口對應(yīng)好組裝在一起，為整個電路系統(tǒng)提供電源。(3)將已經(jīng)編譯成功的程序下載到STC89C52單片機(jī)中。(4)打開電源開關(guān)，設(shè)定好報(bào)警距離(10-150cm)，然后開始測試。(5)小車開始行進(jìn)，設(shè)定報(bào)警距離為30cm，當(dāng)小車與障礙物之間的距離小于30cm時(shí)，小車的報(bào)警蜂鳴器發(fā)出聲響。4.3 調(diào)試結(jié)果按照上述步驟測試后，小車能夠按照設(shè)定的預(yù)警距離報(bào)警并且停車，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。5 制作過程問題與分析在本次設(shè)計(jì)的過程中，