汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

年4月19日汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。審定成績(jī)：____________審定成績(jī)：____________現(xiàn)代汽車(chē)電控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)_單位（系別）：______自動(dòng)化系________學(xué)生姓名：______王555__________專(zhuān)業(yè)：_____自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)______班級(jí)：______05125555________學(xué)號(hào)：_____255555_______指導(dǎo)教師：_______張55__________填表時(shí)間：年6月摘要汽車(chē)作為現(xiàn)代社會(huì)最主要的交通工具，數(shù)量越來(lái)越多，可是交通事故的發(fā)生頻率逐年增長(zhǎng)，其中因倒車(chē)發(fā)生的事故占很大的比例。隨著科技的發(fā)展，這類(lèi)的問(wèn)題得到了解決，人類(lèi)創(chuàng)造了智能交通系統(tǒng)，其中汽車(chē)智能倒車(chē)防撞技術(shù)關(guān)鍵在于智能實(shí)時(shí)的測(cè)出汽車(chē)與障礙物的距離。當(dāng)汽車(chē)與障礙物之間的距離小于設(shè)定的安全距離時(shí)，防撞系統(tǒng)就自動(dòng)報(bào)警并采取制動(dòng)措施。為提高汽車(chē)運(yùn)行的安全性和降低碰撞發(fā)生的可能,本文講述一種主動(dòng)型汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的倒車(chē)防撞系統(tǒng)增加汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全性的倒車(chē)防撞系統(tǒng)，利用超聲波進(jìn)行無(wú)接觸的測(cè)距，系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示模塊以及聲光報(bào)警模塊等部分組成。汽車(chē)在行駛和倒車(chē)過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)到障礙物，然后經(jīng)過(guò)超聲波測(cè)距原理測(cè)量出汽車(chē)與障礙物之間的距離，并經(jīng)過(guò)數(shù)碼顯示模塊將測(cè)得的距離顯示出來(lái)，當(dāng)汽車(chē)與障礙物之間的距離達(dá)到安全極限時(shí)，單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，達(dá)到提醒司機(jī)防止撞車(chē)的目的。本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能，其硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，具有一定的使用和參考價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)AT89C51超聲波測(cè)距汽車(chē)防撞預(yù)警目錄前言 4第一章汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)概述 5第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)研究背景及意義 5第二節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)簡(jiǎn)介 5第二章倒車(chē)防撞系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 6第三章倒車(chē)防撞系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)使用元件 9第二節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 13第三節(jié)硬件電路總設(shè)計(jì) 17第四節(jié)系統(tǒng)使用元器件清單 18第四章倒車(chē)防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 19第一節(jié)防撞系統(tǒng)工作過(guò)程 19第二節(jié)防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 20結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26前言隨著社會(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)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車(chē)事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。近年來(lái)，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波作出精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波能夠用于距離的測(cè)量中。超聲波測(cè)距即是利用其反射特性，當(dāng)車(chē)輛后退時(shí)，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測(cè)車(chē)輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車(chē)輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。超聲波測(cè)距法是最常見(jiàn)的一種距離測(cè)距方法，應(yīng)用于汽車(chē)停車(chē)的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車(chē)倒車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)中。現(xiàn)在生產(chǎn)的中高檔小轎車(chē)大多數(shù)都配置有倒車(chē)?yán)走_(dá)，而出于節(jié)省成本等方面的考慮，經(jīng)濟(jì)型小轎車(chē)、大客車(chē)等其它車(chē)輛都沒(méi)有配置倒車(chē)?yán)走_(dá)。有市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，必然會(huì)帶動(dòng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。倒車(chē)?yán)走_(dá)電路種類(lèi)較多，本文介紹基于單片機(jī)\o"單片機(jī)"控制的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用通用型單片機(jī)作為控制電路，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(jiǎn)潔、調(diào)試方便、成本低，利于商品化生產(chǎn)。汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)概述第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)研究背景及意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車(chē)價(jià)格的持續(xù)下降，越來(lái)越多的家庭擁有自己的汽車(chē)。在享受汽車(chē)給我們帶來(lái)的便利同時(shí)，由于倒車(chē)而產(chǎn)生的問(wèn)題也日益突出。一方面汽車(chē)的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車(chē)場(chǎng)和車(chē)庫(kù)擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動(dòng)的空間越來(lái)越少；。另一方面，新司機(jī)及非專(zhuān)職司機(jī)越來(lái)越多，因倒車(chē)引起的糾紛越來(lái)越多，車(chē)輛之間、車(chē)輛與人、車(chē)輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30％，路面相關(guān)事故的50％，迎面撞車(chē)事故的60％。改進(jìn)倒車(chē)遇到的窘境被越來(lái)越多的人所關(guān)注，人們對(duì)汽車(chē)操縱的便捷性提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車(chē)倒車(chē)給人們帶來(lái)的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車(chē)快速準(zhǔn)確地停放到指定的位置，因此創(chuàng)造了汽車(chē)倒車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)。本課題相對(duì)而言研究的比較淺，就是利用超聲波聲波特性實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量，進(jìn)行距離預(yù)警。超聲波在空氣中測(cè)距或在特殊環(huán)境下都有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，而且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此在汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。第二節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)是指在汽車(chē)行駛過(guò)程中防止汽車(chē)發(fā)生碰撞障礙物的一種智能報(bào)警裝置。它能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)可能與汽車(chē)發(fā)生碰撞的障礙物體，而且同時(shí)檢測(cè)汽車(chē)與障礙物之間的距離，到達(dá)極限距離時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以避免碰撞的發(fā)生。根據(jù)題目要求，汽車(chē)防撞報(bào)警器的功能主要有兩個(gè)：判斷汽車(chē)與障礙物之間的距離和當(dāng)汽車(chē)與障礙物之間的距離到達(dá)臨界距離時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本課程設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心的倒車(chē)防撞系統(tǒng)增加汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全性的倒車(chē)防撞系統(tǒng)，利用超聲波進(jìn)行無(wú)接觸的測(cè)距，系統(tǒng)主要包括超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路，數(shù)碼顯示電路以及報(bào)警電路。以超聲波傳感器為重點(diǎn)進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，利用數(shù)字傳感器DS18B20進(jìn)行測(cè)量，提高了測(cè)量精度，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出距離并經(jīng)過(guò)LED顯示，在超出一定距離時(shí)，電鈴報(bào)警，駕駛員做出判斷。倒車(chē)防撞系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)總體思路概況汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，用計(jì)時(shí)器計(jì)出超聲波從發(fā)射到接收到遇到障礙物后反射聲波的時(shí)間經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出汽車(chē)與障礙物之間的距離。在實(shí)際生活中常見(jiàn)的測(cè)距方法主要有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端設(shè)置發(fā)射裝置，一端設(shè)置接收裝置，利用公式S=vt得出測(cè)量的距離。這種測(cè)量方式特別適用于測(cè)量身高；另一種是本次設(shè)計(jì)采用的方式，利用超聲波遇到障礙物后反射得出距離。汽車(chē)防撞系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路及顯示電路三部分。單片機(jī)采用的是AT89C51系列。為了獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率而采用了高精度的晶振，這樣極大的減小測(cè)量距離的誤差。用單片機(jī)P1.0端口輸出超聲波發(fā)射器所需要的40kHz的方波信號(hào)，使用外中斷0口檢測(cè)接收超聲波的反射信號(hào)。顯示電路裝置用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格便宜的4位LED數(shù)碼管來(lái)顯示距離。超聲波的發(fā)射裝置主要是由反相器74LS04和發(fā)射傳感器構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0引腳輸出40k赫茲的間斷方波信號(hào)分成2路，一路信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)反向器后到達(dá)TCT40一個(gè)引腳，另一路經(jīng)過(guò)兩個(gè)反向器后到TCT40的另一個(gè)引腳，用這種形式將P1.0發(fā)出的單片機(jī)P1.0端口發(fā)出的間斷方波信號(hào)加到TCT40的兩端上，用這種推換形式將間斷的方波信號(hào)連接到超聲波傳感器的兩個(gè)引腳上，這樣能夠增強(qiáng)超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。在加載反波信號(hào)時(shí)使用兩個(gè)74LS04并聯(lián)，是它的驅(qū)動(dòng)能力得到了很大的提高。而電阻R8、R9增大超聲波傳感器的阻尼效果，縮短了震蕩時(shí)間，使超聲波傳感器輸出高電平的能力大大增加。超聲波接收采用CX6A集成電路模塊，根據(jù)電路圖能夠看出，集成芯片CX6在接收裝置電路中的作用很大。CX6是一款紅外線(xiàn)檢波接收的芯片，它常見(jiàn)于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線(xiàn)波的頻率為38kHz，與測(cè)距使用的超聲波頻率接近。而且CX6芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的f5角連接了一個(gè)外接電阻，此電阻使她濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)R15的阻值越大濾波器的中心頻率就越低，變化范圍在30～60kHz之間。此次設(shè)計(jì)證明用CX6A接收超聲波信號(hào)具有優(yōu)秀的靈敏特性和較強(qiáng)的抗干擾能力。超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。超聲波測(cè)距預(yù)計(jì)能夠系統(tǒng)主程序第一步是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化定時(shí)器T0為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器的工作模式。全局中斷打開(kāi)并給顯示端口清0。在調(diào)用超聲波的發(fā)生子程序發(fā)出一個(gè)超聲波脈沖，在發(fā)射過(guò)程中延時(shí)約0.1ms，避免聲波信號(hào)從發(fā)射器發(fā)出后直接傳送到接收器而引起直射波觸發(fā)，然后在使用外中斷接收遇到物體后返回聲波信號(hào)。我采用了12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每次計(jì)數(shù)間隔是1μs，當(dāng)主程序接收到成功的信號(hào)后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)計(jì)算，即得出與障礙物之間的距離，測(cè)出距離后將結(jié)果送往LED顯示，這就是超聲波測(cè)距的過(guò)程。在系統(tǒng)調(diào)試方面，由于設(shè)計(jì)的電路由很多集成電路構(gòu)成。外圍元件很少，因此調(diào)試不太難。只要焊接的電路沒(méi)有錯(cuò)誤，簡(jiǎn)單調(diào)試一下就能夠正常使用了。電路設(shè)計(jì)中除了集成電路，對(duì)其它電子元件也沒(méi)專(zhuān)業(yè)要求。能夠根據(jù)測(cè)量距離的差異，調(diào)整與接收換能器濾波電容就能得到適合靈敏度和超聲波抗干擾能力。超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是經(jīng)過(guò)檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來(lái)的回波，如圖2-1所示。從而測(cè)出超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差T，然后根據(jù)公式：S=CT/2即可算出汽車(chē)與被測(cè)物體的距離。S為汽車(chē)與障礙物之間的距離，C為超聲波在空氣中的傳播速度。聲速c與溫度有關(guān)，如溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。本設(shè)計(jì)中設(shè)定溫度為常溫20℃。圖2-1超聲波傳播圖利用超聲波的測(cè)距的原理圖如框圖2-2所示，單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后經(jīng)過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)。數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示定時(shí)器單片機(jī)控制放大電路超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器圖2-2超聲波測(cè)距原理圖控制系統(tǒng)框圖超聲波防撞控制系統(tǒng)圖如框圖2-3所示。該系統(tǒng)全部都由單片機(jī)進(jìn)行控制，單盤(pán)機(jī)發(fā)出40Hz的方波脈沖，經(jīng)過(guò)超聲波發(fā)射電路發(fā)射出超聲波。超聲波在遇到障礙物之后反射射回來(lái)再由接收電路接收反射聲波信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行分析，計(jì)算出汽車(chē)與障礙物之間的距離，將處理后的結(jié)果送入顯示電路經(jīng)過(guò)數(shù)碼顯示管顯示出距離，如果距離達(dá)到安全的極限距離著由報(bào)警電路經(jīng)過(guò)蜂鳴器發(fā)車(chē)報(bào)警，提示司機(jī)躲避障礙物。LED顯示掃描驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路超聲波發(fā)送電路振蕩復(fù)位電路超聲波接收電路AT89C51單片機(jī)LED顯示掃描驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路超聲波發(fā)送電路振蕩復(fù)位電路超聲波接收電路AT89C51單片機(jī)圖2-3超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)圖倒車(chē)防撞系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)、顯示電路、超聲波的發(fā)射和檢測(cè)接收電路。在本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用AT89C51。還采用了12MHz高精度的晶振，以減小測(cè)量的誤差。用AT89C51的P1.0端口輸出所需的40kHz的方波信號(hào)，采用AT89C51實(shí)現(xiàn)對(duì)TCT40超聲波轉(zhuǎn)換模塊和CX6A芯片的控制。第一節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)使用元器件AT89C51的功能特點(diǎn)AT89C51單片機(jī)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等組成。中央處理器是單片機(jī)的核心部分，它的主要作用是完成運(yùn)算和控制功能。程序存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)功能，使應(yīng)用程序在開(kāi)發(fā)調(diào)試后永久性的存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。AT89C51控制著超聲波的發(fā)送和接收，串行口發(fā)送數(shù)據(jù)。LED顯示是共陰極接法的動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示。接收電路接收超聲波遇到物體后反射回來(lái)的回波信號(hào)。該芯片包括了限幅放大、前置放大、整形和輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，這樣方便了檢測(cè)判斷回波的數(shù)據(jù)是否正確，而且能夠經(jīng)過(guò)計(jì)算得出距離值。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，8位高性能的CMOS微處理器，叫做單片機(jī)。該單片機(jī)采用的制造技術(shù)是ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造成的，它能夠與達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的輸出管腳和MCS-51指令集相兼容。由于它將8位多功能CPU處理器和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，AT89C51是一種高效微控制器外形及引腳排列如圖3-1所示。圖3-1AT89C51控制器AT89C51有兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式：空閑工作方式和掉電工作方式。當(dāng)處于空閑方式時(shí)CPU處于睡眠狀態(tài)，但片內(nèi)的其它部件依然繼續(xù)工作，而且片內(nèi)RAM的內(nèi)容和所有專(zhuān)用寄存器的內(nèi)容在空閑方式期間都被保留起來(lái)。當(dāng)處于掉電方式時(shí)保存了RAM的內(nèi)容，振蕩器停止震蕩，禁止芯片其它功能直到下一次硬件復(fù)位才能使用。AT89C51為許多器材的制造提供了十分靈活和低成本的解決辦法。充分的利用了單片機(jī)的片內(nèi)資源，使我們能夠在較少使用外圍電路的情況下完成超聲波測(cè)距。CX6功能特點(diǎn)CX6對(duì)收到的信號(hào)有放大和濾波的作用。如圖3-2所示，CX6芯片的接口圖。CX6有8個(gè)引腳，管腳1是超聲波信號(hào)輸入端；管腳2的電阻和電容決定接收換能器的總增益，經(jīng)過(guò)增大或者減小電阻電容，確定放大倍數(shù)，改變放大器的頻率。管腳3與GND之間連接的電容起到檢波作用；管腳5上的連接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻用來(lái)設(shè)置濾波器的中心頻率；管腳6與GND之間接入一個(gè)電容，該電容確定探測(cè)距離；管腳7是集電極開(kāi)路輸出端：管腳8接電源正極。圖3-2CX6芯片接口圖LED數(shù)碼管在生活中最常見(jiàn)到的LED數(shù)碼管是八段和七段的，八段式原理圖的如圖3-4所示。本次設(shè)計(jì)中采用的是八段式的數(shù)碼管。八段式的與七段式的相比，她們各部分結(jié)構(gòu)大致相同，八段只比七段式的多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管里都是由LED發(fā)光二極管發(fā)光單片機(jī)控制LED的滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數(shù)字，八段式的數(shù)碼管與七段式的主要區(qū)別就在于八段式的數(shù)碼管中有八個(gè)發(fā)光二極管，而七段式的數(shù)碼管中有七個(gè)發(fā)光二極管，兩種之間只差一個(gè)點(diǎn)。數(shù)碼管又分為兩種類(lèi)型，共陽(yáng)極型和共陰極型。原理圖如圖3-3共陽(yáng)極型和共陰極型原理圖所示。共陽(yáng)極型就是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一起而且接到電源上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陰極接到地線(xiàn)上，它就會(huì)發(fā)光。共陰極型則是將數(shù)碼管中發(fā)光二極管的陰極都接在一起而且接到地線(xiàn)上，連接好之后把其中任何哪個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到電源上，它就會(huì)發(fā)光。圖3-3共陰極型和共陽(yáng)極型原理圖圖3-4數(shù)碼顯示管引腳圖如圖3-4數(shù)碼顯示管引腳圖所示，把兩個(gè)COM引腳連接起來(lái)，作為數(shù)碼管的公共端，數(shù)碼管共陽(yáng)端要接地，共陰端接電源。一個(gè)二極管是一位，八個(gè)管子即a，b，c，d，e，f，g還有dp，拼成個(gè)8字列在一起就構(gòu)成了一個(gè)8位的數(shù)碼顯示管。一個(gè)八段式的數(shù)碼顯示管的每個(gè)顯示管連在一起，每個(gè)二極管的公共端稱(chēng)為位選線(xiàn)。在數(shù)碼管顯示數(shù)字是，一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)一條直線(xiàn)，a對(duì)應(yīng)的是首位，dp對(duì)應(yīng)最后位。例如，當(dāng)數(shù)碼管顯示管顯示數(shù)字0時(shí)，那么共陰極數(shù)碼顯示管的編碼就為00111111，十六進(jìn)制數(shù)為0x3f，而共陽(yáng)極的數(shù)碼顯示管的編碼就是11000000，十六進(jìn)制數(shù)為0xc0。經(jīng)過(guò)這個(gè)例子能夠看的出來(lái)共陰極數(shù)碼顯示管和共陽(yáng)極數(shù)碼顯示管的編碼各個(gè)位是相反的。第二節(jié)倒車(chē)防撞系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射器包括兩個(gè)部分：超聲波產(chǎn)生電路部分和超聲波發(fā)射控制電路部分。超聲波探頭采用TCT40。單片機(jī)P1.0端口輸出40KHz的超聲波信號(hào)，此時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。經(jīng)過(guò)輸出引腳輸入，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲波，此方法充分利用了軟件控制，靈活性好。超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)圖如圖3-5所示。圖3-5超聲波發(fā)射裝置設(shè)計(jì)圖超聲波的發(fā)射電路主要由反相器74LS04和發(fā)射換能器構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)P1.0口輸出的40kHz的間斷方波信號(hào)分成2路，一路經(jīng)一級(jí)反向器后到達(dá)TCT40一個(gè)電極，另一路經(jīng)過(guò)兩級(jí)反向器后到TCT40的另一個(gè)電極，用這種形式將P1.0發(fā)出的方波信號(hào)加到TCT40的兩端上，這樣能夠增強(qiáng)超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。在加載反波信號(hào)時(shí)使用兩個(gè)74LS04并聯(lián)，能夠提高驅(qū)動(dòng)能力。而電阻R8、R9能夠增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短了震蕩時(shí)間，還能夠提高換能器輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力。超聲波接收裝置的設(shè)計(jì)超聲波接收器包括接收、發(fā)射探頭、信號(hào)放大電路和波形變換電路三個(gè)部分。超聲波探頭采用RCT40。按照超聲波原理，微處理器需要的只是第一個(gè)回波的時(shí)刻。接收裝置的設(shè)計(jì)可用CX6A來(lái)完成。在空氣中傳播超聲波的其能量的衰減與距離是成正比的，距離越小、衰減越少，距離越大、衰減越多，一般都在1V之內(nèi)。圖3-6超聲波接收裝置設(shè)計(jì)圖超聲波的接收裝置如圖3-6超聲波接收裝置圖所示。超聲波的接收采用CX6A集成電路模塊，根據(jù)電路圖能夠看出，集成芯片CX6在接收裝置電路中的作用很大。CX6是一款紅外線(xiàn)檢波接收的芯片，她常見(jiàn)于現(xiàn)實(shí)生活中，而且價(jià)格便宜。由于紅外線(xiàn)波的頻率為38kHz，與測(cè)距使用的超聲波頻率接近。而且CX6芯片的內(nèi)部設(shè)置比較好，由于設(shè)計(jì)中芯片的f5角連接了一個(gè)外接電阻，此電阻使她濾波器的中心頻率能夠調(diào)節(jié)，當(dāng)R15的阻值越大濾波器的中心頻率就越低，變化范圍在30～60kHz之間。CX6對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波的作用。當(dāng)接收到的聲波信號(hào)經(jīng)由放大器，調(diào)整信號(hào)的頻率，然后濾波消除干擾信號(hào)，最后再經(jīng)過(guò)整形，輸出到CX6的7腳輸出。當(dāng)接收到的聲波信號(hào)與CX6的中心頻率相符時(shí)，它的7腳就會(huì)低電平輸出，而7腳接到INT0引腳上，這樣就會(huì)中斷。若頻率和CX6的中心頻率不同時(shí)，即可調(diào)節(jié)R15，使濾波器的中心頻率與超聲波測(cè)距的頻率相符。顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路中顯示測(cè)量距離使用的是4位共陰的LED數(shù)碼管，它簡(jiǎn)單實(shí)用而且價(jià)格便宜。位碼使用四個(gè)PNP三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，顯示電路設(shè)計(jì)圖如圖3-7顯示電路設(shè)計(jì)圖所示。圖3-7顯示電路設(shè)計(jì)圖報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，LED發(fā)光，利用單片機(jī)控制輸出一個(gè)一定頻率的信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管，把信號(hào)放大，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。然后將放大之后的信號(hào)連接到蜂鳴器上，報(bào)警部分裝置的設(shè)計(jì)圖如圖3-8所示。圖3-8報(bào)警裝置設(shè)計(jì)圖蜂鳴器是使用直流電源進(jìn)行供電，它廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，特別在計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)等電子設(shè)備制造中作為發(fā)聲的器件而廣泛應(yīng)用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，它分為兩種類(lèi)型，一種是壓電式蜂鳴器另一種是電磁式蜂鳴器。壓電式蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、共鳴箱阻及抗匹配器還有外殼等部分組成。壓電蜂鳴片是由鈮鎂酸鉛或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制造而成。而多諧振蕩器由集成電路或者晶體管構(gòu)造而成。當(dāng)電極兩端接通電源以后,多諧振蕩器開(kāi)始振動(dòng),輸出音頻信號(hào)，然后阻抗匹配器便能推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動(dòng)膜片、電磁線(xiàn)圈和外殼等部分組成。在兩極接通電源之后，振蕩器能夠產(chǎn)生的音頻信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)電磁線(xiàn)圈，便會(huì)使電磁線(xiàn)圈生成磁場(chǎng)。這樣振動(dòng)膜片便會(huì)在磁鐵和電磁線(xiàn)圈的作用下，周期性重復(fù)地振動(dòng)從而發(fā)出聲音。系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)是5V供電，電源電壓范圍從3.3~5V，在電路系統(tǒng)需要一個(gè)變壓芯片，我選擇7805芯片，引腳圖如下：圖3-97805芯片引腳圖這是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，R16為負(fù)載電阻。電路圖如3-10所示：圖3-10穩(wěn)壓電源第三節(jié)硬件電路總設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)硬件部分由超聲波的接收電路、顯示電路、超聲波的發(fā)射電路和單片機(jī)的外圍電路等各部分組成。使用單片機(jī)的P1.0口輸出40KHZ的方波信號(hào)，經(jīng)反相器來(lái)控制超聲波的發(fā)送，以達(dá)到超聲波換能器所需的震蕩條件。利用中斷口INT0檢測(cè)超聲波接收電路接收到的返回信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)INT0引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)超聲波就已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器計(jì)出超聲波傳播所用的時(shí)間，然后算就能夠得到與障礙物之間的距離大小。顯示電路采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的4位LED數(shù)碼管把測(cè)量的距離顯示出來(lái)，位碼用4個(gè)PNP三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)。超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射接，并自動(dòng)計(jì)時(shí)得出超聲波的往返時(shí)間，單片機(jī)采用的是AT89C51，這種單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而且單片機(jī)內(nèi)有4K的ROM，方便于編程。這時(shí)就能夠使用單片機(jī)把各部分設(shè)計(jì)好的電路圖連接起來(lái)進(jìn)行仿真了。超聲波預(yù)警系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)圖3-11汽車(chē)預(yù)警系統(tǒng)原理圖所示。圖3-11汽車(chē)預(yù)警系統(tǒng)原理圖第四節(jié)系統(tǒng)使用元器件清單在本次設(shè)計(jì)中使用的元器件主要有單片機(jī)AT89C51，CX6A，超聲波探頭，蜂鳴器，數(shù)碼顯示管等，所用元器件詳細(xì)清單如表3-7所示。表3-7元器件清單倒車(chē)防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距預(yù)警系統(tǒng)主要包括主程序、發(fā)射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子程序和數(shù)碼顯示子程序等。第一節(jié)防撞系統(tǒng)工作過(guò)程軟件工作過(guò)程按下控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，當(dāng)主程序完成初始化后調(diào)用發(fā)射子程序，由P1.0口發(fā)射出1個(gè)脈沖，驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波，而且計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄到超聲波發(fā)射到接受所用的時(shí)間當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波后，接收電路輸出端輸出一個(gè)跳變信號(hào)，在INT0端產(chǎn)生一個(gè)中斷的信號(hào)，得到超聲波的時(shí)間差。溫度假設(shè)不變，知道了時(shí)間和超聲波的聲波速度后，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算得出距離，顯示出來(lái)，到達(dá)距離極限時(shí)，啟用報(bào)警模塊。算法的軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距是經(jīng)過(guò)檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射回來(lái)的回波，從而測(cè)出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)的時(shí)間間隔，然后求出距離由S=CT/2即可算出汽車(chē)與被測(cè)物體的距離。其中，S為測(cè)量的距離，C為超聲波在空氣中的傳播速度。T從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)的時(shí)間間隔。在啟動(dòng)發(fā)射電路發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)啟單片機(jī)AT89C51內(nèi)的定時(shí)器T0，經(jīng)過(guò)定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能記錄下來(lái)超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到超聲波的時(shí)間。當(dāng)接收電路收到超聲波時(shí)，接收電路的輸出端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0端能夠產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后執(zhí)行外部中斷子程序，讀取出來(lái)時(shí)間間隔，算出距離。第二節(jié)防撞系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主程序主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms(這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后，才打開(kāi)外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè)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(lái)回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,根據(jù)公式d=(C*T0)/2（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值），測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式顯示在LED上,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。主程序框圖如圖4-1所示：開(kāi)始開(kāi)始單片機(jī)初始化定時(shí)中斷子程序有無(wú)回?fù)?？外部中斷子程序NY圖4-1主程序框圖超聲波發(fā)射子程序，超聲波接收子程序超聲波發(fā)生子程序的作用是經(jīng)過(guò)P1.0端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷INT0關(guān)閉。本系統(tǒng)采用12M晶振，即機(jī)器周期是1us。下圖4-3是超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖。超聲波的發(fā)射與接收其實(shí)就是中斷的體現(xiàn)，我們主要使用外部中斷源和定時(shí)器T0中斷。下圖4-2是中斷程序的流程圖。圖4-2中斷程序流程圖圖4-3超聲波發(fā)射與接收子程序流程圖測(cè)距子程序當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位之后將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲