《基于單片機的多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)設計》10000字

PAGEPAGE1PAGEPAGE6基于單片機的多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)設計摘要現(xiàn)階段自動化發(fā)展迅速，越來越多的設備趨向于無人化、自動化，自動運輸也逐漸成為潮流，例如流水線完成的產(chǎn)品的運輸，無人智能車，科學探測車等，其主要的是障礙物檢測系統(tǒng)，以此系統(tǒng)為基底完成其他的要求，所以研究多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。本障礙物檢測系統(tǒng)包括STC89C52單片機、TOF10120激光傳感器，LCD1602液晶顯示器，語音播報模塊完成障礙物檢測。利用激光檢測距離，經(jīng)過計算對比是否小于最小預警距離，輸出指令控制語音播報模塊實時播報距離。本設計成本低廉，識別精準，符合設計初衷，可應用于物料分揀，無人車，倒車雷達等應用場景。關鍵詞：激光傳感器STC89C52障礙物檢測目錄TOC\o"1-3"\h\u157151.緒論 1219651.1課題背景 1132921.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1196921.3設計研究內(nèi)容 2111401.3.1研究內(nèi)容 220191.3.2論文內(nèi)容安排 2275222.總體方案設計 4294072.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 4124892.2系統(tǒng)總設計框圖 4314832.3功能模塊的選擇 5206712.3.1主控模塊 5127602.3.2障礙物檢測模塊和測距模塊 6105122.2.4危險警報模塊 8283682.2.5液晶顯示模塊 9272672.2.6電源模塊 9253482.2.7語音播報模塊 10326123.硬件設計 12324013.1總電路圖 1246883.2.1單片機最小應用系統(tǒng) 12145103.2.2電源電路 1383043.2.3時鐘電路 1365353.2.4復位電路 1467483.2.5蜂鳴器報警電路 1471743.2.6LCD1602液晶顯示電路 15289863.2.7按鍵電路 16284073.3障礙物檢測電路 1666283.4語音播報電路 1961774.校準調(diào)試分析 2076944.1PCB圖繪制 20208104.2材料焊接組裝 21214424.2實物的測試 22302744.2.1按鍵系統(tǒng)的測試 22219434.2.2障礙物測試 23216114.3測障數(shù)據(jù)計算 24274585.總結(jié)與展望 26285045.1總結(jié) 26176545.2關于工程與社會 26111215.3關于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展 27233465.4關于工程項目管理 2758315.5展望 2726156參考文獻 2925400附錄一電路原理圖 3125195附錄二PCB圖 32PAGEPAGE1PAGEPAGE11.緒論1.1課題背景現(xiàn)在進入了信息自動化的時代，伴隨著科技的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)，航空飛行，運輸，機械制造，輕工業(yè)等領域出現(xiàn)了越來越多的自動化設備，其中大部分的設備具備障礙物檢測的功能。如今自動控制與檢測技術緊密結(jié)合在一起，其中傳感器檢測技術是主力，所以傳感器檢測技術的研究是愈發(fā)重要，而多傳感器能更為精準的檢測收集數(shù)據(jù)，補足了單一傳感器的不足?，F(xiàn)在各類智能無人車快速發(fā)展，其搭載許多系統(tǒng)，障礙物檢測系統(tǒng)必然是其重中之重，它不僅是維持智能車正常移動的部分，也是保護車體安全的重要部分，在車輛的前進，后退中都能用的到這個系統(tǒng)?，F(xiàn)在日益增長的私家車數(shù)量導致道路擁擠，行車安全成為人們的關注重點，因此在車輛的行進中對固定方向的障礙物檢測成了研究的重點，利用傳感器能夠及時準確的得到距離信息，而多傳感器障礙物測距系統(tǒng)的使用極大地提高了安全性，保障了車輛，人，貨物的安全。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳感器檢測障礙物是一種常見的基本物理量檢測方式。在檢測技術中有各種各樣的傳感器來測量不同數(shù)值參數(shù)。在測量障礙物方面現(xiàn)在廣泛的使用激光傳感器來檢測，激光測距是一種不受濕度和被測物體形狀影響的非基本檢測方法。與其它工業(yè)計量測距實時控制測量系統(tǒng)及其產(chǎn)品性能相比,它更衛(wèi)生,適用于各種強風大霧、雨雪等惡劣天氣應用環(huán)境,具有后期安裝維護費少和用時小、體積小、無任何環(huán)境污染、可靠性高、使用壽命長等多大性能優(yōu)點，可廣泛應用于石油、造紙、礦產(chǎn)、能源工業(yè)等的生產(chǎn),化工、水處理、農(nóng)業(yè)報廢污水處理、灌溉、環(huán)境科學技術試驗、食品、防洪、空間移動距離精度定位極限距離測量等行業(yè)，可精準測量不同環(huán)境下的距離精度，可直接用于酒精等液位控制，它可以設置差值的大小，直接顯示多個液位罐的液位和料位高度，因此激光在空氣介質(zhì)的特殊環(huán)境中得到廣泛應用，激光檢測往往快速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，測量精度滿足工業(yè)實際要求。因此，要使自動移動物體自動避開障礙物，就必須配備障礙物檢測系統(tǒng)，使其能夠及時得到障礙物的方向和距離等。激光測距系統(tǒng)廣泛應用于移動機器人的研究，基于這些這些優(yōu)點，激光測距系統(tǒng)也廣泛應用于倒車雷達的研制。倒車雷達又稱倒車輔助系統(tǒng)，是一種用于安全停車的輔助裝置，它主要能以語音警報或更直觀的圖像顯示方式實時通知倒車駕駛員倒車時可能遇到的周邊障礙物,減少倒車駕駛員倒車時出現(xiàn)左右方向探視的倒車問題,并可以幫助倒車駕駛員快速清除車道看不見的死角缺陷和減少視線模糊的倒車問題,大大提高車輛倒車時的安全性和可靠性。據(jù)統(tǒng)計，由機動車后輪與盲區(qū)碰撞引起的道路交通事故在中國約占30%，在美國約占20%，在美國，每年約有三百人死亡，18000人受傷，他們大多是兒童和老年人，倒車輔助電子設備在安全方面起著至關重要的作用，很多新人都不熟練開車，害怕倒車從而導致倒車技術負增長，導致事故率依舊居高不下。有些倒車雷達無法識別車后的大石頭和水坑，很容易造成事故，因此，這樣的雷達裝置是不可能滿足人們的需求的，從原來的倒車語音到超聲波探頭，再到現(xiàn)在流行的視覺倒車雷達，倒車系統(tǒng)正在蓬勃發(fā)展，如今，多障礙物檢測組成的可視倒車雷達產(chǎn)品已成為汽車必備的安全裝備之一。1.3設計研究內(nèi)容1.3.1研究內(nèi)容本設計目的是設計一個多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過多個傳感器的數(shù)據(jù)采集，并且對收集的數(shù)據(jù)進行比較、顯示、并轉(zhuǎn)化為輸出信號。本系統(tǒng)中通過激光傳感器測得障礙物和距離，把獲得的實時數(shù)據(jù)傳輸給51單片機，經(jīng)過判斷是否小于預定的危險距離，若是那么單片機輸出信號給蜂鳴器，發(fā)出危險警報，并且可以通過語音播報模塊實時報出與各方向障礙物的距離。此課題分為硬件和軟件部分，本文負責的是硬件部分的設計與實現(xiàn)。1.3.2論文內(nèi)容安排第一章為緒論介紹設計背景，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，研究內(nèi)容，介紹一下文章的結(jié)構安排。第二章為該系統(tǒng)的總體設計方案，詳細的介紹本系統(tǒng)的功能和元器件。根據(jù)課題內(nèi)容分析了系統(tǒng)需要哪些功能，理出一條設計思路，拓寬設計思路提出總體設計方案，最后根據(jù)方案需求合理地選取元器件。第三章為系統(tǒng)的硬件部分，展示電路部分的設計和原理。設計并畫出硬件電路圖，明確各個模塊能夠達到的功能。第四章為校準調(diào)試分析，根據(jù)前面的軟硬設計做實物，分析、解決系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能從而達到作品預期的成效。第五章總結(jié)與展望，概括了本次設計研究的成果，分析了系統(tǒng)的優(yōu)點和不足之處，希望通過以后的學習可以對本次設計進行優(yōu)化。

2.總體方案設計2.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本傳感器障礙物檢測系統(tǒng)包括以下主要功能：1）檢測前方障礙物：此功能用于檢測目標方向是否有障礙物，發(fā)現(xiàn)障礙物時應及時得到信息并輸出。按預期要求該功能可以檢測到10cm-180cm范圍內(nèi)的障礙物。2）檢測障礙物的距離：當檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)障礙物后需要測量出與被測障礙物之間的距離，是該系統(tǒng)的重要部分，并且能夠?qū)崟r檢測與被測障礙物之間的距離。由于各種不確定性因素的影響，測量值會有些許誤差，需要在其他設計不變的情況下盡可能提高檢測精度。3）危險提示功能：本系統(tǒng)是搭載在其他物體上的，需要保證其運行的安全性，當實時測得數(shù)據(jù)小于最小安全距離時發(fā)出警報，進行提示和預警。4）語音播報功能：為了讓使用者能加快捷方便的知道距離數(shù)據(jù)，揚聲器自動每三秒一次播報距離信息。5）其他功能：由于最小安全距離視情況來制定，所以需要有個隨時能更改最小危險距離的外接設備用來隨時調(diào)整。2.2系統(tǒng)總設計框圖該硬件部分采用STC89C52單片機作為主體，用于多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的控制中樞，使用激光測距傳感器作為檢測方式，LCD1602液晶顯示模塊實時顯示距離，檢測到障礙物距離通過單片機判斷是否小于危險距離，小于危險距離單片機發(fā)出指令蜂鳴器發(fā)出警報并使對應方位的二極管發(fā)光，設計時還加上了語音播報模塊，通過語音播報實時了解和被測障礙物之間的距離。本硬件總體的設計框圖如圖2-1所示。圖2-1總設計框圖2.3功能模塊的選擇本系統(tǒng)由以上幾個功能組成，并且還需要中央處理單元和供電模塊。中央處理單元結(jié)合各個功能模塊，使得該系統(tǒng)能按照預定要求實現(xiàn)?？紤]到本設計的經(jīng)濟性，實用性和便捷性，每個模塊采用的元件如下。2.3.1主控模塊STC89C52單片機的內(nèi)核是基于51內(nèi)核的微控制器，高效的工作頻率以及內(nèi)置可反復擦拭的Flash程序讀取器。兼容多種引腳結(jié)構，51單片機的特點主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的快速讀取以及集成51字節(jié)的RAM，對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說處理數(shù)據(jù)完全沒壓力，內(nèi)置高效的復位電路節(jié)省了外部接口空間資源?？赏ㄟ^串口直接進行程序傳輸，不用專門的編輯器。此外，51單片機還具有簡單、方便、易于控制等優(yōu)點，充分發(fā)揮了51單片機資源豐富、控制功能強大、操作功能可尋址、價格經(jīng)濟等優(yōu)點。STC89C52單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的一款單片機，運算速度快、電能消耗低、抗干擾等優(yōu)點。其指令代碼與傳統(tǒng)單片機完全兼容，并在功能上更進一步。SCT89C52單片機的引腳分布圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C52單片機引腳圖STC89C52單片機的功能表2-1。表2-1單片機功能表2.3.2障礙物檢測模塊和測距模塊本系統(tǒng)需要探測前方是否有障礙物并且測得距離，為了節(jié)省資源和效率，使用T0F10120激光測距模塊，它的功能基于激光發(fā)射器，接收器，該模塊既能檢測目標前方預定距離內(nèi)是否有障礙物，還能得到障礙物與本系統(tǒng)搭載物的距離。由于激光測量的精密度很高、量程大，在現(xiàn)在廣泛的測距模塊中是較為優(yōu)質(zhì)的選擇。其實物如圖2-3所示。圖2-3TOF10120激光測距模塊該測距使用TOF10120激光測距模塊，具有不接觸的遠程檢測功能，測量范圍有10cm-1800cm，檢測精度最小可達毫米。TOF（TimeofFlight）指的是飛行時間測距法，其工作原理：在測距開始時，激光發(fā)生器發(fā)射一個持續(xù)時間很短但是功率極高的光脈沖，與此同時計時器啟動。光脈沖發(fā)射以后，遇到被測物體會發(fā)生散射飛向各個方向。接受光路收到一部分散射回來的光信號，通過光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，輸送到回波信號處理電路。回波信號處理電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過放大調(diào)整后可以得到一個對應的電脈沖，用于觸發(fā)計時器停止計時。此時計時器記錄的時間就是光脈沖從發(fā)射到接受的時間t，（時間t*光速v）/2=被測物到激光測距模塊的距離s。激光發(fā)射與接受的工作原理如圖2-4所示。圖2-4激光發(fā)射接受原理圖（2-1）（2-2）（2-2）中L代表發(fā)射接受倆模塊之間中心距離的一半。激光傳播距離：s=vt/2（2-3）將（2—2）、（2—3）代入（2-1）中可以得：（2-4）當測試時H遠大于L時，H的距離可近似看成：（2-5）激光速度v可以看做是定值，所以測得與被測障礙物之間距離的受限因素有時間t。激光測距傳感器模塊的工作條件如表2-2所示。表2-2激光測距模塊的工作條件電氣參數(shù)TOF10120激光模塊工作電壓3—5V工作電流35mA工作溫度-20—70°C存儲溫度-40—85°C2.2.4危險警報模塊本設計使用的蜂鳴器TMB12A05實物如圖2-5所示。圖2-5蜂鳴器實物圖蜂鳴器采用的是TMB12A05是一個有源的電磁揚聲蜂鳴器，其參數(shù)如表2-3所示。表2-3蜂鳴器參數(shù)表內(nèi)置振蕩器電路YES諧振頻率2300±400HZ聲壓85dB＠5V，10cm電壓工作范圍4~8V蜂鳴器構架類別Magnetic安裝最大高度9.8mm額定電壓5V外形尺寸（D/LxW）?12mm2.2.5液晶顯示模塊顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，LCD1602液晶模塊使用的是HD44780集成電路。LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳的功能介紹如下。引腳1和引腳2：VSS為地電源。VDD接5V正電源。引腳3：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，使用時可以通過一個10kQ的電位器調(diào)整其對比度，避免對比度過高時產(chǎn)生“鬼影”現(xiàn)象。引腳4：RS為寄存器選擇腳，高電平“1”時為擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平“0”時選擇指令寄存器。引腳5：R/W為讀寫信號線，高電平“1”時進行讀操作，低電平“0”時進行寫操作。引腳6：E端為使能端，高電平“1”時讀取信息，負變時執(zhí)行指令。引腳7~14：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。引腳15~16：背光源正極和背光源負極。2.2.6電源模塊對于電子器件來說，當然少不了電源供電，單片機一般使用5V電源，我們可以從USB接口獲取5V電源。電源模塊的主要用途是轉(zhuǎn)換電壓，一般是由高壓轉(zhuǎn)低壓或者交流轉(zhuǎn)直流的模塊。將220v交流電轉(zhuǎn)換為5v的直流電，保證電路的安全性。電源模塊的穩(wěn)定是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的重要前提。注意不要把高壓接到單片機上，或者將電源的正負極就接反了，這樣不僅會燒壞單片機，還會引起爆炸，如果把單片機芯片反向插進芯片插座里，由于VCC和GND處于對稱位置，因此在使用時電源連接是相反的，所以插入時要注意芯片的正反向。2.2.7語音播報模塊采用的是WT588D語音模塊，用8歐，0.5瓦的揚聲器發(fā)聲。WT588D系列語音單片機包含了單片機和語音電路兩個部分。WT588D系列語音單片機的優(yōu)點有音質(zhì)清晰，功能豐富，使用廣泛，穩(wěn)定性好。輕松做到了其他語音芯片做不到的功能，人們能將WT588D語音模塊使用在大部分可以想到的場所。作為一款語音播報的芯片，音質(zhì)的要求也很高，最高可以可以支持22KHz采樣率的音頻，此芯片的特殊之處就是能將加載的音頻音質(zhì)幾乎沒有失真的展現(xiàn)出來。模塊如圖2-6所示。圖2-6語音播報芯片該WT588D模塊是WTW-16P應用電路（16腳模塊），如圖2-7所示。圖2-7WTW-16P模塊原理圖WTW-16P采用WT588D-20SS做為核心控制電路，WTW-16P內(nèi)部包含了WT588D-20SS外部所需的SPI-FLASH、震蕩電路、復位電路。外部只需要接上電源、控制端以及揚聲器就能正常工作。

3.硬件設計3.1總電路圖本系統(tǒng)的總體硬件電路設計如圖3-1。該圖展示了本系統(tǒng)各個部分，包括電源電路，單片機主控電路，復位電路，晶振電路，LCD1602液晶顯示電路，障礙物檢測電路電路，語音播報電路。圖3-1總電路圖3.2.1單片機最小應用系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng),也可以稱作是主控電路,是指用最少的元件組成的可以工作的單片機系統(tǒng).

對51系列單片機來說,最小系統(tǒng)包括一下四個部分:單片機、電源、晶振電路、復位電路。再搭配相應的程序就能夠獨立工作，從而達到既定的功能效果。單片機最小應用系統(tǒng)如圖3-2所示。圖3-2單片機主控電路3.2.2電源電路單片機的供能部分，為整個系統(tǒng)提供能源，單片機的40引腳接電源+5V，20引腳接地。該電源電路使用了自鎖開關。自鎖開關，是一種電源\t"/item/%E8%87%AA%E9%94%81%E5%BC%80%E5%85%B3/_blank"按鈕。在開關按鈕按下一次，開關接通通電，當開關按鈕按第二次按動上彈時，開關斷開，停止通電。圖3-4電源電路3.2.3時鐘電路時鐘電路作為單片機的重要部分，其提供了一個穩(wěn)定的時鐘脈沖信號實現(xiàn)單片機各個功能，為單片機執(zhí)行各種動作和指令提供了基準脈沖信號。圖3-5中兩個瓷片電容c2，c3和晶振Y1與單片機內(nèi)部電路組成了單片機的時鐘電路。在實際運行中，振蕩器和電容放置盡量靠近單片機芯片，這樣可以降低寄生電容，保證振蕩器的穩(wěn)定可靠運行。圖3-5時鐘電路3.2.4復位電路復位操作就是把單片機內(nèi)各個寄存器的值變?yōu)槌跏蓟癄顟B(tài)的。圖4-5中的開關S1即復位按鈕，按下此按鈕，單片機將清空所有值，重新從程序的第一條指令運行，這樣避免了單片機的宕機造成的混亂。當程序運行出錯，操作失誤，或者出現(xiàn)“當機”等情況時，會給單片機一個復位信號，使程序從頭開始執(zhí)行。復位電路由一個電阻，一個電容以及一個開關按鈕組成。單片機的復位實現(xiàn)：當RST（pin9）出現(xiàn)高電平并保持兩個以上的機械周期時，單片機執(zhí)行復位。圖3-6復位電路3.2.5蜂鳴器報警電路該電路采用三極管，蜂鳴器和2K電阻構成，連接到單片機的5號引腳構成危險報警電路。如圖3-7所示。圖3-7報警電路當任意一個方向的測距小于預定距離時，單片機發(fā)出指令使蜂鳴器發(fā)出危險警報。當蜂鳴器通電報警時，對應方向的二極管發(fā)光，作為一種視覺上的提示，如圖3-8所示。3-8發(fā)光二極管電路3.2.6LCD1602液晶顯示電路顯示模塊采用LCD1602液晶顯示接口電路如圖3-9所示圖3-9顯示電路該液晶顯示能實時顯示測得的四個方位的距離數(shù)值，分別是前后左右的四個方向與被測障礙物的距離。同時顯示屏還能用來顯示調(diào)整危險報警距離，在調(diào)整距離的時候能清楚的看到屏幕上預設報警距離的增減。3.2.7按鍵電路按鍵電路用于更改預先設定的危險警報距離如圖3-10所示，三個按鍵S2,S3,S4分別是減鍵，加鍵，設置鍵。若需要更改報警距離，按下設置鍵S4后再按加減鍵可以調(diào)整危險距離，設置完成后再次按下設置鍵S4可調(diào)整下一個方向的預警距離，當四個方向都設置完畢，再次按下S4可是顯示屏恢復到顯示測距頁面。圖3-10按鍵電路3.3障礙物檢測電路本設計中障礙物檢測電路采用激光測距模塊TOF10120。TOF10120激光測距模塊使用的是雙向二線制同步串行總線，其串行時鐘線SCL，另一根線串行數(shù)據(jù)線SDA，如圖3-11所示。圖3-11TOF10120引腳圖當SCL是高電平時SDA線由低電平向高電平切換表示停止，在SCL線是高電平時，SDA線從高電平向低電平切換表示起始條件。圖3-12TOF10120工作時序圖進行數(shù)據(jù)傳輸時，SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線的時鐘信號是低電平時才能改變。圖3-13輸出應答圖通過激光測距模塊來檢測出既定方向預定距離內(nèi)是否有障礙物，并且可以測得與被測物之間的直線距離。障礙物檢測電路如圖3-14所示。圖3-14障礙物檢測電路串行口擴充的主要方法軟件模擬法：軟件模擬法可以根據(jù)串行通信的傳送方式，使用主機的I/O口和定時器來模擬串行通信的時序，達到串口拓展的要求，在接受的過程中需要檢測起始位，可以通過查詢的方式。接受和發(fā)射的過程中對定時器的處理可以確保數(shù)據(jù)的正確性好，在接收過程中可以在檢測一步傳輸?shù)钠鹗夹盘枴?.4語音播報電路圖3-15語音播報電路圖語音播報模塊使用的是WT588D語音芯片，該芯片也是由單片機作為核心，是一款集單片機和語音電路為一體的可編輯語音芯片。本設計的語音播報是3秒一次，在測得四個方位的距離后，屏幕顯示測得數(shù)值固定，揚聲器開始依次播報距離，若只需要部分距離數(shù)據(jù)，不需要后面的，可以手動控制復位按鍵使程序復位。三線串口控制模式由片選CS，時鐘SCK和數(shù)據(jù)DATA組成，時序按照SPI通信方式。選擇三線串口控制，語音模塊的P01定義為DATA數(shù)據(jù)口，P02作為CS片選口，P03作為時鐘口，51單片機通過這三個控制口對WT588D模塊進行控制，P15BUSY是忙信號輸出端。

4.校準調(diào)試分析4.1PCB圖繪制首先打開文件-新建-project-PCBproject工程。然后畫原理圖，新建schDOC文件。按需求畫原理圖分配好元件的封裝然后保存到當前工程，確保在當前工程下。再次右擊當前工程選擇AddNewProjet創(chuàng)建一個新的PCB文件并保存,切換到原理圖，點擊“Design”菜單項，在彈出的列表中選擇“UpdatePCBDocumentPCB.PcbDoc”，準備生成網(wǎng)絡表。如圖4-9所示。圖4-9生成網(wǎng)絡表若封裝無誤，點擊“執(zhí)行更改”然后關閉此頁面，切換到PCB文件，在KeepOutLayer層繪制好板框，將元件布局好，然后點擊自動布線得到圖4-10。圖4-10繪制完成的pcb板完成原理圖和PCB板繪制，實現(xiàn)硬件部分的設計。4.2材料焊接組裝本設計的硬件部分材料通過查詢資料定好型號，在網(wǎng)上購買萬用板和各個電子元件以及傳感器。在組裝的時候有兩個注意點：1.檢查元件的好壞根據(jù)電路圖購買元器件后，首先檢查所購元器件的質(zhì)量，并按每種元器件檢測方法進行測試，仔細測試幾次，另外要仔細檢查原理圖是否一致。只有經(jīng)過檢查，零件才能上板開始焊接，否則容易出現(xiàn)錯誤，導致一整塊的電路板報廢。2.放置、焊接各元件按原理圖的位置放置各元件，放好元件后把其焊牢，待正面的元件布置好，焊腳完成準備焊接背面的布線。特別是容易損壞的元件要使用易便更換的焊接方式，像溫度傳感器我使用了母排插座，方便更換，在焊接單片機插排時要十分注意每個引腳的位置不能搞混淆，芯片的正負要記住如何安放，別放反了導致單片機的燒毀。初步焊接完成電路板背面如圖4-3所示圖4-3實物背面圖正面底座，及單片機，二極管等元器件布局如圖4-4所示圖4-4正面圖焊接完成把單片機芯片，測距傳感器，LCD1602液晶顯示屏，語音芯片和揚聲器接入對應的底座。組裝完成的硬件系統(tǒng)如圖4-5所示。圖4-5最終實物圖硬件組裝完成后嘗試完成程序的燒錄，準備了普中的開發(fā)板，把單片機的芯片插入開發(fā)板，打開燒錄軟件keil5，連接開發(fā)板嘗試燒錄程序，燒錄完成后把單片機芯片再安裝到實物系統(tǒng)中，嘗試是否能正常運行。4.2實物的測試硬件和軟件組合在一起后開始嘗試測試和調(diào)整，本系統(tǒng)由5v直流電源供電，可使用充電寶或者電池盒充當移動電源。4.2.1按鍵系統(tǒng)的測試本系統(tǒng)的硬件設計目的是通過各個方位傳感器檢測障礙物和障礙物之間的距離，并且當障礙物和檢測系統(tǒng)的距離小于設定的危險距離就會發(fā)出警報。由此先展開檢測障礙物的測試，當系統(tǒng)接上電源，按下自鎖開關后LCD1602液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)，屏幕上的數(shù)據(jù)有四個方位的實時距離，如圖4-6所示，第一排的G表示前方與障礙物的距離，B表示后面與障礙物的距離，第二排的L表示左邊和障礙物的距離，R表示右邊與障礙物的距離。圖4-6實物演示圖根據(jù)硬件設計危險距離可以自行設置，控制按鍵有3個分別是S2（減鍵），S3（加鍵），S4（設置鍵），是下圖4-7中從左到右依次排列，實際操作：按下S4（設置鍵）開始設置前方報警距離，按S2可以減小距離，按S3可以增加距離，再按S4開始設置后方報警距離，依次設置四個方位的報警距離，設置完成后再次按S4完成設置，回到初始四個方位距離顯示界面。圖4-7按鍵位置圖4.2.2障礙物測試在設置好四個方位的報警距離后開始實際測試，在多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的四周放置障礙物，并且四個方向預定報警距離200mm，實際情況如圖4-8所示。圖4-8四方向障礙物檢測圖由于四周的障礙物和檢測系統(tǒng)的距離都小于危險距離，屏幕上顯示實時距離，蜂鳴器發(fā)出警報，對應的發(fā)光二極管通電發(fā)光，便于人們感知對應方位的距離已經(jīng)小于預設的危險距離。移動左側(cè)的障礙物遠離被測系統(tǒng)，左側(cè)的二極管熄滅，對應的檢測距離增大，超出了預定報警的距離，但其他三個方位依舊有障礙物，蜂鳴器依舊發(fā)出警報。如圖4-9所示。圖4-9左側(cè)障礙物遠離系統(tǒng)圖當四個方向的障礙物都遠離測量系統(tǒng)，實機演示圖4-10，可以從圖中得知，四個方位的障礙物都能檢測到，由于其各個距離都大于設定的危險報警距離，所以四個方位的發(fā)光二極管都沒有亮，此時障礙物檢測系統(tǒng)是安全的，不會因為太過接近障礙物發(fā)生碰撞導致一系列的損壞。圖4-10四方向障礙物都遠離測量系統(tǒng)圖4.3測障數(shù)據(jù)計算第一次數(shù)據(jù)測量，環(huán)境室內(nèi)白天。測得數(shù)據(jù)如表4-1.表4-1白天室內(nèi)方向前后左右實際距離（mm）103257507739實測距離（mm）100250500750誤差率%3%2.8%1.4%1.4%第二次測得數(shù)據(jù)，環(huán)境室內(nèi)夜晚。測得數(shù)據(jù)如表4-2.表4-2夜晚室內(nèi)方向前后左右實際距離（mm）108261512731實測距離（mm）100250500750誤差率%8%4.4%2.4%2.5%測試在同一個室內(nèi)，測試障礙物用的同樣紙板，經(jīng)過兩組數(shù)據(jù)對比可以得到白天室內(nèi)測量的精確度更加準確，夜晚的稍微差了一些。所以得出結(jié)論白天室內(nèi)的激光測距精度更高。為了對比測試，又測試了兩組室外的數(shù)據(jù)，分別是白天數(shù)據(jù)表4-3，夜晚數(shù)據(jù)表4-4，其地址和障礙物均相同。表4-3戶外白天方向前后左右實際距離（mm）105259509765實測距離（mm）100250500750誤差率%5%3.6%1.8%2%表4-4戶外夜晚方向前后左右實際距離（mm）110265521736實測距離（mm）100250500750誤差率%10%6%4.2%1.8%經(jīng)過夜晚數(shù)據(jù)精度對比，發(fā)現(xiàn)還是室外測量精度較高，同時結(jié)合四個表的數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)日光亮度或夜晚月亮亮度高的精確度更加號，在昏暗的地方誤差率相對更大。5.總結(jié)與展望5.1總結(jié)通過對畢業(yè)設計課題要求的分析和理解，本文論述了多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的發(fā)展，完成了多傳感器障礙物檢測的硬件設計。本設計是基于STC89C52單片機設計的多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)。使用STC89C52單片機作為處理器，它是一種簡便的激光障礙物探測系統(tǒng)，能夠在非觸碰的方式下檢測出前方預定距離內(nèi)的障礙物以及和被測物之間的距離，把距離數(shù)值顯示在液晶顯示屏上，并且還有報警提示效果。具體能實現(xiàn)下列功能：檢測既定方位的障礙物。實時顯示多方位與被測障礙物的距離?？梢酝ㄟ^按鍵設定各方向的危險報警距離。任意一方位的障礙物距離小于設定距離，蜂鳴器警報，對應方位的發(fā)光二極管亮。語音播報系統(tǒng)實時播報四個方位的實際距離。本設計方便拆解更換零件，操作步驟簡單，體積小。在本次設計中，詳細了解了多傳感器的障礙物檢測電路仿真電路的基本構成，了解了激光發(fā)射、接收，控制電路以及各模塊和各傳感器之間的作用。在本次的設計中，實際實驗效果符合設計要求，但是在實際調(diào)試的時候出現(xiàn)了一些細微的問題，問題的原因是部分材料的局限性導致,被檢測物的單一面積過小或者不夠平整，激光測距模塊檢測不到障礙物。5.2關于工程與社會本設計的應用環(huán)境是倒車雷達方面，不僅僅是做到倒車時檢測周圍障礙物，其能保護車輛和人的安全，有的時候在倒車時司機回頭看后方的具體情況而忽視了前方，和左右兩邊，往往會出現(xiàn)擦碰和撞到行人等情況，這個系統(tǒng)的應用保護了人們的財產(chǎn)和生命安全，在出現(xiàn)交通事故是保留的數(shù)據(jù)也能作為證據(jù)為自己在法律方面維護權益，還能減少各種資源浪費。5.3關于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展障礙物檢測系統(tǒng)的設計初衷是為了保護生命和財產(chǎn)，在如今私家車數(shù)量愈加增多是，各種因素導致的交通事故也逐漸增多，這類系統(tǒng)的應用可以在一定程度上減少事故的發(fā)生，既能保護人們的生命也能保護財產(chǎn)。在自然環(huán)境中，有許多地方可以應用到多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)，像地質(zhì)勘測、珍惜動物保護、可持續(xù)發(fā)展等方面。并且本系統(tǒng)運行的過程中不會產(chǎn)生生產(chǎn)廢棄物之類的污染環(huán)境，在某