基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計說明

1、 PAGE38 / NUMPAGES43題 目 基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)論文設(shè)計任務書一、畢業(yè)論文設(shè)計題目基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計 二、畢業(yè)論文設(shè)計工作自 2016 年 1 月 10 日 起至 2016 年 6 月 15 日止三、畢業(yè)論文設(shè)計進行地點: 理工學院 四、畢業(yè)論文設(shè)計的容要求： 基于單片機的超聲波脈沖測距原理，利用超聲波的反射測量距離設(shè)計一倒車防撞系統(tǒng)，在 整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的距離，并用數(shù)字顯示出來，在倒車到極限距離時會發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車，如果和制動系統(tǒng)聯(lián)系在一起也可以形成自動剎 車。（應包括方案設(shè)計、比較與論證、分析

2、與計算、電路圖與相關(guān)設(shè)計文件以與心得體會 等）。 五、畢業(yè)論文設(shè)計應收集資料與參考文獻： 收集單片機編程、超聲波測距等方面的專業(yè)資料，閱讀和學習下列參考文獻： 1齊,杜群貴.單片機應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M.電子工業(yè).2007 2胡瑞,周錫青.基于超聲波傳感器的測距報警系統(tǒng)設(shè)計J.科技信息,2009 3于京.51系列單片機C程序設(shè)計與應用方案M.中國電力.2002. 4齊，杜群貴.單片機應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M.電子工業(yè).2004 5占林,洪梅.超聲波測距系統(tǒng)誤差分析與修正J.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟 , HYPERLINK :/210.29.193.4/kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode

3、=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=GWCL*2006*02&NaviLink=%e5%9b%bd%e5%a4%96%e7%94%b5%e5%ad%90%e6%b5%8b%e9%87%8f%e6%8a%80%e6%9c%af t _blank 20026宋明耀.提高超聲波測距精度的設(shè)計J.測試測量.2004 六、畢業(yè)論文設(shè)計的進度安排： 1月10日3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開題報告。 3月21日4月20日：完成系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計并提交中期檢查報告。 4月21日5

4、月20日：完成整體設(shè)計并調(diào)試，準備作品驗收。 5月21日6月15日：撰寫、修改畢業(yè)設(shè)計論文，準備并完成答辯。 指導教師簽名 系(教研室)主任簽名專業(yè)負責人簽名批準日期基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計摘要本設(shè)計介紹了基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計，硬件部分以單片機STC89C52為主要控制模塊，以超聲波測距模塊HC-SR04為測距系統(tǒng)，用數(shù)碼管顯示出車尾與障礙物之間的距離，用鍵盤設(shè)置蜂鳴器報警的最小距離，當超聲波測到的距離小于報警距離時，蜂鳴器發(fā)出報警聲音，并且使制動系統(tǒng)停止工作，完成自動剎車功能。軟件設(shè)計部分主要是利用C語言來編寫程序，將調(diào)試好的程序下載到單片機中，最終實現(xiàn)倒車防撞功能。測

5、量圍為2cm-500cm,完全滿足汽車倒車需求，最小報警距離可以在1cm-400cm之間任意設(shè)置。關(guān)鍵詞STC89C52單片機 HC-SR04 超聲波測距模塊 LED顯示Design of Auto Reverse Collision Avoidance System Based on Single Chip MicrocomputerAbstract：This design is introduced theauto reverse collision avoidance system based on single chip microcomputer.Hardware part is S

6、TC89C52 microcontroller which as the main control module, ranging system forhc-sr04 ultrasonic ranging module, using digital tube display the distance between the vehicle tail and obstacles, the keyboard buzzer was used to alarm minimum distance. Buzzer alarming when the actual distance have been le

7、ss than the distance alarm, and make the braking system stop working, complete automatic braking function. The software part using C language to writethe program, the debugger will be downloaded to the microcontroller, and ultimately to achieve the reverse collision function. The measuring range is

8、2cm-500cm, fully satisfied the needs of the car reverse, the minimum alarm distance can be arbitrarily set between 1cm-400cm.keyword：STC89C52 microcontroller HC-SR04 ultrasonic ranging module LED display目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc10580 1 緒論 PAGEREF _Toc10580 1 HYPERLINK l _Toc6363 1.1 項目研究背景與意

9、義 PAGEREF _Toc6363 1 HYPERLINK l _Toc32753 1.2 超聲波原理 PAGEREF _Toc32753 1 HYPERLINK l _Toc27615 1.3 電機工作原理 PAGEREF _Toc27615 4 HYPERLINK l _Toc15862 2 方案論證 PAGEREF _Toc15862 5 HYPERLINK l _Toc22972 3 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc22972 6 HYPERLINK l _Toc5431 3.1 主控制模塊 PAGEREF _Toc5431 6 HYPERLINK l _Toc10134 3.

10、2 顯示電路 PAGEREF _Toc10134 6 HYPERLINK l _Toc3702 3.3 鍵盤電路 PAGEREF _Toc3702 7 HYPERLINK l _Toc31370 3.4 報警電路 PAGEREF _Toc31370 7 HYPERLINK l _Toc9252 3.5 超聲波測距電路 PAGEREF _Toc9252 8 HYPERLINK l _Toc11779 3.6 電源電路 PAGEREF _Toc11779 9 HYPERLINK l _Toc19408 3.7 制動電路 PAGEREF _Toc19408 10 HYPERLINK l _Toc45

11、75 4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc4575 12 HYPERLINK l _Toc11328 4.1 主程序設(shè)計 PAGEREF _Toc11328 12 HYPERLINK l _Toc30369 4.2 超聲波測距子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc30369 13 HYPERLINK l _Toc27996 4.3 數(shù)碼管顯示子程序 PAGEREF _Toc27996 14 HYPERLINK l _Toc24640 4.4 鍵盤子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc24640 14 HYPERLINK l _Toc14406 4.5 定時器子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc1

12、4406 15 HYPERLINK l _Toc15440 4.6 EEPROM子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc15440 16 HYPERLINK l _Toc29011 5 硬件調(diào)試與分析 PAGEREF _Toc29011 18 HYPERLINK l _Toc7832 5.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc7832 18 HYPERLINK l _Toc17098 5.2 結(jié)果分析 PAGEREF _Toc17098 18 HYPERLINK l _Toc24415 致 PAGEREF _Toc24415 20 HYPERLINK l _Toc1679 參考文獻 PAGEREF

13、 _Toc1679 21 HYPERLINK l _Toc4325 附錄A：外文翻譯 PAGEREF _Toc4325 22 HYPERLINK l _Toc19999 附錄B:整體電路源程序 PAGEREF _Toc19999 29 HYPERLINK l _Toc11754 附錄C：元器件清單 PAGEREF _Toc11754 35 HYPERLINK l _Toc914 附錄D：整體電路設(shè)計原理圖 PAGEREF _Toc914 36 HYPERLINK l _Toc12594 附錄E：實物展示圖 PAGEREF _Toc12594 371 緒論1.1 項目研究背景與意義隨著現(xiàn)代社會經(jīng)

14、濟的迅速發(fā)展，人們生活水平越來越好，交通運輸業(yè)日益興旺，汽車成為現(xiàn)代人類生活出行的必要產(chǎn)品。隨著汽車數(shù)量大幅度攀升，交通擁擠狀況越來越嚴重，撞車事件有贈無減，造成不計其數(shù)的人員傷亡和經(jīng)濟損失。針對上面介紹的這種情況，設(shè)計一種可以有效減少汽車事故的汽車防撞系統(tǒng)已經(jīng)在所難免。在常見的汽車倒車裝置上采用基于單片機的測距，將軟、硬件相結(jié)合，通過數(shù)字顯示電路顯示障礙物與車輛保險杠之間的間距，當?shù)管囆∮谧钚【嚯x時，發(fā)出急促的警報聲，提醒駕駛員剎車，減少了駕駛員在駕車過程中的事故發(fā)生率，并且?guī)椭鷾p少汽車行駛在過程中視覺死角和光線模糊等不利條件，大大提高了行車過程中的安全性。將此系統(tǒng)利用到社會交通運輸業(yè)中一定

15、會減少事故的發(fā)生，為人類安全事業(yè)做出更大貢獻。由于超聲波的波速比較小，其傳播時間也就比較長。當它較長時，就更加容易產(chǎn)生區(qū)別，這樣的測量能增加準確性，其方向性也比較好、強度容易控制，因而可以利用超聲波對距離進行檢測。超聲波測距是一種利用聲波反射、折射特性與電子計數(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量方法。超聲波測距在很多地方有特別顯著地優(yōu)勢，因此像超聲波測距這種非接觸式的快速測量方法能夠在更多場合和多種環(huán)境比較惡劣的情況下使用。通常所設(shè)計的關(guān)于汽車防撞系統(tǒng)主要由核心的控制器、顯示器、超聲波發(fā)射接收模塊、報警器設(shè)備等四個部分組成。傳感器發(fā)送和接受超聲波方波信號，并將接收到的信號接收回來，當經(jīng)過處理之后再次

16、表示出來。超聲波傳感器裝在汽車的后保險杠上，不停的發(fā)出超聲波檢查障礙物，能探索到很多物體，如馬路邊沿，花壇，蹲在車后小孩等：顯示設(shè)備裝在駕駛員座位的儀表盤上，顯示出汽車車尾距離后面障礙物還有多少米，一旦小于設(shè)定的最小距離時，蜂鳴器就開始發(fā)出報警聲音，提醒司機停車1。1.2 超聲波原理聲音是與人類的生活密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。人類的聽覺是有一定圍的，當聲音頻率變大時(根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為20000赫茲)，人類的聽覺就會分辨不到周圍聲音的存在，這就是人們通常所說的“超聲波”。通過超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波信號，根據(jù)接收傳感器器接到超聲波時與超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波信號的時間之差就可以計

17、算出兩物體之間的距離了。這與雷達測距的原理很相似。(s=340t/2，是計算出超聲波發(fā)射的點與障礙物之間距離(s)的公式，超聲波的波速與聲音速度相似，所以系數(shù)為340，而二分之一倍則是因為超聲波發(fā)生了反射，而t則是單片機部的定時器自己記錄的時間)。超聲波是一種通過壓電效應或磁致伸縮效應產(chǎn)生的、頻率在20000HZ以上的聲波：它的能量集中性較好、同時又具有光的一系列特征，比如常見的直線傳播、反射折射等2。這樣使得超聲波測距傳感器因其良好的性能、便宜的價格、簡單的計算公式，在移動機器人定位系統(tǒng)、車輛雷達、車輛安全，以與油井、倉庫的探測中等地方有大量應用3。超聲波的特性有：（1）吸收特性超聲波在各種

18、物質(zhì)中傳播時，當距離超過超聲波所能有效傳播的圍時，超聲波的能量就會被削弱，這是因為介質(zhì)可以吸收掉超聲波的一部分能量，使得超聲波的應用受到了極大的限制。當作用于同一種材料的物質(zhì)時，如果作用在物體本身的聲波頻率很高，那么它對超聲波的吸收能力就越強。如果一個聲波的頻率是固定的，那么在不同的物質(zhì)中其吸收能力不同，例如：在空氣中傳播時它的吸收能力非常強，在水中傳播時吸收能力相對減弱，在固體中傳播時吸收是非常小的4。（2）超聲波的聲壓特性當聲波進入某物體時,由于超聲波的份子共振，使物質(zhì)分子之間產(chǎn)生相互吸合或相互分離的自然作用，使物質(zhì)各個份子之間所受的壓力發(fā)生變化。既可以完成發(fā)射超聲波，又可以接收超聲波的集

19、成器件就是超聲波傳感器。超聲波探頭主要由數(shù)個壓電晶片構(gòu)成，既可以發(fā)射信號，也可以接收信號。小功率的超聲波探頭多用作探測距離、物體等方面。超聲波探頭的核心器件是就是所謂的壓電晶片，如上段中提到的作用，有很多種材料都可以構(gòu)成晶片。由于晶片的直徑寬度和厚度大小是不一樣的，因此每個探頭的性能都是不一樣的，在利用超聲波時，應該注意了解清楚它的功能。超聲波傳感器的主要性能指標包括： （1）靈敏度。主要是由晶片本身的材料性能決定的。（2）工作頻率。超聲波傳感器的頻率與其晶片的共振頻率相等。也就是當加到它兩個端口的交流電壓和各個晶片的共振頻率一樣達到其共振頻率時，此時也是超聲波傳感器輸出信號各種特性最好的時候

20、。（3）工作溫度。由于壓電材料的制作物比較特殊，不但工作溫度非常低，而且其居里點比一般物質(zhì)高?？梢员３珠L時間的有效工作，并且其超聲波探頭使用功率比較小。醫(yī)療用的超聲波探頭溫度比一般的超聲波探頭高，那么其正常工作就需要其他設(shè)備來維持。為了充分的將超聲波利用到人類社會的發(fā)展中，大量的超聲波發(fā)生器被開發(fā)出來。從產(chǎn)生方式上來講，超聲波發(fā)生器可以分為兩種類型：即電氣型和機械型，這為今后開發(fā)超聲波的價值提供了基礎(chǔ)。他們的工作方式不同，不同的產(chǎn)生超聲波的輸送頻率、工作功率和聲波衰減等特性是各不一樣的。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。超聲波是一種在介質(zhì)中的機械振蕩波，超聲波頻率超過20KHz?？傮w上，可以

21、分為橫向振蕩和縱向振蕩兩種振蕩方式，在不同的介質(zhì)中振蕩方式是不同的。而且超聲波可以在固體、液體與氣體中傳播，其傳播速度在三中物質(zhì)中也是大不一樣的。它具有折射和反射等物理現(xiàn)象，且在傳播過程中有較強的衰減。超聲波的基本特性如下所述：波長波的傳播速度計算方法為頻率乘以波長。波長與其頻率具有很大的關(guān)聯(lián)，在常溫狀態(tài)下，超聲波的波速相當于聲音的傳播速度，這樣大大減少了超聲波測距在后期計算處理方面的復雜性，使得超聲波廣泛的應用于人類社會生活的方方面面。反射要探測到障礙物，就需要障礙物將接收到超聲波反射回來。一些物質(zhì)比如墻壁、金屬，在有效的距離可以將超聲波完全反射回來，這種物體可以很容易通過超聲波來測量；還有

22、一些物質(zhì)不能反射超聲波，而是吸收了大量的超聲波，這種物質(zhì)不能利用超聲波進行測量。同時，由于某些特殊物質(zhì)存在大量的不規(guī)則反射、折射，這些物質(zhì)的測量也很難利用超聲波來進行，這些條件使得超聲波的測量有了較高的要求。利用超聲波的反射特性，使得超聲波可以應用在很多情況下，大大增加了超聲波對于人類社會生活水平的提高。3. 衰減傳播到空氣中的超聲波能量隨著距離的增加而成比例地減弱，這是因為某些容易吸收超聲波能量的介質(zhì)吸收了超聲波能量而使得超聲波能量減弱，這就是上文所講的吸收特性，也是由于衍射現(xiàn)象而導致的在地球表面上的擴散性削弱。當超聲波的頻率較高時，衰減率就越來越高，超聲波的傳播距離也會隨之變短，由此可見超

23、聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器可以檢測的有效距離。超聲波在不同的溫度下、距離下、檢測不同的物質(zhì)時，超聲波的衰減特性不同，如下1.1圖所示，列出了不同頻率的超聲波在不同距離下的衰減特性。 圖1.1 聲壓在不同距離下的衰減特性4靈敏度特性靈敏度是表示聲音接收級的單位，下文論述了靈敏度計算的公式，并且講述了靈敏度的標準和性能。 靈敏度= 20log E/P (dB)式中,“E”為所產(chǎn)生的電壓 (Vrms)，“P”為輸入聲壓(bar)。超聲波測距的準確性直接由超聲波傳感器的靈敏度影響，如圖1.2所示為幾種中常見超聲波傳感器的靈敏度特性表示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)傳感器的聲壓級最高是頻率在40KHz時，這

24、提示我們應該充分利用40KHz時所對應的測距數(shù)據(jù)，使其應用在焦慮最高處，所以本設(shè)計采用超聲波測距模塊發(fā)射了40KHZ的方波。圖1.2 超聲波傳感器靈敏度示意圖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。為了準確地表達輻射，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，用二分之一表示。超聲波設(shè)備的外表面尺寸較小容易獲得較準確的測量數(shù)據(jù)。分析以上研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)超聲波傳感器在40KHz圍工作時能夠產(chǎn)生最高的聲壓級以與最高的靈敏度。其輻射特性如圖1.3所示。 圖1.3 超聲波傳感器輻射特性示意圖1.3 電機工作原理 電機又稱電動機，直流電

25、機的作用是將直流電變?yōu)闄C械能。直流電機有很多優(yōu)點，可以廣泛的應用于機械能驅(qū)動的場合。由于電機中的磁場方向和導線中電流方向不一致，線圈受到電磁力的作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，從而帶動整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這就是電動機的工作原理。下圖1.4所示為常用電機。圖1.4電機實物圖2 方案論證方案一：方案一以STC89C52單片機為主要控制芯片，報警電路采用常用的蜂鳴器，顯示電路采用LCD1602液晶顯示器，制動系統(tǒng)采用直流電機與其驅(qū)動電路，超聲波發(fā)射電路采用由555芯片構(gòu)成的硬件電路,超聲波接收電路由與非門構(gòu)成的硬件電路。發(fā)射電路的主要電路為震蕩電路、調(diào)制電路、激勵電路，在選用555芯片時，選取了負載能力較大的雙極性555，

26、這種芯片部電路由普通NPN 構(gòu)成，相比于部電路由CMOS構(gòu)成的7555，它的帶載能力更強。超聲波接收電路由非門構(gòu)成的一個簡單的振蕩器發(fā)送電路，可由軟件較容易的控制。軟件部分采用C語言來編寫程序，將各個模塊有效的結(jié)合在一起，實現(xiàn)最終硬件功能。方案二：采用STC89C52單片機為主要控制芯片，加上單片機運行必須的復位電路和時鐘電路，以與實現(xiàn)實時顯示所需要的數(shù)碼管與數(shù)碼管驅(qū)動電路，設(shè)置報警距離的鍵盤控制電路，報警電路，還有最重要的超聲波測距電路和控制制動系統(tǒng)自動剎車的直流電機與電機驅(qū)動電路。本設(shè)計的超聲波測距電路采用了已經(jīng)制作好的HC-SR04模塊，鍵盤電路模塊利用獨立鍵盤設(shè)計，用來設(shè)置需要報警的最

27、小距離，報警電路用來發(fā)出報警，單片機的I/O口發(fā)出高電平用來控制超聲波模塊工作。軟件部分仍然應用C語言，采用軟硬件結(jié)合的方式，使各個模塊高效的實現(xiàn)功能，其系統(tǒng)方案設(shè)計如圖2.1所示。制動系統(tǒng)報警電路顯示電路鍵盤電路單片機超聲波發(fā)射超聲波接收障礙物圖2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計框圖方案比較：兩種方案的基本設(shè)計思路是一致的，都是以單片機為核心控制元件。方案一采用了較為傳統(tǒng)的分立元件，而方案二則采用了HC-SR04超聲波測距模塊來實現(xiàn)功能。由于采用HC-SR04模塊可以減少在設(shè)計實物制作方面很多不必要的麻煩，所以方案二更簡潔，方便，體現(xiàn)了現(xiàn)代設(shè)計的快捷，更加節(jié)約時間。方案一的顯示部分采用LCD1602，而方

28、案二的顯示部分采用了四位LED共陽數(shù)碼管。因為本設(shè)計的顯示部分并不需要顯示大量數(shù)據(jù)，所以從節(jié)約環(huán)保方面來考慮，利用數(shù)碼管更合適。綜上所述，方案二更合適，所以選取方案二作為最終設(shè)計方案。3 硬件電路設(shè)計本設(shè)計主要介紹了基于STC89C52單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)，此次設(shè)計以單片機為基礎(chǔ)，以超聲波測距模塊HC-SR04為重要模塊，加上單片機最小系統(tǒng)所必須的復位、時鐘電路，實現(xiàn)了可以實時顯示汽車車尾到障礙物之間距離的數(shù)碼管顯示電路。可以任意設(shè)置報警距離的鍵盤電路，當實際距離小于最小報警距離時，可以實現(xiàn)報警功能的蜂鳴器并且使電機自動停止工作，從而實現(xiàn)了汽車在倒車過程中的自動剎車功能。硬件設(shè)計主要利用仿

29、真軟件proteus和畫圖軟件Altium Designer，將各個模塊和各個元器件用Altium Designer連接在一起，用proteus設(shè)計了本設(shè)計的顯示部分。3.1 主控制模塊本模塊主要以單片機的最小系統(tǒng)模塊為核心，主要包括一個單片機以與單片機的時鐘電路和復位電路。復位電路與單片機的復位引腳（9腳）相連，當?shù)?引腳接收到連續(xù)兩個機器周期以上高電平時，單片機完成初始化操作，復位后單片機部的程序計數(shù)器PC=0000H,即復位后單片機將從頭開始執(zhí)行指令。時鐘電路采用了單片機的片時鐘振蕩方式，TXAL1和TXAL2為兩個外接時鐘引腳，這兩個引腳外接石英晶振和震蕩電容，在本設(shè)計中電容選取22p

30、F，石英晶振選取為12MHZ，時鐘電路為系統(tǒng)工作提供了最基本的保障。最小系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖3.1所示。 圖3.1 主模塊設(shè)計框圖由于本設(shè)計比較簡單，對于單片機的要求不高，在設(shè)計時選取了物美價廉的STC89C52單片機。這種單片機是基于單片機的簡單設(shè)計常用的類型，而且是低功耗、高性能的CMOS材料8位單片機，具有8K Bytes Flash 片程序存儲器，256 byte的RAM，32個I/O口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套等功能，可以完全滿足本設(shè)計的硬件要求8。本設(shè)計的主模塊采用了常用的單片機最小系統(tǒng)，即能使單片機工作的基本電路。3.2 顯示電路本模塊采用四位共陽數(shù)碼管，當數(shù)碼管多位一體時，它們部

31、的公共端是相互獨立的，而負責顯示什么數(shù)字的段選位是連接在一起的，獨立的公共端控制數(shù)碼管多位中的哪一位亮，而連接在一起的段選位可以控制亮什么數(shù)字。將單片機的P1口通過保護電阻與數(shù)碼管的段選位直接相連，將單片機的P34,P35,P36,P37分別與數(shù)碼管驅(qū)動電路相連。數(shù)碼管驅(qū)動電路是由電阻和三極管組成的，其工作原理如下：當單片機部有低電平觸發(fā)三極管PNP基極時，三極管導通，這樣就提供了可以驅(qū)動數(shù)碼管的電壓，否則電壓過小無法驅(qū)動數(shù)碼管位選位。分別選通數(shù)碼管的四位選位后，就可以動態(tài)的控制四個數(shù)碼管的亮滅，使得選用不同的位選時，顯示不同的數(shù)字。共陽數(shù)碼管部8個發(fā)光二極管的所有陽極端是全部連接在一起的，電

32、路在連接時，公共端應該接高電平，因此要使發(fā)光二極管發(fā)光時，需要給另一端口送低電平9。數(shù)碼管部的發(fā)光二極管需要3mA-20mA的直流電流，否則過大會燒壞發(fā)光二極管，過小會使發(fā)光二極管不能工作，所以在P1口加上了1K的上拉電阻，為數(shù)碼管的正常工作提供合適的電流。顯示電路的設(shè)計如圖3.2所示，圖中標號一樣的端口互相連接。圖3.2 顯示模塊框圖3.3 鍵盤電路因為本設(shè)計使用的鍵盤數(shù)目較少，采用三個獨立鍵盤既方便又節(jié)約，還可以減少軟件程序編寫時的復雜性，所以本模塊由單片機的P20,P21,P22三個I/O口分別與三個獨立鍵盤連接實現(xiàn)。本設(shè)計采用的鍵盤為彈性小按鍵，當彈性小按鍵被按下時單片機I/O口接地，

33、松開后表示電路斷開。單片機控制鍵盤工作的原理如下：三個獨立鍵盤其中一端是接地的，另外一端接單片機的I/O口。由于單片機正常工作后，所有的I/O口都被賦予高電平，所以鍵盤的另外一端是接地的。當鍵盤被按下時，單片機的I/O口會變?yōu)榈碗娖?，這種情況下則被認為鍵盤被按下。其模塊框圖如圖3.3所示。 圖3.3 鍵盤模塊框圖3.4 報警電路本模塊用一個電阻，一個三極管和一個蜂鳴器構(gòu)成，與單片機的P23口相連。當單片機的P23口產(chǎn)生低電平時，其對應端口的三極管導通，然后三極管集電極產(chǎn)生可以驅(qū)動蜂鳴器的電壓，蜂鳴器只要達到3V左右的電壓就可以被驅(qū)動，蜂鳴器報警。本設(shè)計采用的三極管是PNP三極管，而不是常用的N

34、PN三極管，因為單片機在上電時所有的I/O口都被置為高電平，這樣使得NPN三極管的基極被高電平驅(qū)動，當三極管工作后，蜂鳴器發(fā)出報警聲。即使用軟件程序?qū)纹瑱CI/O口置低，蜂鳴器在單片機上電的一瞬間也會報警發(fā)出聲音，所以為了防止蜂鳴器沒有規(guī)律的報警，最終采用PNP型三極管和一個10K的電阻作為蜂鳴器的驅(qū)動電路。電阻的作用是當I/O口輸出低電平時，在三級管的基極產(chǎn)生一個可以使三極管導通的電壓。其報警電路的設(shè)計圖如圖3.4所示。圖3.4 報警電路模塊3.5 超聲波測距電路超聲波測距電路采用現(xiàn)成的HC-SR04超聲波模塊，該模塊可提供 2-500cm 的非接觸式測量距離功能，測距的精度可達高到 3cm

35、9。模塊主要包括一個STC11系列單片機，MAX232和TL074芯片，超聲波發(fā)射傳感器、接收傳感器與超聲波發(fā)射、接收控制電路。本設(shè)計采用超聲波的反射原理進行測距檢測，測距時，應將超聲波探頭正對被側(cè)物體，這樣可以使得測量結(jié)果準確。超聲波測距的實物圖如圖3.5所示。 圖3.5超聲波測距實物圖超聲波測距模塊實物的四個引腳連接方式如下：其中VCC 引腳供5V 電源，GND 引腳為地線，TRIG口供觸發(fā)信號輸入，ECHO口用來接收高電平信號。超聲波探測模塊HC-SR04在本設(shè)計中的使用方法如下：單片機的I/O口P32口與模塊的Trig口相連，單片機向模塊的Trig口發(fā)送至少10us的高電平，單片機定時

36、器在高電平開始時開始計數(shù)；HC-SR04模塊自動發(fā)送若干個模塊晶振產(chǎn)生的方波，然后超聲波接收傳感器自動檢測是否有信號返回；當檢測到信號返回時，定時器停止計數(shù)，I/O口向ECHO輸出高電平持續(xù)的時間（通過定時器計時得出的時間）就是超聲波從發(fā)射到接收的時間。測試距離=（高電平時間*340）/ 2，單位為m10。超聲波測距模塊由單片機STC11為主控芯片，還有MAX232和TL074，還有超聲波發(fā)射傳感器和接收傳感器，主控制芯片接入4MHZ晶振，用來產(chǎn)生40KHZ的方波，經(jīng)過MAX232轉(zhuǎn)化電平后，由超聲波發(fā)射傳感器發(fā)出。當方波信號遇到障礙物反射回來后，由超聲波接收傳感器接收，經(jīng)過放大后再次返回到主

37、芯片，這就完成了超聲波模塊的工作流程。 超聲波測距原理圖如圖3.6所示。圖3.6超聲波測距原理圖3.6 電源電路本設(shè)計除電機外的所有元器件均采用5V直流電壓源供電，所以直接采用220V-5V變壓器進行供電（就是通常的手機充電器頭），用數(shù)據(jù)線直接接入電路板的DC電源插口。DC電源插口有三個引腳，其中兩個引腳接地，另外一個接電源。在本設(shè)計中，電源電路中還包含有自鎖開關(guān)和電源接通的指示燈，用數(shù)據(jù)線接通變壓器和DC電源插口后，按下自鎖開關(guān)，電源指示燈亮，整個電路開始工作。電源電路如圖3.7所示。電機的電源采用了12V電壓源供電，12V電壓源由變壓器，整流橋，7012組成，經(jīng)過變壓、整流、濾波這幾個過程

38、后，輸出了穩(wěn)定的12V直流電壓，為系統(tǒng)工作提供了基本保障。12V電壓源的電路原理圖設(shè)計如圖3.8所示。 圖3.7 電源電路圖3.812V電源電路3.7 制動電路本設(shè)計的制動電路采用了L298電機驅(qū)動模塊和兩個直流電機來完成，兩個直流電機分別控制兩個輪子的轉(zhuǎn)動。當系統(tǒng)在正常情況下運行時，電機驅(qū)動電路正常運行，當超聲波測距測到的距離小于設(shè)置距離時，單片機發(fā)送指令使電機停止運行。這樣就達到了自動剎車的功能。制動系統(tǒng)的電路設(shè)計圖如圖3.9所示。圖3.9 制動系統(tǒng)電路設(shè)計 直流電機的速度是用脈沖寬度調(diào)制來解決的，它是按規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的的調(diào)節(jié)方法，我們在系統(tǒng)中一般采用矩形波

39、脈沖寬度調(diào)制信號，當需要調(diào)節(jié)變化速度時，只需要調(diào)節(jié)其波形的占空比就行了。占空比是指高電平持續(xù)時間在一整個周期的百分比。當占空比越大，速度越快，如果全部為高電平，則占空比最大，此時電機轉(zhuǎn)動速度最快。由于本設(shè)計的重點并不是電機的速度控制，而且52系列的單片機并沒有自帶的脈沖寬度調(diào)制控制器，所以本設(shè)計的占空比采用軟件延時，當高電平延時時間到時，將I/O口電平置反，然后再軟件延時，時間到后將I/O繼續(xù)置反，如此反復就設(shè)定了恒定的速度。L298是一種常見的電機驅(qū)動模塊，本設(shè)計采用L298驅(qū)動了兩個直流電機，通過單片機的I/O口輸出電平的不同，可以控制電機進行不同的工作方式，例如：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎停、停止。

40、利用這些優(yōu)勢，設(shè)計不同時刻電機驅(qū)動模塊的工作方式。表3.1為單片機I/O不同輸出狀態(tài)所對應的電機工作方式。表3.1 L298工作原理圖ENIN1IN2轉(zhuǎn)動方式0*停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111剎停100停止4 軟件設(shè)計 本設(shè)計的軟件設(shè)計利用keil軟件，采用C語言編寫。與同樣具有單片機編寫能力的匯編語言相比，C語言在編寫程序時，更加簡單、容易理解而且移植性特別強，可以靈活運用，使得本設(shè)計的軟件設(shè)計可以直接利用現(xiàn)有的模塊程序。4.1 主程序設(shè)計結(jié)束是否再次檢測距離顯示在數(shù)碼管上發(fā)出報警，制動系統(tǒng)自動剎車判斷超聲波測到的距離是否小于報警距離將報警距離寫入EEPROM中采用系統(tǒng)設(shè)置的報警距離判斷是否

41、有鍵按下，需要設(shè)置距離定時器初始化，賦初值開始NYYNYN圖4.1 主程序設(shè)計框圖本設(shè)計的程序設(shè)計主要是利用52單片機eeprom的存儲功能，系統(tǒng)初始化后，將預先設(shè)置好的最小報警距離參數(shù)存進eeprom中，再利用超聲波測距模塊發(fā)送超聲波，計算出最終的距離，并且與預先設(shè)置好的最小報警距離作比較。如果小于報警距離，蜂鳴器發(fā)出報警聲，并且同時向電機驅(qū)動電路發(fā)送剎停信號，產(chǎn)生自動剎車；如果距離合適就顯示在數(shù)碼管上，如此反復。主程序設(shè)計框圖如上圖4.1所示。4.2 超聲波測距子程序設(shè)計結(jié)束超聲波接收端接收超聲波判斷定時器計數(shù)是否大于40000定時器發(fā)送超聲波，并且開始計數(shù)ECHO是否為低電平定時器初始化

42、，賦初值開始YNYN 圖4.2 超聲波測距子程序框圖單片機向超聲波測距模塊的ECHO口發(fā)送最少10us的高電平，觸發(fā)超聲波測距模塊開始工作，發(fā)射端發(fā)射若干個40KHZ的方波，并且同時啟動定時器，當接收端接收到數(shù)據(jù)時，關(guān)閉定時器，定時器計算出從超聲波信號被發(fā)送出去到信號被接收到整個過程所需的時間，根據(jù)這個時間可以計算出車尾到障礙物的具體距離。當超聲波從發(fā)射到接收所花的時間超過300ms時，可以判定超聲波測距失效，結(jié)果錯誤。其子程序設(shè)計框圖如圖上4.2所示。4.3 數(shù)碼管顯示子程序本設(shè)計采用四位共陽極數(shù)碼管進行距離顯示，數(shù)碼管的段選位分別與單片機的P1口相連。由于數(shù)碼管為共陽顯示，需要顯示的數(shù)碼管

43、段選位應該為低電平，根據(jù)數(shù)碼管顯示數(shù)字時的段選位可以編碼出P1口的高低電平數(shù)據(jù)。當共陽數(shù)碼管顯示數(shù)字時，其0,1,2,3,4,5,6,7,8,9，a,b,c,d,e,f所對應的編碼數(shù)應該為0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8, ox80,0 x98,0 x88,0 xc3, 0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e。其相應的四位位選位也應該用低電平觸發(fā)數(shù)碼管閃亮，哪一位位選信號為零，就選通哪一位數(shù)碼管。本設(shè)計采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，輪流向各位數(shù)碼管動態(tài)顯示送出段選碼和控制哪一位亮的位選碼，利用發(fā)光二極管的余輝和人眼的視覺暫留作用，

44、使人感覺好像四位數(shù)碼管在同時顯示，而實際上四位數(shù)碼管是一位一位輪流顯示的，只是輪流的速度相當快，人眼無法分辨出來。 數(shù)碼管實際程序框圖如圖4.3所示。 圖4.3 數(shù)碼管顯示子程序框圖4.4 鍵盤子程序設(shè)計本設(shè)計采用獨立鍵盤，三個鍵盤裝在P2口，單片機不斷的檢測P2口并將P2口與0 x07相與，若最終所得的值不等于0 x07，則有鍵被按下。最終值為0 x03，表示K1鍵被按下；最終值為0 x05，表示K2鍵被按下；最終值為0 x06，表示K3鍵被按下。判斷出被按下的鍵，不同的鍵執(zhí)行不同的功能，K1按下時整個模塊停止工作，這時按下K2或K3可以分別加減最小的報警距離，提醒汽車駕駛員停止倒車，當設(shè)置

45、完成后，再次按下K1鍵模塊重新開始工作。由于本設(shè)計的鍵盤采用的是彈性小按鍵，在按鍵時會產(chǎn)生按下抖動和釋放抖動，會對單片機的檢測產(chǎn)生影響，所以當單片機I/O口第一次檢測到低電平時，應對單片機進行5ms的延時，若單片機延時后仍然還是低電平，則認為鍵盤被按下，這時執(zhí)行其所要進行的工作，應該等待按鍵被釋放后，其按鍵工作才能算真正完成。相應的程序設(shè)計框圖如圖4.4所示。圖4.4 鍵盤控制子程序設(shè)計4.5 定時器子程序設(shè)計本設(shè)計應用了STC89C52單片機定時器0的方式一進行工作，當超聲波測距模塊開始發(fā)送超聲波時，定時器0被清0、賦初值、初始化、開始工作，當超聲波測距模塊接收到返回的超聲波時，定時器0結(jié)束

46、計時，關(guān)閉中斷。定時器0的高八位和低八位分別被賦予0，當定時器計時完成后，就可以根據(jù)16位定時器的值得到超聲波所經(jīng)過的時間，利用標志位flag_time0計算定時時間，flag_time0=TH0*256+TL0,可以計算出高電平持續(xù)時間。定時器1應用在中斷服務子程序中，向定時器1的TH1賦值為0 xf8,向TL1賦值為0 x30，表示定時器計時2ms后產(chǎn)生中斷，當定時器產(chǎn)生中斷150次后表示超聲波沒有接收到返回的超聲波，測距失敗，顯示器顯示888。定時器啟動后，它便在原來的數(shù)值上開始進行加1計數(shù)，若程序開始時，沒有設(shè)置TH1和TL1，則系統(tǒng)默認它們的值都是0，因為晶振選擇的頻率為12MHZ，

47、又因為12個時鐘周期為一個機器周期，那么此時系統(tǒng)的機器周期為1us，計滿TH1和TL1需要65536個數(shù)，再來一個脈沖計數(shù)定時器就會產(chǎn)生溢出，這時定時器申請中斷。由上可知，定時器產(chǎn)生一次中斷溢出需要65536us，約為65.5ms，如果要計時2ms產(chǎn)生中斷,那么就需要給TH1和TL1先賦初值，在這個初值基礎(chǔ)上計2000個數(shù)后，定時器溢出，此時剛好就是2ms，當定時器產(chǎn)生150次中斷后，也就是300ms產(chǎn)生程序中斷，這樣提高了定時時間，提高了超聲波測距的準確性。 要計2000個數(shù)，TH1和TL1中應該裝入的總數(shù)為65536-2000=63536,把63536對256求模：63536/256=24

48、8，用十六進制表示為0 xf8,把63536對256求余：63536%256=96，用十六進制表示為0 x30 。 定時器子程序設(shè)計框圖如下圖4.5所示。圖4.5 定時器子程序框圖4.6 EEPROM子程序設(shè)計STC89C52單片機部自帶有2KB的EEPROM，STC單片機是利用IAP技術(shù)實現(xiàn)的EEPROM，部Flash擦寫次數(shù)可達100 000次以上。ISP是指在系統(tǒng)編程，通俗一些來講，就是單片機已經(jīng)焊接在板子上，不用取下，就可以簡單而方便地對其進行編程，比如：我們通常通過計算機給STC單片機下載程序，這就是利用了ISP技術(shù)7。 根據(jù)對EEPROM的操作，將需要的數(shù)據(jù)存入EEPROM中，在需

49、要使用時，將數(shù)據(jù)從EEPROM中讀取出來，這都是基于EEPROM優(yōu)良的讀寫、擦除性能。EEPROM中每個扇區(qū)為512B，在寫程序時，將每次設(shè)置的數(shù)據(jù)放在同一個扇區(qū)，將設(shè)置數(shù)據(jù)的標志符放在另外的扇區(qū)，因為每次更新數(shù)據(jù)時，都要擦除一個扇區(qū)，這樣剛好可以有效的利用EEPROM中每個扇區(qū)。所以本設(shè)計的數(shù)據(jù)部分只采用了EEPROM的第一扇區(qū)，將設(shè)置的最小報警距離存放進第一扇區(qū)，每次將超聲波測距測到的距離與EEPROM中存放的距離進行比較，標志部分則放在另外的扇區(qū)。STC89C52單片機部可用的Data Flash的地址如表4.1所示。表4.1 STC89C52單片機部EEPROM地址表扇區(qū)起始地址結(jié)束地

50、址第一扇區(qū)2000H21FFH第二扇區(qū)2200H23FFH第三扇區(qū)2400H25FFH第四扇區(qū)2600H27FFH第五扇區(qū)2800H29FFH第六扇區(qū)2A00H2BFFH第七扇區(qū)2C00H2DFFH第八扇區(qū)2E00H2FFFH5 硬件調(diào)試與分析5.1 硬件調(diào)試 在用焊錫和電烙鐵焊接完硬件電路后，利用STC-ISP將編譯好的程序下載到單片機中，可以利用單片機的P3.0（RXD）,P3.1(TXD)口作為下載數(shù)據(jù)口，也可以直接將單片機放進單片機開發(fā)板中下載，這樣可以減少實物的焊接，本設(shè)計就是直接利用單片機開發(fā)板下載的。 在硬件設(shè)計完成后，可以先將元器件插在面包板上進行測試，這樣可以減少很多不必要的

51、麻煩，如果元器件燒毀或本身就是壞的，一旦將元器件焊接到實驗板上后，很不方便更換，整個實驗板都可能需要重新焊接，所以在制作實物時，一定要認真檢查每一個元器件的安裝、排版是否正確。在實物焊接完成后，給單片機載入程序，單片機可能會出現(xiàn)各種運行不正常，但是如果之前已經(jīng)在面包板上成功驗證過，則只需要檢查整個實驗板是否焊接好就可以很容易的判斷實物是否正確。 簡而言之，在硬件的實際制作過程中，保持認真，距離成功就已經(jīng)不遠了。5.2 結(jié)果分析完成實物的調(diào)試后，接下來就是對實物的精確性進行驗證了，通過對實際距離和該設(shè)計測量出來的距離進行比較，分析比較本設(shè)計的可利用性。表5.1是本設(shè)計測量出來的距離和實際距離比較

52、的一些參數(shù)。表5.1 超聲波測距分析實際距離/cm測量距離1/cm測量距離2/cm 誤差分析/cm112+12220109111504849-2808081+1160161160+1240240243+3320316320-4400401396-4480478481-2 本設(shè)計在設(shè)計時，其圍為2cm到500cm。根據(jù)以上測試，得出該超聲波測距的誤差圍在4cm之，當距離較小時，其測量值較準確；隨著測量距離的增大，測量的準確性降低，誤差越來越大。造成這些誤差的可能應該為以下幾點：1.由于數(shù)據(jù)的測量是在實驗室進行的，實驗室障礙物較多，可能造成超聲波遇到桌子，柜子等障礙物就已經(jīng)返回，于是結(jié)果不太準確。

53、2.由于本設(shè)計是自己設(shè)計、焊接的，可能在設(shè)計方面有不利于該器件穩(wěn)定的因素，在焊接時也可能出現(xiàn)很多漏洞，所以造成結(jié)果不夠準確。3.由于超聲波本身就具有衰減性，當距離越大，超聲波的衰減性就越強，當距離超過10米時，超聲波測距的弊端會很大的暴漏出來，這是造成超聲波測距不準確的重要原因。4.由于超聲波在不同溫度下傳播速度是不同的，所以對于汽車倒車防撞系統(tǒng)來說，隨著一年四季室外溫度變化，本設(shè)計可能造成測量結(jié)果存在較大誤差。如果需要更加準確的測量，則應該加上溫度補償系統(tǒng)，使用溫度傳感器DS18B20采集實時溫度，將溫度的變化考慮進去，有利于提高測距的準確性，這是本設(shè)計需要改進的地方。致歷時將近五個月的時間

54、，終于完成了畢業(yè)設(shè)計，從畢業(yè)設(shè)計選題，設(shè)計準備到完成實物的設(shè)計，再到最終論文的寫作過程中,遇到了很多的困惑，都在老師和同學的指導下度過了。畢業(yè)設(shè)計讓我深深地感受到，老師教給學生的知識是很有局限性的，但是大學中，老師交給我們學習知識的能力和在大學培養(yǎng)出來的自學能力，賦予我們?nèi)松磥頍o限的學習可能。在大四結(jié)束時，我們每個人都會踏上自己的工作崗位，或者繼續(xù)自己的學業(yè)，但無論走什么樣的道路，學習仍然是最重要的事情。當我們沒有老師，沒有指定的學習容時，我們應該充分利用學習能力和自學能力去解決遇到的問題。由于在大學的四年中，我一心一意準備考研從來沒有接觸過項目。因此，在做畢業(yè)設(shè)計時，我咨詢了指導教師之后自

55、行尋找資料，自行學習，遇到問題尋找合理的解決方案，從資料中查詢，或從有經(jīng)驗的同學、老師那里借鑒，最終解決了畢業(yè)設(shè)計中所遇到的問題。在這短短的幾個月我學習了單片機、C語言，還買了單片機開發(fā)板自己寫程序進行調(diào)試，雖然都沒有很全面的學習，但是通過與實際相結(jié)合的方法學習，取得了非常不錯的效果。畢業(yè)設(shè)計讓我感受到人脈是一筆巨大財富。在制作畢業(yè)設(shè)計的時候，由于涉與到各方面的知識，我不可避免的去接觸各個方面，我們班幾位曾經(jīng)參加過電賽、“飛思卡爾”智能車賽的同學幫助了我很多，從他們的經(jīng)驗中，我學習到了很多也給了我很大的啟發(fā)，我很感他們。同時，我也深刻感受到不能做一個只會學習的學生，在未來的職業(yè)或生活中，并不是

56、一個人就可以完成所有事情，我們應該合理利用身邊的合作資源，使得效率最大化。最后，在我即將畢業(yè)之際，我由衷的感理工學院物理與電信工學院給了我一個美好的大學生活，為我提供了良好的教育環(huán)境和學習資源，希望理工學院以后發(fā)展的越來越好，培育出能多人才。感我的指導老師王婷老師，她向我提供了各種幫助，并且多次不厭其煩的幫我修改畢業(yè)論文，指導我答辯時應該注意的問題。感那些自己也同樣被畢業(yè)設(shè)計忙的焦頭爛額的同學，雖然自己很忙，但卻仍然指導幫助我。 由于我的專業(yè)水平有限，若本論文有任何不合理的地方，還請各位老師和同學批評指教！參考文獻1齊，杜群貴.單片機應用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M.電子工業(yè).2004,20-35.2蔡卓凡

57、.基于多超聲波傳感器壁障機器人小車的設(shè)計J.自動化技術(shù)與應用;2014,33(5):85-89.3唐穎,凡,郭勇.移動機器人的超聲波傳感器設(shè)計J.傳感技術(shù)學報.2010,23(11):1646-1649.4 倪衛(wèi)寧,朱祖揚,衛(wèi)等.高精度微距超聲波測距系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器;2014(1):75-76,92.5艷,賈應煒. 基于HC-SR04模塊的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計 J. 自動化技術(shù)與應用:2016年03期6煒,龔壁建,笑. 超聲波測距誤差分析 J. 傳感器技術(shù). 2004年06期.7 郭天祥.51單片機C語言教程M.：電子工業(yè),2009,70-77.8 高飛燕. 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的

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