《基于51單片機(jī)的超聲波測距汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)》11000字（論文）

基于51單片機(jī)的超聲波測距汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】利用單片機(jī)在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的汽車測距防撞系統(tǒng)，描述講解了超聲進(jìn)行距離測量的基本原則并且給出了總體的電路圖，講解了超聲波的發(fā)出以及接收方式，消除測量死區(qū)，從而提高了對于距離測量的準(zhǔn)確度。根據(jù)距離和超聲波傳輸距離，使用51臺單片機(jī)處理和管理數(shù)據(jù)，已開發(fā)出能夠精確測量兩個(gè)點(diǎn)之間距離的超聲波監(jiān)測系統(tǒng)。由超聲波控制發(fā)射模塊和控制單片機(jī)模塊以及接受超聲波模塊和按鍵部分以及顯示部分組成該系統(tǒng)系。對設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用該系統(tǒng)監(jiān)測兩機(jī)器（汽車）之間的距離，如果輛車距離過于接近，則報(bào)警器就會報(bào)警提醒駕駛員小心駕駛，該系統(tǒng)應(yīng)用于倒車時(shí)更為實(shí)用。且該系統(tǒng)操作簡單、可靠性高并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車距?！娟P(guān)鍵詞】 超聲波、MCU、LED、測距、傳感器目錄1緒論 I1緒論1.1研究的背景21世紀(jì)初，電子相關(guān)工業(yè)和汽車相關(guān)工業(yè)成為了全球工業(yè)的龍頭，隨著汽車工制造業(yè)和電子制造工業(yè)的長時(shí)間發(fā)展，與汽車技術(shù)息息相關(guān)的電子技術(shù)也不斷的進(jìn)步與發(fā)展并且被廣泛的應(yīng)用，相應(yīng)的汽車的自動(dòng)化程度也變高了許多。汽車電力電子科技其實(shí)是汽車技術(shù)和電力電子技術(shù)一起聯(lián)合演化成的一門結(jié)合技術(shù)。汽車之上的電力電子自控技術(shù)，在汽車電力電子技術(shù)進(jìn)去到自動(dòng)化模式后，位置舉足輕重，其正逐步在發(fā)展變成一個(gè)新興獨(dú)立的科目，其功能呈現(xiàn)的好或者壞將間接或直接的對產(chǎn)品車輛的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、安全以及乘坐體驗(yàn)等方面的性能造成影響。電力電子技術(shù)控制在汽車之上，最先用在油耗的減少控制和尾氣排放的處理以及污染物排放多少的控制，后來用在底盤的操控上，用來提高行駛過程中的的穩(wěn)定、可靠以及乘坐是否舒服方面性能等。由于交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展迅速，對電子技術(shù)的要求進(jìn)一步提高，電力電子技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用在汽車的駕駛安全以及導(dǎo)航等方面。其實(shí)電力電子技術(shù)被使用于汽車上大多為增加汽車的稱作體驗(yàn)和人員安全的性能提高，電力電子技術(shù)被主要用于以下幾個(gè)方面：安全氣囊，行車記錄儀，倒車?yán)走_(dá)，電子門鎖，智能空調(diào)，電動(dòng)車窗、，智能遠(yuǎn)近光燈，電源以及usb接口等。根據(jù)調(diào)查顯示，近幾年隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)檔汽車的自動(dòng)調(diào)速和汽車的防撞系統(tǒng)、自我檢測系統(tǒng)和導(dǎo)航也廣泛的被應(yīng)用。就幾十年前，我們把大部分盡力放在汽車的非主動(dòng)安全方面。比如，在車身的前后都安裝保險(xiǎn)杠、在車殼周圍裝備彈性材料以及在車廂內(nèi)部安裝安全帶和安全氣囊等，用來降低汽車發(fā)生事造成的傷害。裝設(shè)保護(hù)保險(xiǎn)杠雖然能一定程度上降低車禍造成的損傷，但是卻沒有辦法消除對另一碰撞物體的損傷；另外，車上正副駕駛的安全保護(hù)氣囊，在遇到并產(chǎn)生車禍劇烈碰撞時(shí)，不見得可以有很效地保證車?yán)锶说纳桶踩?，所以從某種程度上來看，這些被動(dòng)的防護(hù)措施其實(shí)并不能從根本上解決車禍對人造成的傷害。反之我們應(yīng)該從車禍起因著手研究，致力于提高行車的主動(dòng)防護(hù)及及時(shí)提醒駕駛員謹(jǐn)慎駕駛的警報(bào)裝置系統(tǒng)，從根本上解決車禍問題進(jìn)而在汽車安全領(lǐng)域取得從0到1的巨大突破。與“智能”汽車的碰撞主要是因?yàn)?，例如，汽車和它最近的目?biāo)之間的距離，由于車輛本身的速度（即防止汽車與前面的目標(biāo)發(fā)生碰撞的速度）與行人或其他障礙物的速度不符，汽車的速度應(yīng)該由執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)距離的變化來調(diào)整，因此，汽車將始終以安全的速度行駛，這將大大提高行車安全，使行車過程中的事故大大減少。根據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)顯示，如果說司機(jī)可以提前發(fā)現(xiàn)問題并且提前半小時(shí)處理問題，那么將會有30%到60%的事故被避免。為了有效避免汽車發(fā)生的碰撞現(xiàn)象，汽車可以采用設(shè)備來測量宇障礙物之間的距離，并且在可控的范圍內(nèi)作出反應(yīng)，避免不必要的碰撞的前提就是測車輛距離的方式和方法。1.2研究的主要內(nèi)容本題《超聲波測距汽車防撞系統(tǒng)》其組成分別為：最小系統(tǒng)、超聲測距部分、電路顯示部分、按鍵以及報(bào)警裝置然后利用超聲測距裝置HC-SR04進(jìn)行距離的測量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，傳輸給51單片機(jī)，然后用LED進(jìn)行顯示，報(bào)警距離也可以用按鍵進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)電源部分采用5V穩(wěn)壓直流電源。1.3應(yīng)解決的關(guān)鍵問題在設(shè)計(jì)電路時(shí)遇到最主要的問題為：超聲波的產(chǎn)生以及接收時(shí)間的計(jì)算。用編程軟件做到超聲測距。3、超聲波測距的死區(qū)解決。4、按鍵對報(bào)警值的設(shè)置。

2電路方案論證2.1方案比較2.1.1激光測距通常來說基于激光的測距經(jīng)常使用的一下兩方法：脈沖法、相位法。使用脈沖測量距里的方法的過程是測距儀吸收由裝置發(fā)射并被物體反射的激光，此時(shí)測量距理的裝置會記錄激光到物體以及返回用的總時(shí)間，由s=vt得光速乘以記錄的時(shí)間為單程用時(shí)兩倍，再將上式結(jié)果取二分之一則為測量距離。使用相位法測距的過程為：使用無線電波段的頻率，無線電波段的頻率可以對激光束的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)并且可以得到光束來回一次產(chǎn)生的相位的延遲，隨后根據(jù)相位的延遲程度計(jì)算出每段延遲對應(yīng)的距離是多少，以上的方式都是非直接性的進(jìn)行距離的測量，計(jì)算周期偏長，所以并不適合應(yīng)用于汽車。2.1.2超聲波測距其基本的距離測量理論其實(shí)是應(yīng)用了超聲波在空氣中的傳播速度是固定且已經(jīng)知曉的，通過測量超聲波在遇到障礙物之后的來回速度可以精確的得出兩個(gè)東西之間相距的數(shù)值，這個(gè)測試方式其實(shí)和雷達(dá)有異曲同工之妙。每當(dāng)超聲波朝著任意一個(gè)方向發(fā)出的時(shí)候，同時(shí)開始計(jì)算時(shí)間，當(dāng)超聲波遇到阻礙的物體開始折返時(shí)，返回的超聲波被接受，此時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束。從超聲波測距的過程和原理來看，超聲波測距是比較符合汽車測距的需求的，所以選用了超聲波測距原理來設(shè)計(jì)汽車測距系統(tǒng)。2.2電路總體方案圖2.1是基本的總體電路框圖，51最小系統(tǒng)和超聲測距電路，顯示電路以及蜂鳴報(bào)警器和按鍵裝置都包含在內(nèi)。數(shù)碼管顯示蜂鳴器報(bào)警按鍵設(shè)置驅(qū)動(dòng)超聲波測距模塊數(shù)碼管顯示蜂鳴器報(bào)警按鍵設(shè)置驅(qū)動(dòng)超聲波測距模塊STC89C515V直流穩(wěn)壓電源圖2.1電路基本框圖3單片機(jī)概述3.1STC89C51主要性能STC8951是一個(gè)在抵制干擾，保密，在線編寫程序以及其反應(yīng)速度快和成本低廉方面都非常優(yōu)秀的CMOS8位單片機(jī)。（包含多次擦除和Flash存儲記錄的板）只讀和隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（由STC公司開發(fā)的高密度和非生產(chǎn)性技術(shù)制造），單片機(jī)內(nèi)設(shè)置有一個(gè)8位CPU和FLASH儲存模塊，STC89C51的強(qiáng)大在于能完成大多數(shù)的比較難的復(fù)雜的控制。3.2STC89C51外部結(jié)構(gòu)及特性其外形封裝有兩種方式：DIP(雙列直插式40腳封裝)和PLCC(方形44腳封裝)，DIP(直插式40腳封裝)的外部總線結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示：圖3.1STC89C51引腳排列 圖3.2外部總線STC89C51的4個(gè)8位I/O口的功能說明如下：（1）P0端口：P0端口是一個(gè)雙向的I/O，且為8位。作為輸出端口，每個(gè)都可以控制8個(gè)邏輯級別的TTL。在寫入P0端口1時(shí)，“使用高電阻輸入外部的程序別訪問以及儲存數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們同時(shí)可以將P0用為低八位數(shù)據(jù)地址。在這種情況下，P0有內(nèi)部張力阻力。在flash編程P0也用于接收命令的字節(jié)；在檢查程序時(shí)，命令的字節(jié)數(shù)被輸出。同時(shí)一定會外部拉電阻。（2）P1端口：其內(nèi)部帶有一個(gè)8位的雙向的I/O端口，端口內(nèi)部有一個(gè)上拉電阻器。P1輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)該端口被寫進(jìn)“1”的時(shí)候，該端口同時(shí)會被里面的電阻器拉高，這個(gè)時(shí)候該端可以被用為輸入的端口。當(dāng)該端口被當(dāng)成輸入的時(shí)候，因?yàn)閮?nèi)阻的存在，外部的下拉引腳將會輸出IIL（電流）。此外，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的輸入用P1.0，觸發(fā)輸入（P1.1/t2ex）用P1.2在flash編程和驗(yàn)證，第八位地址字節(jié)由P1端口接收。（3）P2端口：其內(nèi)部帶有一個(gè)8位的雙向的I/O端口，端口內(nèi)部有一個(gè)向上拉電阻器。P2輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)該端口被寫進(jìn)“1”的時(shí)候，該端口同時(shí)會被里面的電阻器拉高，這個(gè)時(shí)候該端可以被用為輸入的端口。當(dāng)該端口被當(dāng)成輸入的時(shí)候，因?yàn)閮?nèi)阻的存在，外部的下拉引腳將會輸出IIL（電流）。當(dāng)外部內(nèi)存以及外部數(shù)據(jù)的十六位地址被訪問的時(shí)候，高八位的地址將由此端發(fā)出。在這個(gè)過程中，“1”信號將由2端口發(fā)送。當(dāng)外部內(nèi)存被八位地址尋址的時(shí)候，鎖存器數(shù)據(jù)被此端口釋放。（4）P3端口：其內(nèi)部帶有一個(gè)8位的雙向的I/O端口，端口內(nèi)部有一個(gè)向上拉電阻器。P3輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)該端口被寫進(jìn)“1”的時(shí)候，該端口同時(shí)會被里面的電阻器拉低，這個(gè)時(shí)候該端可以被用為輸入的端口。當(dāng)該端口被當(dāng)成輸入的時(shí)候，因?yàn)閮?nèi)阻的存在，外部的下拉引腳將會輸出IIL（電流）。也用為AT89C52的第二功能，如下所示：P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外部中斷0輸入口)P3.3INT1(外部中斷1輸入口)P3.4TO(定時(shí)器0外部輸入)P3.5TI(定時(shí)器1外部輸入)P3.6WR(選通信號的外部內(nèi)存的寫入)P3.7(選通信號被外部內(nèi)存讀取)3.3STC89C51內(nèi)部組成STC89C51單片機(jī)將CPU和ram和ROM和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及看門狗和I/O端口設(shè)備在一個(gè)芯片中集成，其功能大體相當(dāng)于一個(gè)計(jì)算機(jī)了，可謂麻雀雖小，五臟俱全。51單片機(jī)內(nèi)不主要包含：一個(gè)8位CPU。一個(gè)振蕩器置于單片機(jī)內(nèi)，同時(shí)還含有一個(gè)時(shí)鐘電路。4KBFlash程序存儲器。128BRAM數(shù)據(jù)存儲器。三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。64KB的外部數(shù)據(jù)和外部程序存儲器空間的尋址控制模塊。4組I/O并行可編程端口一個(gè)可編程全雙工串口通信。進(jìn)行中斷操作的模塊。STC89C51的結(jié)構(gòu)其各部分的組成及連接，如下圖3.3：圖3.3STC89C51單片機(jī)框圖4超聲波測距模塊4.1超聲波傳感器介紹超聲用于高頻率的聲音人而無法聽得見，同時(shí)超聲擁有極高的方向性和大量的能量能夠支撐長距離的消耗所以適合長距離應(yīng)用，超聲測距主要用車輛倒車時(shí)進(jìn)行就測量，在工程發(fā)方面應(yīng)用也極其廣泛，比如測量一口井的深度。兩棟樓之間的直線距離等等。容易操作，反應(yīng)速度快，廉價(jià)，并且可以適用于多種環(huán)境是它的特點(diǎn)，并符合測量精度的工業(yè)和實(shí)際要求；因此，在設(shè)計(jì)測量和控制系統(tǒng)時(shí)廣泛使用。它是一種超聲波傳感器裝置，可以改變其他形式的能量從超聲波能量或其他形式的能量從同一頻率。電聲和流體型傳感器是常用是的兩種類型的傳感器。磁致伸縮傳感器；靜電傳感器以及壓電傳感器是常用的電聲型傳感器。氣體與液體的兩種哨笛為流體型傳感器的常見類型。應(yīng)為工作目標(biāo)不一樣，工作使用的頻率也不一樣，所以有很多種不同的超聲波裝置，再利用超聲進(jìn)行檢測時(shí)我們把傳感器叫做探頭，利益型傳感器在工業(yè)應(yīng)用中被稱為哨或迪。這里我們來重點(diǎn)介紹一下壓電超聲傳感器它是一種很常用的電聲超聲傳感器。由接頭和楔塊以及最重要的壓電晶片組成傳感器頭我們把它稱為探頭，電到聲之間的能量互換我們最常用的就是它，是我們今天的超聲測距儀器的不可或缺一部分。我們常用的分別是有兩種像石英等我們稱為壓電晶體而鈦酸鋇等我們稱之為壓電陶瓷。它們會對磁場產(chǎn)生物理變得變化即應(yīng)變，而在力的作用下會在壓電材料的內(nèi)部產(chǎn)生電子的定向移動(dòng)，產(chǎn)生電動(dòng)式，再在其上添加變化的電場就會產(chǎn)生超聲波。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。下面我們來說一下傳感器，壓電晶片是在傳感器的組成中占有最重要位置的部分。使用電脈沖刺激壓電晶片，會發(fā)生逆壓電效應(yīng)，也就是說會發(fā)生電到聲的過程也就是將電能轉(zhuǎn)化成聲波的能量。反之，我們稱之為正壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)我們通常用在發(fā)出聲波，而正壓電效應(yīng)就很顯而易見的用在收集聲波了。一般來說超聲傳感器通常是由雙壓電陶瓷晶片制作而成的。由上述材料制成的超聲傳感器用的原料很少，許所以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠有利于大范圍使用，它還可以在很多不同環(huán)境中是使用無論是在氣體介質(zhì)中還是在液體介質(zhì)中都不會影響它的性能。壓電陶瓷之所以能夠產(chǎn)生超聲波是因?yàn)楫?dāng)把交變電壓在壓電陶瓷之上施加的時(shí)候由于壓電效應(yīng)，就會有力作用在壓電陶瓷之上使之產(chǎn)生形變，在產(chǎn)生形變的時(shí)候，形變程度都與電壓頻率有關(guān)，在產(chǎn)生形變的時(shí)候，晶片會影響周圍介質(zhì)可能是空氣也可能是液體，產(chǎn)生超聲波。反之，當(dāng)有超聲波施加在晶片上方時(shí)同樣會使晶片形變從而產(chǎn)生電能，這也就是我們常說的逆壓電效應(yīng)和正壓電效應(yīng)。圖4.1壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電式超聲波傳感器和招生波發(fā)射器分別是兩個(gè)相反的過程超聲波發(fā)生裝置是利用逆壓電效應(yīng)，使上圖4.1的晶片受電諧振，影響周圍介質(zhì)產(chǎn)生震動(dòng)從而產(chǎn)生超聲波，而超聲波傳感器就是用來接收超聲波的裝置，直白一點(diǎn)來說就感受到超聲波的存在并且將他的存在顯示出來，那么問題就在于如何將超聲波的存在顯示出來，這里用到的就是正壓電效應(yīng)，超聲波作用在壓電晶片上時(shí)，同樣會使壓電晶片產(chǎn)生形變，從而會產(chǎn)生電信號，在這之間存在一個(gè)由聲波信號向電信號轉(zhuǎn)化的過程，同時(shí)傳感器會將超聲波以電信號的形式表達(dá)出來。所以，綜上所屬，超聲波的發(fā)射與接收分別應(yīng)用了逆壓電效應(yīng)和正壓電效應(yīng)。這是傳感器工作的最基本原理。我們使用壓電陶瓷來制作傳感器的還有一個(gè)極其重要的原因，就是因?yàn)閴弘娞沾傻木a(chǎn)生諧振的頻率是有一個(gè)固定值的我稱它為f0。所以我們可以通過改變其頻率f0來制作擁有各種不同特性的，不停用途適用于不同環(huán)境的各種各樣的超聲波傳感器。有時(shí)像可知壓電陶瓷晶片是超聲傳感器的重中之重的核心部件兒，同時(shí)其內(nèi)部還擁接受和發(fā)射超聲的裝置輻射喇叭，還有保護(hù)裝置金屬制的外殼和金屬網(wǎng)，這些都對內(nèi)部結(jié)構(gòu)起支撐保護(hù)作用，同時(shí)這些金屬保護(hù)裝置不會對超聲波的接受和發(fā)出產(chǎn)生任何的影響，超聲波傳感器會準(zhǔn)確且可靠的運(yùn)行。4.2HC-SR04超聲波測距模塊的性能特點(diǎn)這里我們的設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的超聲波距離傳感器是HC-SR04，一般來說，這個(gè)型號的超聲傳感器通常使用接式的2cm-400cm距離測量器，其測量的精度在0.003m，整個(gè)超聲測距模塊還包括超聲的控制，以及超聲的發(fā)出和回收。其基本工作原理：（1）IO觸發(fā)器用于傳輸不小于10us的高電平信號；（2）為了檢測超聲信號的返回與否，該部分會發(fā)出8次40khz的平方波模塊將自動(dòng)發(fā)送8次40khz平方波。（3）經(jīng)過第二步的檢測，如果檢測到回來的超聲波信號，I/O端口會發(fā)出一個(gè)時(shí)長相當(dāng)于超聲波一來回的時(shí)間的高電平信號。測試距離=（高電平時(shí)間*聲速/340m/s）/2；（4）當(dāng)trig開始0＞1，主控制盤啟動(dòng)。當(dāng)10ms結(jié)束時(shí)，ec0還是沒有出現(xiàn)“0”信號，此信號為150us的，則說明沒有障礙物的存在。此部分的特點(diǎn)：外形看起來特別的小，節(jié)省空間，節(jié)省材料，易于安裝?；緵]有什么死區(qū)（在少于10毫米的距離內(nèi)如果形成三角形會產(chǎn)生比較大的誤差，這直接看作0）；（3）它的反應(yīng)的速度非常的快，能夠在10毫秒內(nèi)完成對距離的測量，即使目標(biāo)在高速行駛也不容易發(fā)生錯(cuò)誤；（4）超聲波的發(fā)射和接收裝置靠的很近所就可以使得要測量的物體與傳感器基本處于同一直線上；（5）模塊上有LED指示，方便觀察和測試。4.3HC-SR04的管腳排列和電氣參數(shù)4.3.1管腳簡介 HC-SR04的外形及管腳排列如圖4.2所示。（1）VCC為5V電源；（2）GND為地線；（3）TRIG觸發(fā)控制信號輸入；（4）ECH0回響信號輸出。VCCTRIGECH0VCCTRIGECH0HC-SR04GND圖4.2外形及管腳排列圖4.3.2HC-SR04的電氣參數(shù)電氣參數(shù)如表4.1所示：表4.1電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10us的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm4.4超聲波時(shí)序圖圖4.3超聲波時(shí)序圖 根據(jù)時(shí)序圖可以知道，要是此模塊工作我們需要提供一個(gè)10微秒的脈沖信號去觸發(fā)它，這個(gè)時(shí)候，八個(gè)四十千赫茲的周期電平會被此模塊發(fā)出，然后進(jìn)行檢測，如果收到右回波信號就會在發(fā)出回響信號。所以，我們可以利用發(fā)送信號和接收回響信號之間的時(shí)間間距來計(jì)算距離，公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或者：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；測量周期一般為60ms以上，用來排除回波信號被發(fā)射信號影響。5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1單片機(jī)最小系統(tǒng)5.1.1STC89C51芯片在這種情況下，我們采用了一個(gè)完整的STC89C51，它本質(zhì)上其實(shí)是可編程4K字節(jié)閃存微處理器，同時(shí)只讀存儲器中如果有低電壓它也可以進(jìn)行消除，同時(shí)它也是性能極佳的COMOS8（como8）微處理器。只讀存儲器的容量為40/5，速度快，價(jià)格便宜，易于記錄，可通過串口下載并在線編程，他的制造技術(shù)應(yīng)用了高密度非易失性存儲器制造技術(shù)，所以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級別的MCS-51的輸出引腳和指令也與之兼容。5.1.2復(fù)位電路在微型計(jì)算機(jī)中，我們不能保證電路的永遠(yuǎn)的準(zhǔn)確無誤地運(yùn)行，所以我們在本系統(tǒng)中加入了復(fù)位電路，復(fù)位電路，由此可見復(fù)位電路不止在本系統(tǒng)中，在所有系統(tǒng)中都是及其重要的一環(huán)，他保障了系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，它會在系統(tǒng)通電時(shí)給出一個(gè)復(fù)位的信號，而在電源趨于穩(wěn)定后會自動(dòng)取消這個(gè)復(fù)位信號。這個(gè)過程之所以能夠保證系統(tǒng)的可靠性是因?yàn)?，它避免了以為電源的開關(guān)造成的抖動(dòng)，所以消除了因?yàn)殡娫撮_關(guān)過程對復(fù)位造成的影響。MCU(單片機(jī)）的復(fù)位引腳連續(xù)長時(shí)間的出現(xiàn)高電平的時(shí)候，我們的復(fù)位電路就會執(zhí)行復(fù)位操作，這里的連續(xù)長時(shí)間的持續(xù)出現(xiàn)高電平是一般是指等于或者大于兩個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)候。所以重置引腳的電容是否大一點(diǎn)并不重要。最多復(fù)位時(shí)間稍長；但是反之如果電容過于小，就會造成高電平出現(xiàn)的時(shí)間短，就會造成復(fù)位出現(xiàn)問題。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)我們得出，最好的容量是既能進(jìn)行復(fù)位操作又能節(jié)約時(shí)間，這個(gè)時(shí)候我們一般用10微法或者22微法的鋁電介質(zhì)電容。在通電之前，復(fù)位電路是沒有電的，也就是說我們的復(fù)位電路電容器在接通電源時(shí)是一個(gè)零狀態(tài)響應(yīng)，開始的時(shí)候，由于電容器內(nèi)無電能儲存，所以其內(nèi)阻極低。通電后，電容充電，電容地兩端原來電勢差為0，充電過程中會逐漸的兩端電勢差變?yōu)?V,因?yàn)槌潆姷?V需要的時(shí)間不長，所以，復(fù)位的引腳會變成高電位，從而進(jìn)行電路的復(fù)位操作；我們進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，按下復(fù)位鍵的時(shí)候，電容會迅速將放電到0，然后重復(fù)上述過程，再一次復(fù)位。電路圖如圖5.1。圖5.1復(fù)位電路5.1.3晶振電路如果振蕩器不工作，系統(tǒng)就不工作。一旦振蕩器不正常工作以運(yùn)行，就會造成程序在被系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)時(shí)間偏差，這在通信中是顯而易見的：電路將無法通信。一般來說他由晶振和陶瓷電容組成，陶瓷電容有兩個(gè)。并且他沒有正極或者負(fù)極的區(qū)別，但是陶瓷一邊要接地，如圖5.2所示。圖5.2晶振電路單片機(jī)的晶體振蕩片的運(yùn)行狀態(tài)通常都是處于并聯(lián)的諧振狀態(tài)。單換言之，晶體振蕩器的頻率是在晶體振蕩器制造商提供的負(fù)載電容下測量的，這可以最大限度地保證頻率值和溫度漂移的誤差。機(jī)器周期:一個(gè)在內(nèi)部存儲器中的指令字節(jié)被中央處理器（CPU)讀取，的用時(shí)最短的時(shí)間,它一般由12個(gè)時(shí)鐘周期組成。在這里時(shí)鐘周期是1秒/晶振頻率，所以我們MCU（單片機(jī)）的機(jī)器周期是12秒/晶振頻率其他幾個(gè)周期為：指令周期：取出并執(zhí)行指令的時(shí)間?？偩€周期：即內(nèi)存訪問或I/O端口操作的時(shí)間。時(shí)鐘周期：時(shí)鐘周期我們又叫它節(jié)拍周期，它是進(jìn)行操作的最小的單位。指令周期、總線周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系：一個(gè)指令周期由多個(gè)總線周期組成，一個(gè)總線周期時(shí)間包含多個(gè)時(shí)鐘周期。通常，十二個(gè)時(shí)鐘周期會匯成一個(gè)機(jī)器周期。所以單片機(jī)用12M晶振，運(yùn)行速度為1M。負(fù)載電容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C[6]器的它與晶體振蕩特性和單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路的等效電容有關(guān)。兩個(gè)電容值相同，或者相差不大，如果相差太大，容易引起諧振不平衡，容易引起振動(dòng)停止或根本不振動(dòng)。它起到了平行振動(dòng)的作用，使其脈沖更加穩(wěn)定和協(xié)調(diào)。5.2驅(qū)動(dòng)顯示電路及報(bào)警電路顯示部分電路是用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，每當(dāng)距離過于近的時(shí)候，這里我么會提前設(shè)置一個(gè)數(shù)值，當(dāng)距離小于或者等于所設(shè)置的距離的時(shí)候，這里會通過LED和蜂鳴器驚醒提醒。并且，我們設(shè)置的距離可以通過按鍵部分電路進(jìn)行調(diào)整，很是方便。5.2.1LED數(shù)碼管顯示電路顯示電路部分主體是數(shù)碼管，它是四合一七段的，它是一種普通的陽極數(shù)碼管，它的作用是顯示我們所測出的距離。它是一種普通的陽極數(shù)碼管。我們將用到的數(shù)碼管的A到DP端連起來，就可以用來接收P1端口的數(shù)據(jù)，并且顯示，將S1到S4接起來就可以接受P2端口的數(shù)據(jù)并且顯示。系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描方式。com終端與單片機(jī)的

I/O接口相連用來控制點(diǎn)亮位置。雖然我們用的掃描方式是動(dòng)態(tài)的但是由于頻率快周期短所以人們看到的是穩(wěn)定的顯示數(shù)值。這么做可以保證每次只有一個(gè)數(shù)碼管是被點(diǎn)亮的，所以節(jié)省資源。下圖5.3為原理圖。圖5.3顯示電路5.2.2蜂鳴器和LED報(bào)警這里我們所應(yīng)用蜂鳴器是很常見一種電子蜂鳴器，它的應(yīng)用十分的廣泛，像日常生活中的計(jì)時(shí)器，手機(jī)等等都有應(yīng)用。蜂鳴器主要分為兩類：壓電蜂鳴器和電磁蜂鳴器。本設(shè)計(jì)采用的就是壓電蜂鳴器，他的組成很簡單。阻抗平衡裝置和諧振盒和多諧振蕩器以及外盒組成壓電蜂鳴器。一般來說，多諧振蕩器的構(gòu)成有兩種，一種是用晶體管，而另外一種就是用集成電路。它的工作原理是有多諧振蕩器產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖信號，然后會產(chǎn)生電流，由于電磁感應(yīng)原理，內(nèi)部磁圈的存在，會產(chǎn)生磁場，在磁場力的作用下發(fā)聲裝置會產(chǎn)生震動(dòng)發(fā)出聲音。在本設(shè)計(jì)中，我們的距離小于或等預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器會進(jìn)行工作報(bào)警。電磁蜂鳴器就很直接利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行發(fā)生，他需要電流刺激磁圈，產(chǎn)生感應(yīng)磁動(dòng)勢，達(dá)到目的。圖5.4為本設(shè)計(jì)蜂鳴器電路原理圖。圖5.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路5.3HC-RS04超聲波測距原理其系統(tǒng)框圖如圖5.5所示。定時(shí)器控制定時(shí)器控制計(jì)算傳輸調(diào)制40k振蕩超聲波發(fā)射計(jì)時(shí)增益放大超聲波接收障礙物圖5.5系統(tǒng)框圖超聲測距的原理就是接收到的聲波信號被轉(zhuǎn)化成一個(gè)電信號，這個(gè)電信號以小電壓形式存在，最后通過放大、計(jì)算等過程顯示出來。5.4按鍵設(shè)置電路單片機(jī)鍵盤有兩種：獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤。獨(dú)立鍵盤就是每個(gè)I/O口都是獨(dú)立的，每個(gè)鍵對應(yīng)一個(gè)I/O端口，另一端呢就自然而然的接地。用這種方式把程序接起來非常的容易，而且接起來的系統(tǒng)也比較可靠。如果用矩陣鍵盤，那么會大大增加工作量，因?yàn)槿绻胍丫仃囨I盤接起來很冗雜，不過它也有它的優(yōu)點(diǎn)，那就是，矩陣鍵盤不需要那么多的接口。但是我們的設(shè)計(jì)更適合使用獨(dú)立鍵盤。所以在這里我們就使用了獨(dú)立鍵盤。獨(dú)立鍵盤判斷它是不是能用就是使用I/O口的電平去看它有沒有按下去。有一個(gè)端口會進(jìn)行接地操作，自然而然的剩下的另外一端就接在I/O口上。剛開始運(yùn)行的時(shí)候，或者在開始運(yùn)行前，要將接I/O端口的那部分設(shè)置為高電平。一般來說，我們沒有使用按鍵的時(shí)候，高電平將會在I/O口持續(xù)存在。當(dāng)我們使用按鍵的時(shí)候，會導(dǎo)致接地線和I/O口短路，從而導(dǎo)致I/O口的高電平變?yōu)榈碗娖?。我們不用按鍵的時(shí)候，由于MCU（單片機(jī)）的里面有一個(gè)向上拉的電阻，所以會讓低電平變回去，又變成高電平，往復(fù)循環(huán)。所以，根據(jù)我們上面是所說的，如果我們想知道這個(gè)按鍵有沒有被使用，就看有沒有低電平就行了。如果有低電平出現(xiàn)那么按鍵就被使用，反之則沒有。我們在單片機(jī)中使用鍵盤的時(shí)候，有一個(gè)事情是重中之重，因?yàn)殒I盤會發(fā)生抖動(dòng)，所以我們把去除抖動(dòng)作為重點(diǎn)。這里的抖動(dòng)是機(jī)械抖動(dòng)。有一些抖動(dòng)是一定會發(fā)生的，，我們稱之為機(jī)械抖動(dòng)，像在鍵盤沒有穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候，也就是高電平?jīng)]有完全變成低電平的時(shí)候，發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象是非常正常的。機(jī)械抖動(dòng)在肉眼看來特別特別的快，往往只有短短的一瞬間（10到200毫秒），但是在單片機(jī)內(nèi)部這種機(jī)械抖動(dòng)會對它造成很大的影響。因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身就是微秒級別的。這里有兩種去抖動(dòng)的方法，其一是利用硬件即利用電路進(jìn)行操作。其二就是利用軟件去除抖動(dòng)，和硬件去除抖動(dòng)不同的是，利用軟件去除抖動(dòng)沒有辦法將抖動(dòng)抹去，它的原理是，在抖動(dòng)結(jié)束之后再進(jìn)行鍵盤的操作，也就是一個(gè)延時(shí)程序，鍵盤會延時(shí)200毫秒再進(jìn)行操作。我們本文所作的設(shè)計(jì)就是使用了利用軟件去除抖動(dòng)的方法。實(shí)現(xiàn)方法是先搜索關(guān)鍵字。當(dāng)我們出按下按鍵的時(shí)候你就會出現(xiàn)由高電平向低電平的變化，搜索到低電平的時(shí)候，延遲啟動(dòng)，如果延遲后檢測到“1”，那么就說明是抖動(dòng)干擾信號，如果是“0”，鍵盤就可以直接進(jìn)行操作。硬件電路圖下圖5.6示圖5.6按鍵電路圖6系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)包括對主題程序的設(shè)計(jì)，顯示部分電路的程序設(shè)計(jì)，以對于報(bào)警模塊電路和按鍵模塊電路進(jìn)行的程序設(shè)計(jì)。6.1主程序 我們編寫的主體程序是為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的主要功能，也就是對于距離進(jìn)行測量并顯示，如果距離過近，小于或者等于了我們的設(shè)置值會進(jìn)行報(bào)警提醒，我們同時(shí)可以通過按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)報(bào)警距離。主程序流程圖如圖6.1所示。YNYN初始化調(diào)用顯示子程序障礙物存在讀出距離值數(shù)值處理開始結(jié)束圖6.1主流程圖6.2顯示數(shù)據(jù)子程序 顯示數(shù)據(jù)子程序是為了實(shí)現(xiàn)在數(shù)碼管上面顯示單片機(jī)測量的超聲波模塊的距離。程序設(shè)計(jì)的流程圖如6.2 結(jié)束賦型和位開始結(jié)束賦型和位開始圖6.2顯示數(shù)據(jù)子流程圖6.3報(bào)警子程序 在進(jìn)行報(bào)警子程序設(shè)計(jì)的時(shí)的目標(biāo)為當(dāng)距離等于或者小于我們預(yù)先設(shè)定的距離時(shí)會進(jìn)行報(bào)警，利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)。此程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖所示6.3所示。YY開始超出預(yù)設(shè)值Y蜂鳴器報(bào)警結(jié)束圖6.3報(bào)警子流程圖6.4按鍵子程序此按鍵程序設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠進(jìn)行有效的按照實(shí)際的需要調(diào)整報(bào)警距離程序設(shè)計(jì)流程圖如圖6.4所示。 圖6.4按鍵子流程圖浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)論結(jié)論本文對車輛安全測試距離模型進(jìn)行了一定的改進(jìn)和升級，但有些地方依然需要進(jìn)一步的完善，整個(gè)過程采用了一些控制理論和算法，進(jìn)一步的優(yōu)化模型，讓模型更加的可靠、容易操作一些。其實(shí)系統(tǒng)本身是無法預(yù)測人的行為和狀態(tài)的，由于不同駕駛員之間的反應(yīng)速度不一樣，所以無法使用系統(tǒng)進(jìn)行有效的制動(dòng)，所以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制動(dòng)功能是下一個(gè)要追求完成的目標(biāo)，這樣可以給駕駛者更加強(qiáng)大的行車安全保障。這里給出的汽車防撞系統(tǒng)也僅僅是理論上可行，并沒有進(jìn)行實(shí)際的車輛上路實(shí)驗(yàn)，具體效果有待商榷。該系統(tǒng)還應(yīng)該在復(fù)雜的天氣情況下進(jìn)行測試，來驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)效果。除以上功能外，此系統(tǒng)繼續(xù)開發(fā)可以開發(fā)車輛自動(dòng)巡航定速，此功能一旦開發(fā)成功可以有極大的提升駕駛員的駕駛體驗(yàn)，可以改善駕駛疲勞現(xiàn)象。參考文獻(xiàn)[1]胡漢才．單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2012.[2]王守中.51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社，2007.[3]陳雪麗.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[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)防對策[J].公路交通科技.2010(6).[7]鄭安國.我國高速公路交通事故的基本特點(diǎn)與預(yù)防對策[J].公路交通科技學(xué)報(bào).2012(4).[8]陳曉東.鄭建祥汽車用微機(jī)可靠性試驗(yàn)研究[J].汽車與電器.2009(增刊).[9]周立功.發(fā)展有限公司.P89V51RD2器件手冊.2013.3..

附錄（A）(單片機(jī)原理圖)

附錄（B）(單片機(jī)C源程序清單)#include<reg52.H>//器件配置文件#include<intrins.h>//按鍵聲明sbitRX=P3^2;sbitTX=P3^3;sbitS1=P1^4;sbitS2=P1^5;sbitS3=P1^6;//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//模式0正常模式1調(diào)整charMode=0;bitflag=0;unsignedcharconstdiscode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0xff/*-*/};unsignedcharconstpositon[4]={0xfd,0xfb,0xf7,0xfe};unsignedchardisbuff_BJ[4] ={0,0,0,0};//報(bào)警信息//延時(shí)100msvoiddelay(void)//誤差0us{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(); while(S1==0) { P1=P1|0x0f; } BJS++; if(BJS==151) { BJS=0; } } //- elseif(S2==0) { while(S2==0) { P1=P1|0x0f; } BJS--; if(BJS==0) { BJS=150; } } //功能 elseif(S3==0) { delay(); while(S3==0) { P1=P1|0x0f; } Mode++; if(Mode==2) { Mode=0; } }}/**********************************************************************************************************///掃描數(shù)碼管voidDisplay(void) { //正常顯示 if(Mode==0) { if(posit==0)//數(shù)碼管的米標(biāo)志 { P0=(discode[disbuff[posit]])|0x80; } else { P0=discode[disbuff[posit]]; } if(++posit>=3) posit=0; } //報(bào)警顯示 else { if(posit==0)//數(shù)碼管的米標(biāo)志 { P0=(discode[disbuff_BJ[posit]])|0x80; } elseif(posit==3) { P0=0x76; } else { P0=discode[disbuff_BJ[posit]]; } P1=positon[posit]; }}/**********************************************************************************************************///計(jì)算voidConut(void){ time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100;//算出來是CM if(Mode==0) { if((S>=700)||flag==1)//超出測量范圍顯示“-” { Fe