倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)電子工程系畢業(yè)

采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時(shí)，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)扛上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由LED顯示器和蜂鳴器聲發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時(shí)不至于撞上障礙物。整個(gè)過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易，更安全。本文在查閱、分析國內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究成果，對基于超聲波測距的倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的研制進(jìn)行了深入探討和研究。該系統(tǒng)分為測距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報(bào)警模塊，并分別對其進(jìn)行方案分析，構(gòu)建了倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計(jì)方案；在硬件電路中，詳細(xì)闡述了運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可視倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的測距實(shí)現(xiàn)原理，分析了以AT89S52單片機(jī)為主控單元的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并通過系統(tǒng)仿真研究，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和可行性。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1倒車?yán)走_(dá)防撞的意義 1\o"CurrentDocument"1.2倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展過程 2\o"CurrentDocument"1.3本文主要內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"2系統(tǒng)構(gòu)建與方案設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 4\o"CurrentDocument"2.2系統(tǒng)構(gòu)建 4\o"CurrentDocument"2.3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 52.3.1測距系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 52.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 62.3.3顯示報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 72.3.4系統(tǒng)探測范圍及傳感器布點(diǎn)的確定 8\o"CurrentDocument"2.4本章小結(jié) 9\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想 9\o"CurrentDocument"3.2測距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 103.2.1超聲波發(fā)射模塊電路設(shè)計(jì) 113.2.2超聲波接收模塊電路設(shè)計(jì) 123.2.3測溫電路設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"3.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 143.3.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 143.3.3換向選通電路設(shè)計(jì) 152.3.4電源模塊電路設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"3.3顯示報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì) 173.3.1顯示模塊電路設(shè)計(jì) 173.3.2報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì) 183.4.1本章小結(jié) 194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 194.1主程序設(shè)計(jì) 194.2超聲波測距子程序及其流程圖 204.3超聲波測距流程圖 22\o"CurrentDocument"4總結(jié)與展望 245致謝 256參考文獻(xiàn) 267附錄 271緒論自2002年以來，家用轎車成為繼購房之后的又一大消費(fèi)熱點(diǎn)。據(jù)新華社報(bào)道，2003年4月份中國轎車產(chǎn)量高達(dá)16.69萬輛，同比增長83%;中國國家汽車行業(yè)“十五”規(guī)劃研究組預(yù)測，2005年和2010年，全國轎車總有量將分別達(dá)到843—869萬輛和1423—1542萬輛，轎車需求量為110—121萬輛和193—220萬輛；國際汽車制造商協(xié)會也在最近預(yù)測，中國今年將成為第三大汽車市場，同時(shí)也證明中國將成為全球汽車配套服務(wù)產(chǎn)業(yè)的第四大市場，汽車用品及服務(wù)行業(yè)正趕上歷史上從未有過的空前繁榮期。另據(jù)有關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，目前有車一族用于每輛新購汽車的平均裝潢費(fèi)用450。元。現(xiàn)在是汽車越來越多，車位越來越多，泊位越來越小，新司機(jī)越來越多，女司機(jī)越來越多，刮蹭等倒車事故越來越多，因倒車事故引發(fā)的糾紛越來越多。以上的事實(shí)及數(shù)字讀起來索然無味，但卻實(shí)實(shí)在在地告訴我們一種消費(fèi)的趨勢正在形成，一片近乎空白的市場已凸現(xiàn)眼前?，F(xiàn)在汽車出廠大多都不配備倒車?yán)走_(dá)，有安裝倒車?yán)走_(dá)的車也是和倒車?yán)走_(dá)廠家合作生產(chǎn)，基于此，計(jì)劃自主設(shè)計(jì)開發(fā)一種主要用于售后市場的、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉的倒車?yán)走_(dá)。1.1倒車?yán)走_(dá)防撞的意義“往后倒一點(diǎn)，再往后，打方向盤，打多了，回一點(diǎn)再倒，好，停?！毕嘈乓话愕能囍髟谕＼噲霾次粫r(shí)，都會遇到車輛保管員的“熱情招呼”。車技純熟的倒也與人工提示配合默契；車技一般、方向感較差的，就經(jīng)常使負(fù)責(zé)指揮的那位人士高度緊張，脾氣急躁的還少不了擠兌車主幾句。可是，并不是所有車主都有幸得到人工倒車指引，比如，有時(shí)回家晚了，一個(gè)人慢慢倒車，不小心還真容易磕磕碰碰，更有甚者，倒車時(shí)沒注意到車后有個(gè)小孩老人什么的，后果就會比較嚴(yán)重。有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”因此應(yīng)運(yùn)而生，而且，越來越先進(jìn)的產(chǎn)品電投放到市場中，廣為人知。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛對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，提高駕駛的安全性。1.2倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展過程倒車?yán)走_(dá)，又稱泊車輔助系統(tǒng)，或稱倒車電腦警示系統(tǒng)。它是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時(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，提高駕駛的安全性?，F(xiàn)在市面上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時(shí)，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時(shí)不至于撞上障礙物。整個(gè)過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易、更安全。第一代：倒車時(shí)通過喇叭提醒?！暗管囌堊⒁狻毕氡夭簧偃诉€記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機(jī)并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。價(jià)格便宜，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，如果車后1.8米一1.5米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示；如果是人，在。.9米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，黃色代表警告距離，紅色代表危險(xiǎn)距離必須停止倒車。第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。第四代：液晶熒屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是屏幕顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：整合影音系統(tǒng)。它在第五代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上新增了很多功能，屬于第六代產(chǎn)品，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。從外觀上來看，這套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上來看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。目前市場上倒車?yán)走_(dá)品牌多達(dá)二十幾種，價(jià)格從上百元到一兩千元不等，選購倒車?yán)走_(dá)可以從如下方面考慮：功能、性能、外觀、質(zhì)量、安裝、價(jià)格等。1.3本文主要內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容是汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和有效性。論文共分5章，各章主要內(nèi)容如下：第l章緒論。包括倒車?yán)走_(dá)的意義和發(fā)展過程。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。首先介紹課題的設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)介紹系統(tǒng)測距模塊、控制模塊和顯示報(bào)警模塊的方案設(shè)計(jì)，然后提出本系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)并分析影響超聲波傳感器工作的多種因素。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。詳細(xì)討論了系統(tǒng)測距模塊、控制模塊、顯示報(bào)警模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，具體討論測距模塊中的超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)和超聲波接收電路設(shè)計(jì)。第4章總結(jié)和展望。對全文進(jìn)行總結(jié)，指出不足之處，對倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。2系統(tǒng)構(gòu)建與方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，分別為測距部分、控制系統(tǒng)部分和顯示報(bào)警部分。本系統(tǒng)的主要功能是：當(dāng)車掛入倒檔后，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BiBi聲；在汽車距障礙物距離小于0.60米時(shí)，報(bào)警指示燈亮，同時(shí)在顯示屏上顯示最小車距以提醒駕駛者。2.2系統(tǒng)構(gòu)建按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，重點(diǎn)介紹硬件部分，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化思想。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為三個(gè)主要模塊：測距系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊和顯示報(bào)警系統(tǒng)模塊。并對該系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行了倒車仿真試驗(yàn)研究，以提供較為可靠的方法給駕駛者完成倒車任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。發(fā)射模塊控=>蜂鳴器——— 制 ——— 系 接收模塊統(tǒng)=>數(shù)據(jù)顯示圖2-1汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖各模塊所完成的具體功能如下：測距系統(tǒng)模塊：針對超聲波傳感器設(shè)計(jì)的發(fā)送模塊、接收模塊和控制系統(tǒng)共同完成測距功能。控制系統(tǒng)模塊：本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，對各個(gè)接口電路進(jìn)行控制，發(fā)射脈沖，檢測到回波后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測出從超聲波發(fā)射到接收回波信號的時(shí)刻差，從而測出距離。顯示報(bào)警系統(tǒng)模塊：顯示最小距離及報(bào)警以提醒駕駛員。除此之外，系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點(diǎn)對倒車也有很大的影響，如果系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，那么就容易出現(xiàn)盲區(qū)，對汽車周圍的障礙物探測不出，容易出現(xiàn)倒車事故。而且在有的環(huán)境下，易造成無法偵測及偵測不良之情況。2.3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.3.1測距系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。其原理為：在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ脈沖串，脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振子，振蕩產(chǎn)生機(jī)械波，并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面，由被測面反射到超聲波接收器接收，在超聲波接收器兩端，信號是毫伏級的正弦波信號，超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間，即為往返時(shí)間。往返時(shí)間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。圖2-3是超聲波測距的原理圖。超聲波探頭障礙物發(fā)射波反射波超聲波探頭障礙物發(fā)射波反射波圖2-3超聲波測距的原理圖2.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)的方案選擇上，由于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到數(shù)據(jù)處理，控制實(shí)時(shí)性等問題，選用基于微控制器的系統(tǒng)，電路的實(shí)現(xiàn)不僅簡單而且成本低、功耗低、能大大縮小整個(gè)系統(tǒng)的體積。本系統(tǒng)是精密實(shí)時(shí)采集傳輸系統(tǒng)，需要微控制器有很強(qiáng)的抗干擾能力，而且要求微控制器內(nèi)部有看門狗定時(shí)器，以便在程序走飛時(shí)能自動復(fù)位；執(zhí)行指令速度要快，以便能高速處理采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。所以微控制器選用Atmel公司的AT89S52單片機(jī)的控制系統(tǒng)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁發(fā)射傳感器發(fā)射電路接收傳感器接收電路單片機(jī)控制報(bào)警電路顯示距離發(fā)射傳感器發(fā)射電路接收傳感器接收電路單片機(jī)控制報(bào)警電路顯示距離圖2-4單片機(jī)控制系統(tǒng)有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2.3.3顯示報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)顯示器應(yīng)用極為廣泛，是一種輸出設(shè)備，綜合課題的實(shí)際要求、成本以及考慮單片機(jī)的接口資源，本設(shè)計(jì)使用三個(gè)DPY_7-SEG_DP共陰二極管顯示器，由于倒車時(shí)距離障礙物的距離本來就比較近，大概在3米以內(nèi)，所以一個(gè)三位的LED顯示器就可以達(dá)到要求。報(bào)警裝置采用的是有源蜂嗚器，根據(jù)距離遠(yuǎn)近進(jìn)行報(bào)警，以提示駕駛員。2.3.4系統(tǒng)探測范圍及傳感器布點(diǎn)的確定超聲波傳感器發(fā)射超聲波有一定的角度范圍，下圖為常用超聲波傳感器的探測角度：

影響超聲波探測的因素以上陰影區(qū)只是超聲波傳感器發(fā)射超聲波的覆蓋區(qū)，而覆蓋區(qū)內(nèi)的障礙物是否能被探測到，則與以下因素有關(guān)：從物理學(xué)的反射原理可知：超聲波的反射規(guī)律為反射角等于入射角，因此，反射波是否能被超聲波傳感器捕捉，與反射面的角度有關(guān)。反射面的大小不同，也會影響反射波的強(qiáng)度。另外，障礙物會吸收掉一部分超聲波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，則與障礙物的材質(zhì)和表面處理相關(guān)。疏松、多孔的表面較易吸收音波而導(dǎo)致反射效率較低，不易被偵測。超聲波在空氣中傳輸時(shí)也會衰減，所以同一個(gè)反射面，同樣的角度，距離越遠(yuǎn)，發(fā)射和反射的超聲波衰減越大，越不易被測到。以上幾點(diǎn)簡單的說就是：角度、大小、表面材質(zhì)和距離這些因素綜合起來，決定障礙物是否會被探測到。2.4本章小結(jié)本章首先根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，介紹了系統(tǒng)構(gòu)建，然后詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)的三個(gè)模塊：測距系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和顯示報(bào)警系統(tǒng)分別方案設(shè)計(jì)，確定了本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)為核心，以UCM-T40KI、UCM-R40KI為超聲波發(fā)射、接收器的汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)并分析影響超聲波傳感器工作的多種因素。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章講述倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和主要元器件的介紹。包括測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（超聲波發(fā)送接收系統(tǒng)）、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對AT89S52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì);顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)差要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下就各模塊的電路圖、功能及設(shè)計(jì)思路作詳細(xì)說明。3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖40kHz的超聲波發(fā)送脈沖信號由微處理器的P1.0口送出，發(fā)出一系列的脈沖群，信號經(jīng)過放大，再經(jīng)過驅(qū)動電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射換能器接收高電壓。其內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過換能器發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。當(dāng)超聲波遇到障礙物發(fā)生反射，反射波（回波）返回到超聲波傳感器上。反射回的正弦波信號經(jīng)過放大、濾波、整形后輸入單片機(jī)的INT0端，產(chǎn)生中斷。計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，測出從超聲波發(fā)射脈沖群時(shí)刻到接收回波信號時(shí)刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測溫系統(tǒng)得知，將時(shí)刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。3.2測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)測距系統(tǒng)模塊由超聲波發(fā)射與回波接收電路組成，其主要作用是提高驅(qū)動超聲波傳感器的脈沖電壓輻值，有效地進(jìn)行電'聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離。并通過收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉(zhuǎn)變成微弱的電信號，供單片機(jī)進(jìn)行處理。超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計(jì)中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。3.2.1超聲波發(fā)射模塊電路設(shè)計(jì)發(fā)射電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號。要求蕩電路振蕩頻率可調(diào)，同時(shí)具有一定的驅(qū)動能力可以驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出超聲波。振蕩電路的目的是為超聲波傳感器提供40KHz脈沖。用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖所示。在控制信號P1.0為高電平時(shí)，此振蕩電路啟振，調(diào)節(jié)到Ri、R2、C可得到40kHz左右的振蕩頻率。聲波在空氣中的傳播速度受空氣介質(zhì)影響，距離越遠(yuǎn)，衰減越大。為能夠接收遠(yuǎn)距離的回波，所以要增加驅(qū)動電路來增大功率。驅(qū)動電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號。3.2.2超聲波接收模塊電路設(shè)計(jì)因?yàn)槌暡y距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，衰減較為嚴(yán)重，反射回來的信號相對也比較微弱。因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個(gè)放大電路，然后通過檢波電路對其輸出信號進(jìn)行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入單片機(jī)的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計(jì)時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。為了提高抗干擾性，濾波電路要針對40kHz信號進(jìn)行高帶通濾波，并對該頻率信號進(jìn)行放大增益。如圖：電路由集成運(yùn)放A1、R圖3-6電路由集成運(yùn)放A1、R圖3-6運(yùn)放構(gòu)成接收電路圖A2構(gòu)成二級放大電路，R、C為無源濾波網(wǎng)絡(luò)，二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。3.2.3測溫電路設(shè)計(jì)超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計(jì)中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。研究表明，聲音的傳播速度與溫度是成正比的，溫度越高，空氣中分子密度越小，而空氣作為聲音傳播介質(zhì)，那么聲音傳播速度會有所增強(qiáng)。反之溫度越低，空氣中分子密度越大，而空氣作為聲音傳播介質(zhì)，那么聲音傳播速度會有所減小。聲波與速度的關(guān)系，如表3-1所示。表3-1聲波與速度的關(guān)系溫度°C速度m/s溫度C速度m/s溫度C速度m/s0331.417341.8343521332.118342.435352.62332.61934336353.23332.820343.637353.8433421344.238354.45334.622344.8393556335.223345.440355.67335.82434641356.28336.425346.642356.8933726347.243357.410337.627347.84435811338.228348.445358.612338.82934946359.213339.430349.647359.81434031350.248360.415340.632350.84936116341.233351.450361.63.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，一切命令的發(fā)出、接受、處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算都是在這部分中完成的。3.3.1AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52單片機(jī)及其外圍電路組成，是整個(gè)超聲波測距儀的核心電路。一般包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路：每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。復(fù)位電路目的：在需要的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)。U1=±=C1商=±=C2商P1D.-TP11JTP12P15P11P15P16P17urninkiT1TOEATT315Q:jU——出—5317Id!■皿TVSA1DPP3ENBolCQBo+DSws0212223網(wǎng)甜五濟(jì)pppppppppPPPPPPP圖3-11單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖AT89S52單片機(jī)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。AT89S52單片機(jī)對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高靈活有效的解決方案。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號、形成必要的時(shí)序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。AT89S52單片機(jī)各個(gè)引腳分布如圖所示，P10為控制超聲波發(fā)射；INT0為接收超聲波回波信號；X1和X2為單片機(jī)自身的12MHZ晶振；RESET是復(fù)位信號；P21接溫度傳感器DS18B20，測量溫度，實(shí)時(shí)計(jì)算出距離；P00一P07引腳對應(yīng)LED顯示器，控制LED顯示器的寫入字符；TXD、RXD引腳控制寫入下載程序；P20引腳輸出報(bào)警信號；當(dāng)距離達(dá)到限定值就啟動蜂鳴器，開始嗚叫報(bào)警，以提醒駕駛員注意倒車情況。3.3.2換向選通電路設(shè)計(jì)收發(fā)控制電路示意圖如下圖所示，控制電路選用CD4052多路選擇開關(guān)，AB為4種組合，一種組合對應(yīng)一路探頭工作。4個(gè)探頭輪流工作，4個(gè)探頭檢測完成構(gòu)成1個(gè)檢測周期，系統(tǒng)再根據(jù)最短的障礙物距離進(jìn)行報(bào)距提醒駕駛員。*IIAI![>*IIAI![>回波伯號發(fā)射信號圖3-13收發(fā)控制電路示意圖系統(tǒng)的工作流程為：單片機(jī)接通電源后，探頭驅(qū)動引腳向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動信號，以驅(qū)動超聲波探頭發(fā)送超聲波信號，驅(qū)動信號發(fā)送完畢后單片機(jī)等待信號返回；探頭接收到超聲波信號后，進(jìn)行信號放大濾波處理，將信號送入單片機(jī)，記錄信號發(fā)送和接收的時(shí)間差，根據(jù)此時(shí)間差計(jì)算障礙物距離，控制報(bào)警信號輸出。超聲波探頭驅(qū)動采用分時(shí)順序的驅(qū)動方式，即依次對4個(gè)探頭輪流進(jìn)行驅(qū)動，一個(gè)探頭的工作周期內(nèi)要包括發(fā)送和接收兩種操作。4個(gè)探頭

檢測完成構(gòu)成一個(gè)檢測周期。若前一探頭在本工作周期內(nèi)沒有接收到返回的超聲波信號，則單片機(jī)也轉(zhuǎn)入控制下一個(gè)探頭的工作。3.3.3電源模塊電路設(shè)計(jì)電源電路目的：給控制電路及其它電路提供電源。電源設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)很重要關(guān)節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定工作。用分立元器件組裝的直流穩(wěn)壓電源存在體積大，組裝、調(diào)試、維修麻煩的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在隨著功率集成技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)可以把直流穩(wěn)壓電源電路中的電源調(diào)整管、比較放大電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路、過壓過流保護(hù)電路等集成在一片芯片上制成集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器由于使用方便、體積小、成本低、性能優(yōu)良、一致性好等優(yōu)點(diǎn)而在各種電子設(shè)備中得到了非常廣泛的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器件包括三端式固定穩(wěn)壓集成電路器件78XX和79XX系列和輸出可調(diào)的集成穩(wěn)壓電源電路LM319和LM317等。用78/79系列三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓器型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。遵照要求需要一個(gè)+5V電壓，1個(gè)+9V左右可調(diào)電壓。7805典型應(yīng)用電路圖：圖3-14由7805組成的+5V電壓示意圖3.3顯示報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)3.3.1顯示模塊電路設(shè)計(jì)顯示電路的目的將測距的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最常見的顯示器可以使LED數(shù)碼管，設(shè)計(jì)簡單，易于安裝，成本只要幾元。本設(shè)計(jì)使用三個(gè)DPY_7-SEG_DP共陰二極管顯示器，由于倒車時(shí)距離障礙物的距離本來就比較近，大概在3米以內(nèi)，所以一個(gè)四位的LED顯示器就可以達(dá)到要求。而且和單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)也較簡單方便。單片機(jī)將需要顯示數(shù)據(jù)3.3.2報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報(bào)警，當(dāng)距離小于O.35米時(shí)，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為IHZ的BiBi聲。其電路設(shè)計(jì)如圖3-16所示。圖3-17報(bào)警模塊電路圖在圖3-16中，蜂鳴器主要由多諧振蕩器、蜂鳴器、阻抗匹配器及共鳴箱、發(fā)光二極管組成。當(dāng)接通電源后（1.5?15V直流工作電匝），多諧振蕩器起振。多諧振蕩器：利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號。輸出1.5—2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)盧。蜂嗚器電路由單片機(jī)的RD端控制。本系統(tǒng)報(bào)警燈由單片機(jī)脈沖信號觸發(fā)，當(dāng)測距距離小于。.6米時(shí)報(bào)警燈亮。3.4.1本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思想，然后分析了超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式，最后根據(jù)超聲波測距的工作原理和理論分析，對超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、測溫模塊、顯示模塊以及電源模塊的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)超聲波測距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用C語言編程。主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí)。置位總中斷允許位EA。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測距判斷，當(dāng)測距標(biāo)志位ec=1時(shí)，測量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測距頻度是4-5次/秒。測距間隔中,整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn)生4個(gè)頻率為38.46kHz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約1.5-2ms時(shí)間（這也就是超聲波測距儀會有一個(gè)最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機(jī)P3.5腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測到P3.5腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止T0計(jì)時(shí)。由于采用單片機(jī)采用的是12MHz的晶振，計(jì)時(shí)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是13,當(dāng)超聲波測距子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(shí)間）按式⑵計(jì)算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。設(shè)計(jì)時(shí)取15C時(shí)的聲速為340m/s則有：d=（cXt）/2=172XT0/10000cm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碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。4.2超聲波測距子程序及其流程圖voidwdzh（）TR0=0;TH1=0x00;TL1=0x00;csbint=1;sx=0;delay(1700);csbfs();csbout=1;TR1=1;i=yzsj;while(i--){}i=0;while(csbint) 〃判斷接收回路是否收到超聲波的回波{i++;if(i>=3300)csbint=0;}TR1=0;s=TH1;s=s*256+TL1;TR0=1;csbint=1;jsz=s*csbc;//計(jì)算測量結(jié)果jsz=jsz/2;}產(chǎn)生超聲波的子程序：為了方便程序移置及準(zhǔn)確產(chǎn)生超聲波信號，本測距的超聲波產(chǎn)生程序是用匯編語言編寫的進(jìn)退聲波產(chǎn)生程序。產(chǎn)生的超聲波個(gè)數(shù)為UCSBFSSEGMENTCODERSEGUCSBFSPUBLICCSBFSCSBFS:movR6,#8h ;超聲波發(fā)射的完整波形個(gè)數(shù)：共計(jì)四個(gè)here:cplp2.7 ;輸出40kHz方波nopnopnopnopnopnopnopnopnopdjnzR6,hereRETEND流程圖：N超聲波測距發(fā)送超聲波啟動計(jì)時(shí)器T04.3超聲波測距流程圖5總結(jié)與展望本小型模擬系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，仿真證實(shí)其可行性和穩(wěn)定性。實(shí)際要用的倒車?yán)走_(dá)要在車后至少安裝兩對超聲波傳感器，以檢測到車后略寬于車的較大范圍的障礙物，左右距離的報(bào)警可以用不同頻率（聲調(diào)）區(qū)別，仍然分別用間歇嗚叫頻率報(bào)警提示距離。系統(tǒng)由于采用了單片機(jī)AT89S52,充分利用了其豐富的片上資源使得系統(tǒng)功能豐富，使用的外圍芯片減少，提高了系統(tǒng)可靠性。不過目前市場上大多數(shù)倒車?yán)走_(dá)都或多或少存在誤報(bào)警和不報(bào)警的情況，也就是倒車?yán)走_(dá)的穩(wěn)定性問題，這是倒車?yán)走_(dá)最關(guān)鍵的性能，探測雷達(dá)所用的超聲波技術(shù)是一種模擬技術(shù)，性能不穩(wěn)定的雷達(dá)會出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象。另外，目前倒車?yán)走_(dá)報(bào)警后，是采取駕駛員制動的方法，而非自動剎車，也是怕誤報(bào)警后的自動剎車帶來負(fù)面影響，因此下一步的工作會放在怎樣通過收集不同的探測信號建立信息庫，來正確判斷雷達(dá)所探測到的不同情況，以作出盡可能正確的反應(yīng)，最大限度避免誤報(bào)警的負(fù)面影響。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的汽車。在享受汽車給我們帶來的便利的同時(shí)，由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。本文提出的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)方案硬件電路簡單，具有性能好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。6致謝畢業(yè)論文設(shè)計(jì)完畢，大學(xué)生活馬上也就要結(jié)束?；貞涍^去，自己一生最寶貴的時(shí)光能于這樣的校園之中，能在濃厚的學(xué)習(xí)氛圍的校園中度過，覺得很有收獲。在這三年的時(shí)間里，不論是學(xué)習(xí)上，還有思想上都受益非淺。要感謝各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)。論文的設(shè)計(jì)是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。在此，我特別要感謝李想老師。從論文的開題、資料的收集，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，老師一直很費(fèi)心。謝謝老師的細(xì)心指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助之下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。對倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)有了一個(gè)很本質(zhì)的認(rèn)識。時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期馬上就到了，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！7參考文獻(xiàn)王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)（第四版）.西安交通大學(xué)出版社，2000楊凌霄，李玉玲.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，2006余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003丁鎮(zhèn)生，傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用（第1版）.北京電子工業(yè)出版社，1998王振紅，張斯偉.電子電路綜合設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社，2008席愛民.模糊控制技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社，2008鍛九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出