超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

計算機(jī)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著整個國家生活水平的提高，購車族也日益增多，汽車早已成為人們生活的必需品，然而汽車給人們帶來方便快捷的同時，也出現(xiàn)了許許多多的交通事故，其中因倒車引起的剮蹭事件則數(shù)不勝數(shù)，給人們帶來了許多不必要的經(jīng)濟(jì)損失，盡管每輛車都有后視鏡，但是我們要知道后視盲區(qū)卻不可避免，針對這一問題，設(shè)計出一個響應(yīng)快、靈敏度高的倒車?yán)走_(dá)勢在必行。本文利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距，設(shè)計出一種倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，本文主要是利用超聲波穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，將超聲波的測距原理與STC89C52RC單片機(jī)結(jié)合起來，利用超聲波的發(fā)射與接收電路實(shí)現(xiàn)無接觸測距。由于環(huán)境溫度對超聲波波速有影響，使用DS18B20構(gòu)成的溫度測量電路，通過溫度補(bǔ)償法對速度進(jìn)行校正，直接讀取溫度值，從而得出超聲波在某一溫度下的波速，測得并顯示距離，再根據(jù)顯示的距離控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率。論文在介紹超聲波測距的原理及發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計STC89C52RC單片機(jī)的接口控制電路，對溫度信號、超聲波發(fā)射與接收信號進(jìn)行采集與控制，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償與距離報警，通過比較多種發(fā)射及接收電路方案，對系統(tǒng)的誤差進(jìn)行分析，得出了最合理的控制方案，對系統(tǒng)的各個單元的原理及組成各系統(tǒng)電路的芯片原理進(jìn)行介紹，論文也介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)更便攜、可靠和經(jīng)濟(jì)。關(guān)鍵字：超聲波測距；倒車?yán)走_(dá)；STC89C52RC；溫度補(bǔ)償Designtonon-contactultrasonicrangingreversingradarsystemAbstractWiththeimprovementoflivingstandardsacrossthecountry,carbuyersareincreasing,carhasbecomeanecessityoflife,carsbringthepeopleconvenient,butalsoappearedinmanytrafficaccidents,whichcausedbyreversingrubcuteventsarenumerous,gaverisetoalotofunnecessaryeconomiclosses,eventhoughvehiclehasrear-viewmirror,butweneedtoknowblindSpotwasinevitable,tosolvethisproblem,designafastresponse,highsensitivityreversingradarimperative.Inthispaper,theuseofultrasoundtoachievenon-contactdistancemeasurement,designareversingradarsystem,thispaperistheuseofultrasoundpenetratingstrong,lowattenuation,highreflectancecharacteristics,theprincipleofultrasonicdistancemeasurementwithSTC89C52RCmicrocontrollercombinestheuseofultrasoundthetransmitterandreceivercircuitstoachievenon-contactdistancemeasurement.UltrasonicvelocityoftheambienttemperatureinfluenceontheuseDS18B20temperaturemeasurementcircuitconstitutedbythetemperaturecompensationmethodofthespeedcorrectionvalueisdirectlyreadthetemperature,andthusthevelocityoftheultrasonicwaveatacertaintemperature,anddisplaythemeasureddistance,thencontrolthebuzzersoundfrequenciesdependingonthedistancedisplay.OnthebasisoftheprinciplesanddevelopmentofultrasonicrangingpresentationonthedesignSTC89C52RCmicrocontrollerinterfacecontrolcircuitofthetemperaturesignal,theultrasonictransmitterandreceiversignalacquisitionandcontrol,temperaturecompensationanddistancealarm,bycomparingmultipletransmitandreceivecircuitscheme,theerrorsystemwereanalyzedandthemostreasonablecontrolscheme,theprinciplesofthesystemandeachunitconsistingofthesystemcircuitchipprinciplesareintroduced,thepaperalsodescribesthesoftwarearchitectureofthesystem,makingthesystemmoreportable,reliableandeconomical.Keywords:UltrasonicRanging;reversingradar;STC89C52RC;temperaturecompensation[25]：（1）選擇合適的超聲波的發(fā)射頻率計脈沖周期，通常超聲波測距40KHz的選擇發(fā)射機(jī)脈沖更適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率一般應(yīng)比在空氣循環(huán)超聲波傳播更大的10倍以上，考慮到通帶和傳感器噪聲抑制，選擇一個傳輸脈沖為1ms，從這可以看出，正確的選擇超聲波的頻率是非常關(guān)鍵的。（2）在一系列的超聲波接收增益調(diào)整電路和負(fù)反饋的自動增益控制部分，由于所接收的超聲波的傳播距離增加，信號振幅指數(shù)衰減，從而使利用調(diào)整電路的增益的測定倍率的距離增加從電路成倍增加，進(jìn)而使波形幅度的接收機(jī)不使用的距離測量的變化，并在使用電流的負(fù)反饋回路可以使接收波形更穩(wěn)定的大幅度變化而變化。（3）提高計時精度，減少時間量化誤差。計時精度主要與定時器有關(guān)，單片機(jī)上的定時器計數(shù)的準(zhǔn)確性，直接決定了測量的時間誤差。例如：微控制器內(nèi)置計時器只計算晶振頻率第十二次的頻率，當(dāng)晶振頻率為6MHz，計數(shù)頻率為0.5MHz帶內(nèi)經(jīng)過漫長的時間在空中量化誤差0.68毫米；當(dāng)振蕩器的頻率是12MHz的時候，計數(shù)為1MHz的頻率，在這個距離的時間量化誤差是0.34毫米。所以一個辦法就是用定時電路，而在單片機(jī)上可以用晶體頻率，從而把誤差降到最低。結(jié)論基于單片機(jī)設(shè)計的STC89C52RC汽車倒車?yán)走_(dá)，設(shè)計中首先介紹了超聲波測距的知識，其次給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并從系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計思路，提高完善了系統(tǒng)的解決方案。在整個超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計中，超聲波測距模塊HC-SR04，超聲波發(fā)射電路主要由5個反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T40構(gòu)成，超聲波接收電路由超聲波傳感器R40、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成，這個模塊是設(shè)計中的關(guān)鍵模塊。本設(shè)計中測距顯示模塊采用的是單片機(jī)動態(tài)掃描方式將測得距離在LCD上以4位顯示出來的，并利用蜂鳴器報警電路對設(shè)置界限的距離進(jìn)行報警。系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境利用Keil編程軟件來完成的，程序所用的語言是C語言，程序內(nèi)容包括40kHz方波信號的產(chǎn)生、讀取超聲波傳送回波的時間、計算距離、測量環(huán)境溫度、LCD顯示距離及溫度、蜂鳴器報警等模塊組成。本設(shè)計所設(shè)計的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的測距精度能達(dá)到mm級的精度，能夠較精確的進(jìn)行距離的測量，并且在利用了超聲波集成模塊后整個系統(tǒng)的調(diào)試、控制都很方便，測距的范圍可以在4cm～4m之間，測距穩(wěn)定，可以達(dá)到設(shè)計要求。在整個系統(tǒng)設(shè)計的過程中，遇到的問題很多，在開始的時候，對于整個系統(tǒng)的設(shè)計還是很模糊，后來查閱、下載了很多關(guān)于超聲波測距的文獻(xiàn)，通過閱讀大量文獻(xiàn)慢慢地對整個系統(tǒng)的整體設(shè)計有了自己的設(shè)計方案，于是一邊查資料一邊寫論文，逐漸進(jìn)入狀態(tài)，超聲波測距知識的介紹、設(shè)計方案、系統(tǒng)元件介紹都挺順利，在軟件設(shè)計的過程中，一個問題是關(guān)于顯示部分，剛開始用數(shù)碼管顯示距離，但是考慮到溫度對超聲波波速的影響，要測量溫度并且顯示，于是就在液晶顯示屏上第一行顯示溫度第二行顯示距離，效果更直觀。另一個問題是關(guān)于超聲波探頭模塊的選擇，之前設(shè)計的是超聲波發(fā)射電路和接收電路是分開各自獨(dú)立的，但在裝配完調(diào)試總是不穩(wěn)定，后來改用了超聲波集成模塊HC-SR04，集成模塊把超聲波發(fā)射和接收電路集成在一起，而且能大大減少相互之間的干擾。在程序方面，中期檢查基本系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了，后來又加上了蜂鳴器報警程序，另一個程序方面的問題就是關(guān)于超聲波溫度補(bǔ)償?shù)?，通過查閱資料找到了溫度補(bǔ)償公式，使得測量更加精確。該系統(tǒng)作為汽車倒車?yán)走_(dá)極其具有廣闊的應(yīng)用前景，例如倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是測量穩(wěn)定，近的距離，以滿足一般要求，而且成本低。由于該系統(tǒng)需要一個PLL鎖定時間，在汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的測量距離的誤差是可以忽略的，但在較高的精度要求下，如工業(yè)機(jī)器人自動測距等，通過改變一些硬件的超聲波的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)快速鎖代碼或根據(jù)自己的需要加入軟件等的補(bǔ)償方案，誤差進(jìn)一步減小，以滿足更高的要求。參考文獻(xiàn)李靖睿.調(diào)節(jié)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//寫數(shù)據(jù)voidWriteCommandLCD(unsignedcharWCLCD,BuysC); //寫命令unsignedcharReadDataLCD(void); //讀數(shù)據(jù)unsignedcharReadStatusLCD(void); //讀狀態(tài)voidLCDInit(void); //初始化voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData); voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData); voidDelay5Ms(void); //延時voidDelay400Ms(void); //延時voiddelay(unsignedinttime);/********引腳定**************/sbitLCD_RS=P1^0;//定義引腳sbitLCD_RW=P1^1;sbitLCD_E=P1^2;sbitRX=P2^1; //超聲波測距模塊引腳sbitTX=P2^0;sbitSPK=P1^5; //定義蜂鳴器unsignedchartable1[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};unsignedcharcodetm[]={"temperature:00C"};//LCD上顯示的unsignedcharcodeCls[]={"dsitance:0.000m"};charltemp; unsignedinttime=0;unsignedlongS=0;unsignedlongc=0;//超聲波速度bitflag=0;unsignedcharl_disbuff[4]={0,0,0,0,};//顯示緩沖unsignedcharly_dis[4];//定義溫度顯示緩沖區(qū)/***********短延時******************/ voidDelay5Ms(void){ unsignedintTempCyc=5552; while(TempCyc--);}/***********長延時******************/ voidDelay400Ms(void){ unsignedcharTempCycA=5; unsignedintTempCycB; while(TempCycA--){ TempCycB=7269; while(TempCycB--); }}/***********讀狀態(tài)*******************/ unsignedcharReadStatusLCD(void){ LCD_Data=0xFF; LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_E=0; LCD_E=0; LCD_E=1; while(LCD_Data&Busy);//檢測忙信號 return(LCD_Data);}/***********寫數(shù)據(jù)***************/ voidWriteDataLCD(unsignedcharWDLCD){ ReadStatusLCD();//檢測忙 LCD_Data=WDLCD; LCD_RS=1; LCD_RW=0; LCD_E=0; //若晶振速度太高可以在這后加小的延時 LCD_E=0; //延時 LCD_E=1;}/***********寫指****************/ voidWriteCommandLCD(unsignedcharWCLCD,BuysC)//BuysC為0時忽略忙檢測{ if(BuysC)ReadStatusLCD();//根據(jù)需要檢測忙 LCD_Data=WCLCD; LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_E=0; LCD_E=0; LCD_E=1;}/***********初始化**************/ voidLCDInit(void){ LCD_Data=0; WriteCommandLCD(0x38,0); //三次模式設(shè)置，不檢測忙信號 Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCD(0x38,1); //顯示模式設(shè)置,開始要求每次檢測忙信號 WriteCommandLCD(0x08,1); //關(guān)閉顯示 WriteCommandLCD(0x01,1); //顯示清屏 WriteCommandLCD(0x06,1); //顯示光標(biāo)移動設(shè)置 WriteCommandLCD(0x0C,1); //顯示開及光標(biāo)設(shè)置}/***********按指定位置顯示一個字符***********************/ voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData){ Y&=0x1; X&=0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1 if(Y)X|=0x40; //當(dāng)要顯示第二行時地址碼+0x40; X|=0x80; //算出指令碼 WriteCommandLCD(X,0);//這里不檢測忙信號，發(fā)送地址碼 WriteDataLCD(DData);}/***********按指定位置顯示一串字符**********************/ voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData){ unsignedcharListLength; ListLength=0; Y&=0x1; X&=0xF; //限制X不能大于15，Y不能大于1 while(DData[ListLength]>=0x20){//若到達(dá)字串尾則退出 if(X<=0xF){ //X坐標(biāo)應(yīng)小于0xF DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);//顯示單個字符 ListLength++; X++; } }}voidConut(void){ time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*c)/2000;//算出來是mm if((S>=7000)||flag==1)//超出測量范圍顯示“-” { flag=0; DisplayOneChar(10,1,'-'); DisplayOneChar(11,1,'.'); //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(12,1,'-'); DisplayOneChar(13,1,'-'); DisplayOneChar(14,1,'-'); DisplayOneChar(15,1,'M'); //顯示M } else { l_disbuff[0]=S%10000/1000+0x30;//這里加上0X30是將數(shù)字轉(zhuǎn)為ASCII碼 l_disbuff[1]=S%1000/100+0x30; l_disbuff[2]=S%100/10+0x30; l_disbuff[3]=S%10+0x30; DisplayOneChar(10,1,l_disbuff[0]); DisplayOneChar(11,1,'.'); //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(12,1,l_disbuff[1]); DisplayOneChar(13,1,l_disbuff[2]); DisplayOneChar(14,1,l_disbuff[3]); DisplayOneChar(15,1,'M'); //顯示M }}voidzd0()interrupt1 //T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍{flag=1; //中斷溢出標(biāo)志}voidStartModule() //啟動模塊{ TX=1; //啟動一次模塊 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0;}voiddelay(unsignedinttime){ while(time--);}voidmain(void){ unsignedchari; Delay400Ms(); //啟動等待，等LCD講入工作狀態(tài) LCDInit(); //初始化 Delay5Ms(); //延時片刻(可不要) DisplayListChar(0,0,tm); DisplayListChar(0,1,Cls); for(i=0;i<5;i++) Delay400Ms(); //延時 DisplayListChar(0,1,Cls); TMOD=0x01; //設(shè)T0為方式1 TH0=0; TL0=0; ET0=1;//允許T0中斷 EA=1; //開啟總中斷 while(1) { tmpchange(); //溫度轉(zhuǎn)換 { ltemp=tmp()/16; //取整數(shù)顯示 if(ltemp<0){ //判斷第一位顯示整數(shù)還是負(fù)號 ly_dis[0]=0xbf; ltemp=0-ltemp; } else ly_dis[0]=ltemp/100;//顯示百位值 ltemp=ltemp%100; ly_dis[1]=ltemp/10; //顯示溫度十位值 ly_dis[2]=ltemp%10; //顯示溫度個位值 i=0; } i++; DisplayOneChar(13,0,table1[ly_dis[1]]); DisplayOneChar(14,0,table1[ly_dis[2]]); c=331.45+0.61*ltemp; StartModule(); while(!RX); //當(dāng)RX為零時等待 TR0=1; //開啟計數(shù) while(RX); //當(dāng)RX為1計數(shù)并等待 TR0=0; //關(guān)閉計數(shù) Conut(); //計算 for(i=0;i<10;i++) Delay5Ms(); //延時50MSif(S<=500) { SPK=0; delay(50000); //開啟蜂鳴延時 delay(50000); SPK=1; delay(50000); //關(guān)閉蜂鳴延時 delay(50000); } }/****DS18B20.H****/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDS=P3^2;