基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.....................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.....................................................1

2.1測(cè)距工具的選擇.............................................1

2.2單片機(jī)的選擇..............................................1

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)...............................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).....................................................3

3.1系統(tǒng)原理圖..................................................3

3.2STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)................................3

3.3按鍵電路設(shè)計(jì)...............................................4

3.4數(shù)碼管顯示模塊電路.........................................4

3.5HC-RS04超聲波模塊電路......................................5

3.6語(yǔ)音播報(bào)模塊電路............................................5

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).....................................................6

4.1主程序流程圖...............................................6

4.2數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì).........................................7

4.3報(bào)警程序設(shè)計(jì)...............................................7

4.4按鍵程序設(shè)計(jì)...............................................7

5產(chǎn)品使用說(shuō)明.....................................................8

5.1產(chǎn)品裝配圖.................................................8

5.2產(chǎn)品調(diào)試...................................................9

5.3產(chǎn)品功能介紹及使用說(shuō)明....................................10

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).................................................10

參考資料..........................................................11

附錄..............................................................12

附錄1元器件清單..............................................12

附錄2電路原理圖..............................................13

I

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖..............................................14

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖..............................................15

附錄5主程序代碼..............................................16

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要從三個(gè)部分來(lái)完成，包括數(shù)碼管顯示、單片機(jī)系統(tǒng)、

超聲波發(fā)射和波接收電路。通過(guò)單片機(jī)對(duì)超聲波和超聲波轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)控

制。采用通用型、廉價(jià)的STC89C51單片機(jī)作為本產(chǎn)品的控制平臺(tái)，運(yùn)用相

關(guān)專業(yè)知識(shí)對(duì)超聲波測(cè)距儀進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品使用STC89C51/52單片機(jī)

為主控制器，數(shù)碼管顯示測(cè)量距離，三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，超聲模塊HC-SR04

的距離測(cè)量一般在0.02m~5.5m，其距離可通過(guò)按鍵更改，語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)當(dāng)前

距離，可以當(dāng)汽車倒車?yán)走_(dá)使用。當(dāng)汽車后面有物體阻擋時(shí)，汽車很難控制

自身倒退速度，以及判斷倒車距離，由于判斷的失誤，導(dǎo)致汽車發(fā)生碰撞。

所以我們需要人為預(yù)防此類情況的發(fā)生，所以駕駛者在一邊知道后方距離，

一邊倒車，可以很好地通對(duì)距離的判斷來(lái)控制自己車的速度，從而安全倒

車。這樣不僅降低了碰撞事故的發(fā)生，也得安全性增加。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1測(cè)距工具的選擇

1.激光測(cè)距，使用激光測(cè)距可以通過(guò)脈沖法來(lái)對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量：發(fā)射激光

的同時(shí)記錄激光往返的時(shí)間，當(dāng)需要計(jì)算兩者之間的距離時(shí)，我們就用光的速

度乘以往返的時(shí)間在乘以0.5，得出的結(jié)果就是兩者距離，但是激光測(cè)距當(dāng)遇

到下雨天時(shí)，容易受到些許干擾，它數(shù)據(jù)的精確在于于環(huán)境要求的嚴(yán)格。

2.超聲波測(cè)距，因?yàn)槌暡y(cè)距它是不用接觸的，其成本便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

它也能夠在特定場(chǎng)合及惡劣環(huán)境下使用。這是一種利用電子技術(shù)，結(jié)合超聲波

特性，光電感應(yīng)來(lái)達(dá)到非接觸式的測(cè)距方法。一個(gè)好的倒車系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也需要

我們從零件的性價(jià)比，以及兼容實(shí)用性去考慮。

所以我們本次設(shè)計(jì)采取超聲波測(cè)距

2.2單片機(jī)的選擇

方案一、使用AT89C51主要性能：可以兼容其它的單片機(jī)

AT89C51是一款低功耗、高性能CMOS8bit微控制器，具有系統(tǒng)可編程的

8KFlash存儲(chǔ)器。采用美國(guó)Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，完全兼

容工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳。片上Flash可以讓程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，

也適合于常規(guī)編程器。在單芯片上，配合靈巧的8位CPU，以及在系統(tǒng)中可編程

1

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的Flash，使得AT89S51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高靈活性、超有效的

解決方案。

方案二、使用STM32系列單片機(jī)，它能實(shí)現(xiàn)許多功能，其功能性還是挺強(qiáng)。它

主要針對(duì)嵌入式應(yīng)用，它所搭載的是ARMCortex-M內(nèi)核，能實(shí)現(xiàn)的功能有4兆

位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，1μs的雙12位ADC，它的集成效果較強(qiáng)，但

是它比AT89C51的成本貴許多，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

最大的區(qū)別之一是一個(gè)獨(dú)立編址一個(gè)統(tǒng)一編址，因此我們選用方案一：

AT89C51單片機(jī)。

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

電路由單片機(jī)核心電路，按鍵電路，顯示電路，超聲波發(fā)射電路等這幾個(gè)

板塊組成。

圖1系統(tǒng)框圖

2

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)原理圖

圖2系統(tǒng)原理圖

3.2STC89C51單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

圖3單片機(jī)核心電路

3

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3.3按鍵電路設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品采取了獨(dú)立式鍵盤接法。其實(shí)現(xiàn)方式是利用單片機(jī)I/O口的高低電

平來(lái)判斷有無(wú)按鍵按下。將常開(kāi)按鍵一端接一個(gè)I/O口，另一端接地程序開(kāi)始

時(shí)將此I/O口置于高電平，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口成

為低電平。按鍵松開(kāi)后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻，使得I/O口繼續(xù)保持在高電

平在無(wú)鍵按下時(shí)，I/O口保持較高的水平。

圖4按鍵電路圖

3.4數(shù)碼管顯示模塊電路

顯示電路：數(shù)碼管顯示器采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)LED鎖存，單片機(jī)將所需傳

輸?shù)淖侄坞娖絺鬏斀o數(shù)碼顯示管的接口電平，從而呈現(xiàn)數(shù)字。

圖5顯示模塊電路圖

4

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3.5HC-RS04超聲波模塊電路

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功

能，

測(cè)距精度可達(dá)高到3mm;模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

基本工作原理:

(1)采用I0口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào):

(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回;

(3)有信號(hào)返回，通過(guò)I0口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就

是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2;

圖6超聲波模塊電路圖

3.6語(yǔ)音播報(bào)模塊電路

對(duì)所測(cè)的距離，進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，采用了一個(gè)語(yǔ)音芯片：語(yǔ)音播報(bào)的主要組

成是喇叭，三極管放大器，發(fā)光二極管。R6、R13的阻值為2.2K。對(duì)于二級(jí)運(yùn)

算放大，都采用F007芯片，兩級(jí)放大電路均是負(fù)反饋接法，即反相比例運(yùn)算

電路。

圖7語(yǔ)音播報(bào)模塊電路圖

5

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品運(yùn)用keil、C語(yǔ)言等編程環(huán)境，由多個(gè)模塊共同組成。

4.1主程序流程圖

開(kāi)始

初始化

調(diào)用顯示子程序

障礙物存N

在

Y

讀出距離值

數(shù)值處理

結(jié)束

圖8程序主流程圖

6

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4.2數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)

數(shù)碼管顯示程序的主要的功能就是超聲波模塊經(jīng)at89c51處理完成的距

離，顯示在數(shù)碼管顯示器上。

4.3報(bào)警程序設(shè)計(jì)

超過(guò)產(chǎn)品設(shè)定距離，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，提醒注意。

圖9報(bào)警程序流程圖

4.4按鍵程序設(shè)計(jì)

通過(guò)按鍵程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)最大最小距離范圍的調(diào)控“+”“-”，以及退出設(shè)

置。

7

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圖10按鍵程序流程圖

5產(chǎn)品使用說(shuō)明

1.產(chǎn)品采用STC89C51單片機(jī)作為產(chǎn)品的主控器

2.HC-SR04超聲波測(cè)距范圍在0.02m~5.5m以上

3.三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示測(cè)量的距離

4.語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)當(dāng)前距離

5.報(bào)警距離可以用過(guò)按鍵設(shè)定和更改

5.1產(chǎn)品裝配圖

超聲波模塊

數(shù)碼管顯示

器

蜂鳴器報(bào)警

LED燈

開(kāi)

關(guān)AT89C51單片機(jī)

按鍵

語(yǔ)音播報(bào)

8

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圖11產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

檢查產(chǎn)品焊接是否全部到位，有無(wú)漏焊、虛焊，用萬(wàn)用表檢查電路是否

存在短路、斷路，最后上電看是否有其他問(wèn)題。將編寫的程序編譯檢查，在

沒(méi)有問(wèn)題后燒錄單片機(jī)中。

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圖12程序燒錄完成圖

5.3產(chǎn)品功能介紹及使用說(shuō)明

通電按下開(kāi)關(guān)后超聲波開(kāi)始自動(dòng)測(cè)距，如果距離大于35cm，顯示器顯示

距離，語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前距離。距離如果小于35cm，顯示器顯示距離,蜂鳴器報(bào)警，

語(yǔ)音提醒。該產(chǎn)品有一個(gè)加，一個(gè)減，一個(gè)設(shè)置鍵，，只有當(dāng)按下設(shè)置鍵的

時(shí)候才可以加減。

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

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參考資料

[1]張建輝、劉國(guó)歲等。多斜率步進(jìn)調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)在汽車防撞雷達(dá)中的應(yīng)用.電子與信息學(xué)報(bào)

《2002,24(2).-232-237》。

[2]基于多傳感器信息融合的車輛主動(dòng)防碰撞控制系統(tǒng)

/zzzt/2003/09/xhxt-1.htm

[3]盛懷茂，夏冠群，孫曉瑋，李洪芹，李玉芳。FMCW毫米波防撞雷達(dá)系統(tǒng)，電子產(chǎn)品世界2001-2-14

[4]薛均義，張彥斌.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用.西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

[5]唐穎，程菊花，任條娟。單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011

[6]鐘勇，范森海，王永輝.高速公路事故的誘因及預(yù)防對(duì)策[J].公路交通科技.2010(6).

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

13

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

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附錄5主程序代碼

#include<reg52.H>//器件配置文件

#include<intrins.h>

#include<math.h>

#include<yyxp.h>

//傳感器接口

sbitRX=P2^3;

sbitTX=P2^2;

//按鍵聲明

sbitS1=P3^1;

sbitS2=P3^2;

sbitS3=P3^6;

sbitDIAN=P0^5;

//蜂鳴器

sbitFeng=P2^0;

//變量聲明

unsignedinttime=0;

unsignedinttimer=0;

unsignedcharposit=0;

unsignedlongS=0;

unsignedlongBJS=50;//報(bào)警距離80CM

unsignedlongcurrent_S=0;

charnum=0;

//模式0正常模式1調(diào)整

charMode=0;

bitflag=0,flag_BJ;

unsignedcharconstdiscode[]

={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0x80};//數(shù)碼管顯

示碼0123456789-和不顯示

unsignedchardisbuff[4]={0,0,0,0};//數(shù)組用于存放距離信息

unsignedchardisbuff_BJ[4]={0,0,0,0};//報(bào)警信息

sbitW0=P2^4;

sbitW1=P2^5;

sbitW2=P2^6;

sbitW3=P2^7;

//延時(shí)100ms（不精確）

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voiddelay(void)

{

unsignedchara,b,c;

for(c=10;c>0;c--)

for(b=38;b>0;b--)

for(a=130;a>0;a--);

}

//按鍵掃描

voidKey_()

{

//+

if(S1==0)

{

delay();//延時(shí)去抖

delay();//延時(shí)去抖

flag_bofang=0;

while(S1==0)

{

P1=P1|0x0f;

}

BJS++;//報(bào)警值加

if(BJS>=151)//最大151

{

BJS=0;

}

}

//-

elseif(S2==0)

{

delay();

delay();//延時(shí)去抖

flag_bofang=0;

while(S2==0)

{

P1=P1|0x0f;

}

BJS--;//報(bào)警值減

if(BJS<=1)//最小1

{

BJS=150;

}

}

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//功能

elseif(S3==0)//設(shè)置鍵

{

delay();

delay();//延時(shí)去抖

flag_bofang=0;

while(S3==0)

{

P1=P1|0x0f;

}

Mode++;//模式加

num=0;

if(Mode>=2)//加到2時(shí)清零

{

Mode=0;

}

}

}

/********************************************************************

**************************************/

//掃描數(shù)碼管

voidDisplay(void)

{

//正常顯示

if(Mode==0)

{

num++;

if(num==1)

{

W3=1;

W0=1;

P0=~discode[disbuff[0]];

DIAN=0;

W1=0;

}

elseif(num==2)

{

W1=1;

P0=~discode[disbuff[1]];

W2=0;

}

elseif(num>=3)

{

18

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

W2=1;

P0=~discode[disbuff[2]];

W3=0;

num=0;

}

}

//報(bào)警顯示

else

{

num++;

if(num==1)

{

W3=1;

P0=~0xCE;//11001110

W0=0;

}

elseif(num==2)

{

W0=1;

P0=~discode[disbuff_BJ[0]];

DIAN=0;

W1=0;

}

elseif(num==3)

{

W1=1;

P0=~discode[disbuff_BJ[1]];

W2=0;

}

elseif(num>=4)

{

W2=1;

P0=~discode[disbuff_BJ[2]];

W3=0;

num=0;

}

}

}

/********************************************************************

**************************************/

//計(jì)算

voidConut(void)

{

19

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

time=TH0*256+TL0;//讀出T0的計(jì)時(shí)數(shù)值

TH0=0;

TL0=0;//清空計(jì)時(shí)器

S=(time*1.7)/100;//算出來(lái)是CM

if(Mode==0)//非設(shè)置狀態(tài)時(shí)

{

if((S>=700)||flag==1)//超出測(cè)量范圍顯示“-”

{

Feng=1;//蜂鳴器報(bào)警

flag_BJ=0;//關(guān)閉報(bào)警

flag=0;

disbuff[0]=10;//“-”

disbuff[1]=10;//“-”

disbuff[2]=10;//“-”

}

else

{

//距離小于報(bào)警距

if(S<=BJS)//距離小于報(bào)警值

{

flag_BJ=1;//報(bào)警變量置一，定時(shí)器開(kāi)始報(bào)警

}

else//距離大于報(bào)警值

{

flag_BJ=0;//關(guān)閉報(bào)警

Feng=1;//蜂鳴器關(guān)閉

}

disbuff[0]=S%1000/100;//將距離數(shù)據(jù)拆成單個(gè)位賦值

disbuff[1]=S%1000%100/10;

disbuff[2]=S%1000%10%10;

}

}

else

{

Feng=1;

disbuff_BJ[0]=BJS%1000/100;

disbuff_BJ[1]=BJS%1000%100/10;

disbuff_BJ[2]=BJS%1000%10%10;

}

}

/********************************************************************

**************************************/

20

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

//定時(shí)器0

voidzd0()interrupt1//T0中斷用來(lái)計(jì)數(shù)器溢出,超過(guò)測(cè)距范圍

{

flag=1;//中斷溢出標(biāo)志

}

/*****************************************