課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)講解

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名XXX班級(jí)機(jī)制1001班學(xué)號(hào)201021xxxx16日期 2013.07.01 2013.07.12摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車(chē)的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，隨著汽車(chē)的 增多和停車(chē)位日趨緊張，泊車(chē)成為很多車(chē)主頭痛的問(wèn)題，這時(shí)倒車(chē)?yán)走_(dá)就成了汽車(chē) 的好助手。倒車(chē)?yán)走_(dá)是汽車(chē)泊車(chē)安全輔助裝置，能以比較直觀的顯示告知駕駛員后 方障礙物的情況，解除了駕駛員泊車(chē)時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員 掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了倒車(chē)的安全性。超聲波測(cè)距法是常見(jiàn)的 一種距離測(cè)距方法，本文介紹的就是利用超聲波測(cè)距法設(shè)計(jì)的一種倒車(chē)防撞報(bào)警系 統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)

2、核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。設(shè)計(jì)通過(guò)多種發(fā)射接收電路設(shè)計(jì)方案比較，得出了最佳設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)各 個(gè)單元的原理進(jìn)行了介紹，對(duì)組成系統(tǒng)電路的芯片進(jìn)行了介紹，并闡述了它們的工 作原理，對(duì)超聲波傳感器的選用經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的思考，并詳細(xì)的說(shuō)明其功能和作用原 理。文章介紹了系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；超聲波；測(cè)距；傳感器目錄 TOC o 1-5 h z 弓 E2背景2 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 設(shè)計(jì)的要求和難點(diǎn) 2總體方案設(shè)計(jì)3系統(tǒng)構(gòu)成圖3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Docu

3、ment 工作原理3 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 硬件設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 超聲波發(fā)射與接收電路 5發(fā)射電路5接收電路7ADC0832轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)與接線圖 9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 傳感器型號(hào)及說(shuō)明 12軟件設(shè)計(jì)13系統(tǒng)流程圖13 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 編程程序15 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document

4、設(shè)計(jì)小結(jié)17參考文獻(xiàn)181引言設(shè)計(jì)的背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，汽車(chē)的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，而隨著汽車(chē) 的增多和停車(chē)位日趨緊張，泊車(chē)成為很多車(chē)主頭痛的問(wèn)題。在泊車(chē)的過(guò)程中，由于 駕駛員視覺(jué)的模糊以及盲區(qū)的影響，使得在倒車(chē)過(guò)程中稍不注意就會(huì)造成車(chē)子的損 傷。我們的超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)正是為解決此問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)能夠在倒車(chē) 的過(guò)程中掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高倒車(chē)的安全性。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求本任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距儀，可以應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)監(jiān)控。要求測(cè)量范圍在 0.103.00m,測(cè)量精度10cm,能夠明顯的達(dá)到報(bào)警效果。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收設(shè)計(jì)0、報(bào)警顯示燈電

5、路的設(shè)計(jì)(3、流程圖及程序的設(shè)計(jì)2總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成圖汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)系統(tǒng)單片機(jī)為核心外圍電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、溫度補(bǔ)償電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊等部分組成。其系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。超聲波發(fā)射電路溫度補(bǔ)償電路超聲波接收電路超聲波傳感器運(yùn)算放大電路A/D轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)L E D顯示模塊紅LED燈工作原理本系統(tǒng)安裝在汽車(chē)背后，一般是四個(gè)并排，當(dāng)汽車(chē)倒車(chē)且接近危險(xiǎn)距離（設(shè)定值）時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)提示駕駛員，防止碰撞事件發(fā)生。主要是以AT89S51為核心，來(lái)設(shè)計(jì)一種低成本、高精度、微型化超聲波測(cè)距儀。 本測(cè)距儀實(shí)質(zhì)上就是感應(yīng)出超聲波的發(fā)射脈沖與接受脈沖的時(shí)間問(wèn)隔t,利用S=C

6、吆t/2可以算出距離，由于系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)設(shè)了一個(gè)安全距離，當(dāng)S低于此安全距離時(shí)，可以看到LED顯示器的紅色燈閃爍，綠色燈熄滅；當(dāng) S高于此安全距離時(shí)， LED顯示器的綠色燈亮，紅色燈熄滅。根據(jù)要求，由于程序較為簡(jiǎn)單，不需要空間很大的芯片來(lái)完成，于是選用 AT89S51單片機(jī)作為主控制器，而超聲波傳感器精度要求也不高（0.1m）,于是選用 比較經(jīng)濟(jì)的HC-SR04g聲波傳感器，運(yùn)算放大電路用來(lái)將超聲波信號(hào)放大并傳給 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊也從測(cè)量精度出發(fā)選用八位 256步的A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)為 了方便接線與模擬仿真，選用的是 ADC0832顯示模塊用的是LED顯示燈，已足夠 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

7、3硬件設(shè)計(jì)根據(jù)2-1系統(tǒng)構(gòu)成圖，我們?cè)O(shè)計(jì)了總接線圖，詳見(jiàn)附錄1,下面對(duì)各部分電路進(jìn)行說(shuō)明。其中，我們是從 A/D轉(zhuǎn)換模塊與AT89C51開(kāi)始接線，逐步擴(kuò)展到輸出2模塊。A/D轉(zhuǎn)換模塊主要是參考了網(wǎng)上 ADC0832的知識(shí) 。輸出模塊的LED顯示模塊及時(shí)鐘信號(hào)主要是參考了文獻(xiàn)3。超聲波發(fā)射與接收電路發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路如圖所示，主要由脈沖調(diào)制，信號(hào)產(chǎn)生電路，隔離電路以及驅(qū)1動(dòng)電路組成，用來(lái)為超聲波傳感器提供發(fā)送信號(hào)，使其發(fā)出超聲波信號(hào)。圖3-1超聲波傳感器的發(fā)射電路3.1.2接收電路接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號(hào)變換電路組成。信號(hào)變換電路如圖3-2所示，放大電路和帶通濾波電路如

8、圖 3-3所示。由于超聲波信號(hào)在空 氣中傳播時(shí)受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號(hào)非常的微弱，不能直接 送到后級(jí)電路進(jìn)行處理，必須將信號(hào)放大到足夠的幅度，才能使后級(jí)電路對(duì)它進(jìn)行,1正確的處理 。圖3-2信號(hào)變換電路圖3-3接收與放大電路與帶通濾波電路3.2 ADC0832轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)與接線圖1、8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為 5V;2、5V單電源供電；3、輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05V;4、輸入和輸出電平與TTL和CMO兼容；5、在250KHz寸鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32us；6、具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；7、功耗低，15mW圖3-5 ADC0832弓I腳圖、各引腳說(shuō)明如下：1、C

9、S-一片選端，低電平有效。2、CH0 CH1-一兩路模擬信號(hào)輸入端3、DI 兩路模擬輸入選擇輸入端。4、DO-一模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果用行輸出端。5、CLK-串行時(shí)鐘輸入端。5、Vcc/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端6、GND-電源地。、單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理一般情況下ADC0832單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS CLK DO DI。 但由于DW與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè) 計(jì)時(shí)可以將DOS DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832工作時(shí)其CS俞入端應(yīng)為 高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 C郵置于

10、低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí) 由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLKI供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選 擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、 3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項(xiàng)見(jiàn)表。輸入形式配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+3-6圖ADC083酒已置位10如表所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位 數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、0時(shí)，將CH昨?yàn)檎?入端IN+, CH

11、作為負(fù)卒&入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH昨?yàn)樨?fù)輸 入端IN- , CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始 利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù) 據(jù)最高位D7,隨后每一個(gè)脈沖DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低 位數(shù)據(jù)DO, 一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù) 據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出DQ隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出 完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行處

12、理就可以了。113.3 傳感器型號(hào)及說(shuō)明HC-SR041、使用電壓：DC5V2、靜態(tài)電流：小于2mA3、電平輸出：高5V4、電平輸出：低0V5、感應(yīng)角度：不大于15度6、探測(cè)距離：2cm-450cm7、高精度：可達(dá)3mm接線方式，VCC trig （控制端）、echo （接收端）、GND地線本產(chǎn)品使用方法：一個(gè)控制口發(fā)一個(gè) 10US以上的高電平，就可以在接收口等待 高電平輸出.一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的 值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離.如此不斷的周期測(cè)，就可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)一 1量的值了 .124軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖 4-1 ,系

13、統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采取模塊化設(shè)計(jì)，單片器編 程，這樣便于閱讀與功能擴(kuò)展。程序主要由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、延時(shí)子程序、液晶顯示子程序等幾個(gè)部分構(gòu)成。雷達(dá)測(cè)距開(kāi)始由汽車(chē)倒車(chē)控制，一旦倒車(chē)開(kāi)始， 即啟動(dòng)AT89C51片內(nèi)的T1連續(xù)發(fā)射40 kHz的PWM計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)?？紤]到實(shí)際 倒車(chē)環(huán)境有遠(yuǎn)有近，為防止其他干擾可能引起的誤測(cè)，以最長(zhǎng)距離3m計(jì)算，超聲波 發(fā)送到返回的時(shí)間 t至少為3/340= 15 ms這樣持續(xù)發(fā)送PWM1至接收到超聲波 時(shí)停止發(fā)送，這個(gè)過(guò)程大約需要15 ms以上，所以不管所測(cè)距離遠(yuǎn)近，一律每 25 ms 發(fā)送一次超聲波。13圖4-1系統(tǒng)流程圖14編程程序我們通過(guò)keil軟件運(yùn)用單片

14、機(jī)語(yǔ)言編程，選用 AT89S51的芯片編譯過(guò)后，生 成.hex文件后的程序。仿真時(shí)，在 proteus軟件中找到AT89S51芯片，雙擊添加所 生成的.hex文件，進(jìn)行仿真，以下是仿真結(jié)果，編程程序見(jiàn)附錄 2.15仿真結(jié)果:當(dāng)電平小于設(shè)定值（2.5v）時(shí)紅燈閃爍，綠燈熄滅卡-RST弱麗AIF31 -=- EAATB9C51當(dāng)電平大于設(shè)定值（2.5v）時(shí)，綠燈亮，紅燈熄滅=TB HYPERLINK /view/545294c758f5f61fb73666bd.html /view/545294c758f5f61fb73666bd.html（ADC083218H直in黃3SZ33AEred 5Ed

15、 , bs. felEJu nmd ELYTSmd FHILWF 六 d LLWEZd 04ld 學(xué)罡 S3n-Lrod SOWSOd ssp- 豆PE8sm. s.8 -OWLOd 8SS.8出一笆|生 UJW ldmixMix.H直UAA/口山dTIOWLgLF裔& .awJI Ed2國(guó)5陽(yáng)出 5C5TI5HMBL J.1E E.I!TTVlSAdO Lr nu附錄1總接線圖19附錄2A_0832_CS EQU P3.5 ;A_0832_CLK EQU P3.4 ;A_0832_DI EQU P3.3 ;A_0832_D EQU P3.3 ;A_0832_T EQU 40H ;A_0832

16、_DA EQU 41H ; oRg 0LJMP AD ORG 30H AJMP MAIN ORG 60H MAIN:MOV B,80HDJNZ A_0832_DA,MAIN2ajmp RedRED:SETB P1.1 LJMP DELAY CPL P1.1 AJMP RED MAIN2:DJNZ B,MAIN SETB P1.0 AD: LCALL ADC_RD MOV A,A_0832_DA AJMP $ ADC_RD: MOV A_0832_T,#8 CLR A_0832_CLK CLR A_0832_CS SETB A_0832_DI ;START SETB A_0832_CLK ; N

17、OP NOP NOPCLR A_0832_CLK NOPNOPSETB A_0832_DI ;NOPSETB A_0832_CLK ;NOP NOP NOPCLR A_0832_CLK NOPCS A/D模塊總開(kāi)關(guān)CLK時(shí)鐘信號(hào)DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制 DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 讀取時(shí)的脈沖計(jì)數(shù) 數(shù)據(jù)所存位置第一個(gè)上升沿選擇CH1,通過(guò)組合選取通道(SGL/DIF)第二個(gè)上升沿20NOPSETB A_0832_DI ;NOPSETB A_0832_CLK ;NOP NOP NOPCLR A_0832_CLK ;NOP NOP NOPSETB A_0832_CLK NOPNOPA_0832_RD:;CLR A_0832_CLK NOPNOP NOPSETB A_0832_CLKMOV C,A_0832_DRLC ADJNZ A_0832_T,A_0832_RDMOV A_0832_DA,A