基于單片機(jī)的雷達(dá)倒車設(shè)計(jì)

1、 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第38頁基于單片機(jī)的汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要近年來，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。工作時，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。目前，國內(nèi)外一般的超聲波測距儀，其理想的測量距離為1m5 m，因此大都用于

2、汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測距中。設(shè)計(jì)根據(jù)聲波在空氣中傳播反射原理，并且也介紹了基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測距器。該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射、接收模塊、單片機(jī)處理模塊、LCD顯示電路、鍵盤控制電路以及報(bào)警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測距系統(tǒng)的硬件組成、檢測原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。超聲波接收電路使用收發(fā)分立集成超聲波探頭HC-SR04，該模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。系統(tǒng)通過計(jì)算超聲波發(fā)送和接受到的時間差就能較精確的計(jì)算出汽車和障礙物之間的距離，以此來判斷汽車與障礙物是否處于安全距離，在探測范圍內(nèi)數(shù)碼管顯示出汽車與障礙物的距離，當(dāng)距離小于所設(shè)計(jì)的安全距離時，蜂鳴報(bào)警器的發(fā)聲隨著汽車與障

3、礙物的距離越近報(bào)警頻率越高，并輔助駕駛?cè)藛T能夠安全倒車駕駛。關(guān)鍵詞：超聲波；測距；STC89C52；HC-SR04；倒車?yán)走_(dá)Car Reversing Radar System Based on Single Chip DesignAbstractIn recent years, the number of cars in China is increasing year by year. On highways, streets, parking lot, garage and other crowded, narrow place when reversing, the driver sh

4、ould be forward-looking, want to look back again, a bit not careful collision occurs. Therefore. Increase the car rear view ability, detect obstacles of developing the back of my car reversing radar has become a hot research topic in recent years. Therefore, designed with the single chip processor a

5、s the core, the use of ultrasound to realize non-contact ranging reverse radar system. Work, ultrasonic transmitter continuously emit a series of consecutive pulse, for logic circuit provides a short pulse measurement. Work, ultrasonic transmitter continuously emit a series of consecutive pulse, for

6、 logic circuit provides a short pulse measurement. Finally by the signal processing device for receiving signal according to the processing of time lag, automatic calculation of the car and the distance between the obstacles. At present, the domestic and foreign general ultrasonic range finder, the

7、ideal measuring distance of 1 m 5 m, so mostly used in the close distance such as car reversing radar. Design according to the principle of the reflected sound waves in the air, and also introduces the ultrasonic range finder based on STC89C52 single-chip microcomputer. The design by the ultrasonic

8、transmitting and receiving module, SCM processing module, LCD display circuit, keyboard control circuit and alarm module and other parts, this paper detailed introduces the ranging system hardware composition, detection principle, method and software structure. Ultrasonic receiving circuit using HC

9、- SR04 transceiver discrete integrated ultrasonic probe, the module consists of ultrasonic emitter, receiver and control circuit.KEYWORDS：Ultrasonic；Measure distance；STC89C52；HC-SR04；Reversing radar目 錄1 緒論11.1 研究的背景與意義11.2 目前國內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 課題的研究方法與內(nèi)容32基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)的總體框圖42.2 各模塊的功能43 硬件設(shè)計(jì)63

10、.1 主控模塊63.1.1 STC89C52單片機(jī)主要特性73.1.2 STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)83.1.3 STC89C52單片機(jī)的定時/計(jì)數(shù)器83.2 超聲波發(fā)生接收模塊設(shè)計(jì)83.2.1超聲波時序圖93.2.2 HC-SR04總體性能分析103.2.3 HC-SR04的測量精度和穩(wěn)定性103.2.4 HC-SR04的測量距離113.3 溫度矯正電路113.4 鍵盤模塊設(shè)計(jì)123.5 蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)133.6 LCD液晶顯示器簡介133.6.1 液晶模塊簡介133.6.2 液晶顯示部分與STC89C52的接口154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)164.2 程序設(shè)計(jì)原理16

11、結(jié) 論18致 謝19參考文獻(xiàn)20附錄21系統(tǒng)總線圖21系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)圖21部分程序清單221 緒論倒車?yán)走_(dá)又稱泊車輔助系統(tǒng)，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時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，提高了安全性。1.1 研究的背景與意義在現(xiàn)如今伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)作為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，吸引了越來越多的家庭去購買自己的汽車。隨著汽車擁有量的增加，在享受汽車給我們帶來的便利的同時，由于汽車而產(chǎn)生的問題也日益突出。大多數(shù)

12、有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員對倒車的基本方法很熟悉，然而很少的人知道倒車是多么危險(xiǎn)。許多車隊(duì)的管理者坦言，在他們所有的機(jī)動車事故中，30%60%是倒車事故。一個水平中等的駕駛員花費(fèi)在倒車上的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足他們總駕駛時間的 1%。這意味著相比較而言，當(dāng)你向后移動車輛時發(fā)生事故的可能性相當(dāng)高，在2002年汽車事故的發(fā)生比例中，倒車引起的事故占21%，倒車成為令人們頭痛的一項(xiàng)任務(wù)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)也在抱怨倒車是件費(fèi)力費(fèi)神的事。公路、街道、停車場、車庫的擁擠不堪，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發(fā)生，針對這一情況，人們對汽車操縱的便捷提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車倒車給人們帶來的倒

13、車問題。 有鑒于此，專門為汽車倒車說設(shè)計(jì)的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生， 倒車?yán)走_(dá)（Car Reversing Aid System）全稱“倒車防撞雷達(dá)”，又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，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、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，為倒車導(dǎo)向，提示方向盤該如何打。駕駛者可根據(jù)操作指示完成倒車工作。它的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強(qiáng)度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)，判斷和操作失誤，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷

14、，提高駕駛的安全性，大量避免了由于倒車鏡死角和駕駛者目測據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。同時在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和地圖導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)倒車的自動控制，所以本課題的研究也將對最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。1.2 目前國內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。第一代：倒車時通過喇叭提醒 ?！钡管囌堊⒁?！”想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還

15、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，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，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，如果車后1.8m1.5m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1.8m開始顯示；如果是人，在0.9m左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方

16、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3種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有0.8m以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有0.6m0.8m；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到0.6m，必須停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。第四代：液晶屏動態(tài)顯示。這一代有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(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LCD顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。第五代：魔幻鏡

17、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2m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，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。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，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：專為高檔轎車配置的。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了

18、高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。1.3 課題的研究方法與內(nèi)容本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用超聲波測距原理，包括超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等幾個部分。駕駛者在倒車時，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，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于（）將倒車自動化從被動防撞引向智能控制方向發(fā)展；（）體現(xiàn)了“以人為本”的駕駛理念，倒

19、車時駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加倒車的安全性和可靠性，并且它的應(yīng)用可減輕司機(jī)體力和腦力勞動的強(qiáng)度；（）它取代了傳統(tǒng)倒車對人的駕車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的依賴，使初學(xué)者不需要旁人指導(dǎo)也能根據(jù)提示完成復(fù)雜的倒車任務(wù)；（）安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車；（）這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對汽車整車的影響，為應(yīng)用和普及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。本課題研究的主要內(nèi)容為：超聲波倒車?yán)走_(dá)國內(nèi)外的研究歷史與現(xiàn)狀；超聲波測距原理及各種不同的方法；系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制模塊、測距模塊即超聲

20、波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊和溫度測量模塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括按鍵模塊、測距模塊、測溫模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。2基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的總體框圖本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對鍵盤的響應(yīng)、液晶顯示等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。單片機(jī)通過驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響聲。系統(tǒng)的總體框圖如圖2.1所示。STC89C52驅(qū)動電路鍵盤控制報(bào)警模塊溫度測量模塊 顯示模塊超聲波收發(fā)模塊圖2.1 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)總框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：單片機(jī)主控模塊、鍵盤模塊、超聲波模塊、液晶模塊、溫度測量模塊。下面對各個模塊的設(shè)計(jì)方案

21、逐一進(jìn)行論證分析。2.2 各模塊的功能1.單片機(jī)主控模塊通過按鍵對單片機(jī)的作用，是單片機(jī)對超聲波模塊進(jìn)行觸發(fā)。利用內(nèi)部的定時器判斷超聲波的收發(fā)時間。然后單片機(jī)在利用溫度測量模塊獲得實(shí)時溫度來對波速進(jìn)行補(bǔ)償。由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算出波源和障礙物的距離。并通過液晶模塊和報(bào)警模塊體現(xiàn)出來。2.鍵盤模塊按鍵0：復(fù)位鍵；按鍵1：觸發(fā)單片機(jī)使其讓超聲波模塊工作；按鍵2：顯示設(shè)置上下限的菜單；按鍵3：切換按下的位；按鍵4：相應(yīng)的變量值增加；按鍵5：相應(yīng)的變量減少；3.超聲波模塊（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；（2）模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）有

22、信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S）/2；（由于聲速隨溫度會有變化所以增加了溫度補(bǔ)償模塊）4.溫度測量模塊在常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s。一般溫度每升高1攝氏度，聲速增加約為0.6m/s。則通過資料可得波速與溫度的關(guān)系為V=331.5+0.607T.T為現(xiàn)場溫度。V為實(shí)際波速。5.液晶模塊用來顯示實(shí)時溫度和距離。3 硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)有超聲波收發(fā)電路、電源電路、報(bào)警電路、單片機(jī)硬件接口電路及LCD顯示電路組成，該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的STC89C52單片機(jī)，下面分步介紹各硬件部分

23、的具體設(shè)計(jì)分析。障礙物發(fā)射傳感器接收傳感器發(fā)射電路接收電路單片機(jī)報(bào)警電路測溫電路數(shù)據(jù)顯示 圖3.1系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖3.1 主控模塊STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52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。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPRO

24、M， MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52單片機(jī)的基本組成框圖見圖3-2。圖3-2 STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.1.1 STC89C52單片機(jī)主要特性1. 一個8 位的微處理器(C

25、PU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供1K 的RAM。3. 片內(nèi)程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，

26、也可以用作輸出。5. 兩個定時器計(jì)數(shù)器，每個定時器計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會提供3 個16 位定時器/計(jì)數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。現(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá)

27、40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。3.1.2 STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。3.1.3 STC89C52單片機(jī)的定時/計(jì)數(shù)器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。89C52單片機(jī)內(nèi)集成有兩個可編程的定時/計(jì)數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，

28、也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。3.2 超聲波發(fā)生接收模塊設(shè)計(jì)根據(jù)超聲波測距原理，超聲波收發(fā)設(shè)備應(yīng)該完成超聲波脈沖的發(fā)射以及回波首波的精確檢測。從結(jié)構(gòu)上可以將收發(fā)設(shè)備分為收發(fā)一體換能器和收發(fā)分立換能器，這兩種形式各自有優(yōu)缺點(diǎn)。收發(fā)一體超聲波換能器由于超聲波發(fā)射和接收在一個口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關(guān)系，因此其近距離的測量精度高。但是也由于收發(fā)共用端口的原因，導(dǎo)致了在發(fā)射完成脈沖序列之前不能夠開始接收，這就導(dǎo)致了盲區(qū)的存在，這在原理是是不能消除的。收發(fā)分立超聲波換能器雖然在近距離上可以進(jìn)行測量，近乎沒有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會形成一個三角

29、關(guān)系，從而導(dǎo)致其近距離上的測量相對誤差極大。而在電路上，由于收發(fā)一體的超聲波換能器的發(fā)射驅(qū)動電路和接收極的接收檢測電路彼此相連，導(dǎo)致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設(shè)計(jì)工作。雖然收發(fā)分立形式也存在串?dāng)_的缺點(diǎn)，但其是可以通過軟硬件設(shè)計(jì)消除的。從總體上來說，收發(fā)分立在應(yīng)用上更加簡單、可靠，本次設(shè)計(jì)采用收發(fā)分立形式換能器。3.2.1 超聲波時序圖 圖3-3超聲波時序圖圖3-3時序圖表明你只需要提供一個10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計(jì)算

30、得到距離。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響HC-SR04電路原理圖為圖3-5圖3-5 HC-SR04電路原理圖3.2.2 HC-SR04總體性能分析根據(jù)HC-SR04的原理圖，HC-SR04測距模塊時一個相對獨(dú)立的系統(tǒng)。采用的電源芯片MAX232為超聲波換能器提供了合適的電壓，驅(qū)動換能器正常工作。它采用了單片機(jī)EM78P135作為控制器，完成了對外部觸發(fā)信號的檢測、產(chǎn)生脈沖信號、檢測回波首波信號等工作。與此同時其還肩負(fù)著控制電路的開啟，處理超聲波換能器的橫向干擾，并且消除

31、電路固定延時影響等工作。對于本次設(shè)計(jì)，選用這種測距模塊將極大減少設(shè)計(jì)的工作，降低設(shè)計(jì)的成本。3.2.3 HC-SR04的測量精度和穩(wěn)定性由于HC-SRO4在設(shè)計(jì)上的較為周全的考慮，使得其的精度較高。但是由于其基于性價比優(yōu)先的設(shè)計(jì)思路，其采用了應(yīng)用廣泛、性價比較高的經(jīng)典設(shè)計(jì)，即在回波接收處理電路中采用了放大、濾波、放大、過零檢測的方法。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，便于集成化、小型化，但是由于回波信號隨著測量距離的變化將發(fā)生劇烈變化，這將極大增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，過零檢測電路的參考電壓的設(shè)置將極為困難。1. 由于空氣氣流的起伏、目標(biāo)的形狀和粗糙度不同、傳感器的響應(yīng)特性較差等原因，使得傳感器的回波信號不是一個規(guī)

32、則信號，有較大的不確定性，給觸發(fā)閥值的設(shè)置帶來難度，從而使首波的檢測發(fā)生錯誤。從而帶來了測距的不確定性。2. 由于測量距離、超聲的入射角度、反射介質(zhì)等方面的不同，使得接收換能器所獲得的回波幅度相差很大。使用單一電平閾值時，若設(shè)置的閉值過高，則可能使較微弱回波漏觸發(fā)，出現(xiàn)測量錯誤;若閾值過低，則可能出現(xiàn)的測量相位誤差如圖3-6所示：圖3-6 閾值過低時可能出現(xiàn)的測量相位誤差3.2.4 HC-SR04的測量距離由于測距模塊的集成化、小型化的設(shè)計(jì)需求，所以選用的是低壓、小型換能器，其發(fā)射功率較小，這就直接決定了它的測量距離的不足。再加上換能器的發(fā)射角較大，能量不夠集中，這更是減小了其探測范圍。測距能

33、力的不足，一定程度上意味著對較近距離的小體積物體探測能力的不足。3.3 溫度矯正電路在常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，但其傳播速度V易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中溫度的影響最大。一般溫度每升高1攝氏度，聲速增加約為0.6m/s。表3-2為超聲波在不同溫度下的波速值。表3-2 一些溫度下聲速溫度T/-30-20-100102030聲速v/m·s-1313319322331337344350由此可見溫度對超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。為了得到較為精確的測量結(jié)果，必須對波速進(jìn)行溫度補(bǔ)償。通過實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停篤=331.5+0.607T，T為

34、現(xiàn)場溫度，V為實(shí)際波速。從式中可看出，要獲得精確的波速值，必須首先獲取現(xiàn)場溫度T的大小。本設(shè)計(jì)采用ds18b20檢測現(xiàn)場溫度，用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速的校準(zhǔn)。DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串

35、行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。電路圖原理圖如圖3-7所示。圖3-7 DS18B20電路原理圖3.4 鍵盤模塊設(shè)計(jì)圖3-8鍵盤模塊電路圖本按鍵模塊使用的是多位獨(dú)立按鍵，按鍵一端接IO口，一端接地，由于單片機(jī)的IO口都有內(nèi)部上拉，因此當(dāng)按鍵沒有按下的時候，IO檢測到的時候高電平，當(dāng)按鍵按下的時候，相當(dāng)于IO短接地，因此這時

36、候單片機(jī)檢測到的電平為低電平，通過檢測不同時刻的IO口狀態(tài)就可以判斷按下的是那個按鍵。3.5 蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來進(jìn)行放大電流。蜂鳴器模塊的電路圖如下圖所示。圖3-9蜂鳴器驅(qū)動電路圖3.6 LCD液晶顯示器簡介3.6.1 液晶模塊簡介LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR

37、）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻(xiàn)（30）中的表4.CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自

38、定義8個5*7點(diǎn)陣字符或者4個5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM但愿，LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖4-12所示。圖3-10 LCD1602引腳圖LCD1602引腳介紹：Vss（1腳）：一般接地。Vdd（2腳）：接電源。Vee（3腳）：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接電源時對比度最弱，接地時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。RS（4腳）：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。R/W（5腳）：R/W為讀寫信

39、號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。E（6腳）：E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。DB0（7腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）。DB1（8腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位。DB2（9腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位。DB3（10腳）：底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位。DB4（11腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位。DB5（12腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位。DB6（13腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位。DB7（14腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）。寄存器選擇控制如表3

40、-3。表3-3寄存器選擇控制RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.6.2 液晶顯示部分與STC89C52的接口如圖3-11所示。用STC89C52的P2口作為數(shù)據(jù)線，用P3.2、P3.1、P3.0分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為5×7點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍,最后

41、設(shè)置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖3-11 LCD1602與STC89C52的接口4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)圖4-1系統(tǒng)流程圖4.2 程序設(shè)計(jì)原理軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個總體規(guī)

42、劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較

43、容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序（背景程序）和前臺程序。后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時性要求不是太高，延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行；而前臺程序安排一些實(shí)時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。結(jié) 論通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識

44、，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學(xué)過的零散的知識串到一起。經(jīng)過我長時間的設(shè)計(jì)及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)超聲波測距系統(tǒng)的所有功能。不足之處有：1.硬件的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高2.系統(tǒng)人性化還不足。我的綜合設(shè)計(jì)主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。基本掌握了Protel99SE原理圖的方法，并設(shè)計(jì)了一個單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過程，使我對51系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法，如LCD液晶，鍵盤等。并且我學(xué)會了分析問題解決問題的能力，加深了對所

45、學(xué)理論知識的理解和運(yùn)用。我的動手能力得到了很大的提高，創(chuàng)新意識得到了鍛煉。致 謝首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師許志宏副教授在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，在我畢業(yè)論文寫作期間，老師給我提供了各方面知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會，向您表示由衷的感激。接著，我要感謝我的室友給了我很多寶貴的意見。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短3個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝謝你們。感謝遼寧科技大學(xué)，感謝您為我提供了4年大學(xué)學(xué)習(xí)的機(jī)會，也許我馬上就要離開，但我永遠(yuǎn)不會忘記在這4年中哭過、笑過的回憶還有許許多多給

46、予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示感謝！參考文獻(xiàn)1 姜威等，實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2008，4-8.2 楊凌霄等，微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用M.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004，6-9.3 沈小豐等，電子技術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版社，2005，8-10.4 陳光東，趙勝初.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，1999，3-6.5 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999，9-10.6 蘇長贊，紅外線與超聲波遙控M.北京：人民郵電出版社，1993，1-2.7 張謙

47、琳，超聲波檢測原理和方法M.北京：中國科技大學(xué)出版社，1993，3-88 丁義元等，高精度測距雷達(dá)研究J.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2000，22（6）：37-439 劉霞.單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析J.電子測量技術(shù)，2003，34（4）：24-3110 張靖，加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法J.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，46（7）：28-4111 袁慧梅，單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計(jì)與抗干擾技術(shù)J.電子工藝技術(shù)，2004，51（17）：27-4413 薛紅宣等，采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性J.電子產(chǎn)品世界，2004，46（10）：35-5614勝全.D18B20數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中

48、的序編制J，南京：南京大學(xué)出版社，1998，39（19）：23-49附錄 系統(tǒng)總線圖系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)圖部分程序清單 #include<reg52.h>#include"LCD1602.h"#include"keyscan.h"#include"DS18B20.h"void DisplayInit(void)/初始化LCD和時鐘的顯示,初始化定時器TMOD = 0X01; /設(shè)置定時器0的工作方式為1（8位自動重裝初值） TH0 = 0;/裝載初值，12M晶振定時50ms數(shù)為50000TL0 = 0;EA = 1; /開總中斷

49、 ET0 = 1; /開定時器0中斷 TR0 = 0; /關(guān)閉定時器0 Trig=0; /超聲波模塊初始置0 Echo=0;LCDInit();/液晶初始化void Display1(void)/顯示正常界面LCDDispString(0,1,"Distance");/顯示字符串/顯示距離值LCDDispChar(0,2,NumberofDistance0+48);LCDDispChar(1,2,NumberofDistance1+48);LCDDispChar(2,2,NumberofDistance2+48);LCDDispChar(3,2,'.');

50、/顯示字符LCDDispChar(4,2,NumberofDistance3+48);LCDDispString(5,2,"cm");/顯示字符串LCDDispString(10,1,"Temp");/顯示字符串ReadTemperature();/溫度測量 LCDDispString(9,2,temperatureDate);/顯示溫度值LCDDispString(14,2,"C");/顯示字符串void main(void)Beep = 1;/蜂鳴器不響DisplayInit();/液晶定時器初始化while(1)while(fu

51、nctionCount = 0)/當(dāng)不需要修改上下距離的時候Display1();KeyScan();Beep = 1;while(functionCount >0 && functionCount < 10) KeyScan(); Beep = 1; /中斷函數(shù)-void T0_time() interrupt 1 /定時器0的中斷服務(wù)函數(shù) /-*#include<reg52.h>#include"DS18B20.h"unsigned char temperatureDate6=0;/*數(shù)組值初始化*/ /* 延時函數(shù)，延時1ms的整數(shù)倍，傳入值z代表延時 時間到z *40us，不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確延時，只能實(shí)現(xiàn)大 概時間的延時，利用的是指令實(shí)現(xiàn)延時功能。*/ static void DelayMs(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x = z ; x>0 ; x-)for(y = 110; y>0 ; y-);/* MCU軟件產(chǎn)生復(fù)位信號，使DS18B20復(fù)位 */ static void SetReset(void) unsigned int i;TemperatureDat=1; /*總線復(fù)位,不復(fù)位將使溫度測得的范圍變窄*/i=8;