摘要近年來，我國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加，在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)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(cè)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(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。目前，國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離為05M5M，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)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(cè)距器。該設(shè)計(jì)由超聲波模塊HCSR04、LED顯示電路、鍵盤控制電路以及報(bào)警模塊等部分組成，在探測(cè)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(shí)，蜂鳴報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，輔助駕駛?cè)藛T能夠安全倒車駕駛。關(guān)鍵詞超聲波；測(cè)距；STC89C52；HCSR04；倒車?yán)走_(dá)ABSTRACTINRECENTYEARS,THENUMBEROFCARSINCHINAISINCREASINGYEARBYYEARONHIGHWAYS,STREETS,PARKINGLOT,GARAGEANDOTHERCROWDED,NARROWPLACEWHENREVERSING,THEDRIVERSHOULDBEFORWARDLOOKING,WANTTOLOOKBACKAGAIN,ABITNOTCAREFULCOLLISIONOCCURSTHEREFOREINCREASETHECARREARVIEWABILITY,DETECTOBSTACLESOFDEVELOPINGTHEBACKOFMYCARREVERSINGRADARHASBECOMEAHOTRESEARCHTOPICINRECENTYEARSTHEREFORE,DESIGNEDWITHTHESINGLECHIPPROCESSORASTHECORE,THEUSEOFULTRASOUNDTOREALIZENONCONTACTRANGINGREVERSERADARSYSTEMWORK,ULTRASONICTRANSMITTERCONTINUOUSLYEMITASERIESOFCONSECUTIVEPULSE,FORLOGICCIRCUITPROVIDESASHORTPULSEMEASUREMENT,THEIDEALMEASURINGDISTANCEOF05M5M,SOMOSTLYUSEDINTHECLOSEDISTANCESUCHASCARREVERSINGRADARDESIGNACCORDINGTOTHEPRINCIPLEOFTHEREFLECTEDSOUNDWAVESINTHEAIR,ANDALSOINTRODUCESTHEULTRASONICRANGEFINDERBASEDONSTC89C52SINGLECHIPMICROCOMPUTERTHEDESIGNBYTHEULTRASONICTRANSMITTING,LEDDETAILEDINTRODUCESTHERANGINGSYSTEMHARDWARECOMPOSITIONULTRASONICRECEIVINGCIRCUITUSINGHCSR04TRANSCEIVERDISCRETEINTEGRATEDULTRASONICPROBE,THEMODULECONSISTSOFULTRASONICEMITTER,RECEIVERANDCONTROLCIRCUITKEYWORDULTRASONIC；MEASUREDISTANCE；STC89C52；HCSR04；REVERSINGRADAR目錄摘要IABSTRACTII目錄III第1章緒論111項(xiàng)目研究背景112目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀213項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法4第2章總體設(shè)計(jì)方案及論證521系統(tǒng)的總體框圖522各模塊的功能6第3章超聲波測(cè)距原理731超聲波測(cè)試分析732超聲波測(cè)距模塊9第4章硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)1341單片機(jī)STC89C52RC1342主控制模塊設(shè)計(jì)1643時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)1944復(fù)位電路的設(shè)計(jì)2145顯示電路的設(shè)計(jì)2246聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)2347鍵盤模塊設(shè)計(jì)2448電源設(shè)計(jì)24第5章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2551系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)2552中斷處理程序2853顯示子程序2854距離計(jì)算子程序29第6章總結(jié)和展望2961總結(jié)2962展望30致謝31參考文獻(xiàn)32附件133PCB圖、代碼及實(shí)物圖36附件243中英文翻譯43第1章緒論倒車?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(dòng)車輛時(shí)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，提高了駕駛的安全性。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷提高，汽車已逐漸進(jìn)入不少百姓家。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導(dǎo)致的倒車交通安全問題也非常嚴(yán)重，道路交通壓力增加，交通安全問題也是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在面臨如此嚴(yán)峻的交通安全問題，許多涉及安全問題的汽車輔助系統(tǒng)也紛紛現(xiàn)世。而本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)知識(shí)、傳感器知識(shí)等，進(jìn)行的汽車防撞裝置的設(shè)計(jì)，在汽車倒車時(shí)，這種裝置可以在駕駛員對(duì)車尾與障礙物體的距離遠(yuǎn)近無法目測(cè)和判斷時(shí)進(jìn)行報(bào)警。11項(xiàng)目研究背景在現(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(dòng)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(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車價(jià)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(shí)，由于汽車而產(chǎn)生的問題也日益突出。大多數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員對(duì)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(dòng)車事故中，3060是倒車事故。一個(gè)水平中等的駕駛員花費(fèi)在倒車上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足他們總駕駛時(shí)間的1。這意味著相比較而言，當(dāng)你向后移動(dòng)車輛時(shí)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(chǎng)、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(shí)有發(fā)生，針對(duì)這一情況，人們對(duì)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車問題。有鑒于此，專門為汽車倒車所設(shè)計(jì)的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生，倒車?yán)走_(dá)（CARREVERSINGAIDSYSTEM）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(shí)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(dòng)車輛時(shí)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(dòng)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，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(cè)據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。同時(shí)在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動(dòng)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(dòng)控制，所以本課題的研究也將對(duì)最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。12目前國(guó)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)過了五代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這五代產(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(shí)通過喇叭提醒?！钡管囌?qǐng)注意”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在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對(duì)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(shí)，如果車后18M15M處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)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(duì)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18M開始顯示；如果是人，在09M左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，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08M以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有06M08M；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到06M，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(dòng)態(tài)顯示。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)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(cè)知2M以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)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(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。13項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)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(cè)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(gè)部分。駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)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(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)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(hào)，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)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（1）將倒車自動(dòng)化從被動(dòng)防撞引向智能控制方向發(fā)展；（2）體現(xiàn)了“以人為本”的駕駛理念，倒車時(shí)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(dòng)的強(qiáng)度；（3）它取代了傳統(tǒng)倒車對(duì)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)；（4）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；（5）這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對(duì)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。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(cè)距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)算模塊、測(cè)距模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。第2章總體設(shè)計(jì)方案及論證21系統(tǒng)的總體框圖本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路等。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為核心控制單元，當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定距離時(shí)，主控芯片將測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理。然后控制蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖21。圖21系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖22各模塊的功能1單片機(jī)主控模塊電源啟動(dòng)后，單片機(jī)通過發(fā)送高電平對(duì)超聲波模塊進(jìn)行觸發(fā)。利用內(nèi)部的定時(shí)器判斷超聲波的收發(fā)時(shí)間。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，若距離小于設(shè)定的距離，單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。2鍵盤模塊按鍵1復(fù)位鍵；按鍵2報(bào)警距離設(shè)定按鍵按鍵3自定義報(bào)警距離增加1CM按鍵4自定義報(bào)警距離減少1CM3超聲波模塊電源超聲波傳感器模塊STC89C52主控制器模塊按鍵控制蜂鳴器報(bào)警模塊4位數(shù)碼管顯示模塊超聲波模塊采用現(xiàn)成HCSR04超聲波集成模塊，該模塊可提供2CM400CM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。（1）采用IO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IO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；4液晶顯示模塊采用4位共陽極動(dòng)態(tài)顯示模式，用來顯示實(shí)時(shí)距離。5蜂鳴器報(bào)警電路在本系統(tǒng)工作過程中，若測(cè)得的距離小于設(shè)定距離，蜂鳴器會(huì)進(jìn)行報(bào)警。第3章超聲波測(cè)距原理31超聲波測(cè)距分析最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340M/S，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間T，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離S，即S340T/2。由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖31所示。圖31超聲波的測(cè)距原理COSSH（31）LARTG（32）式中L兩探頭之間中心距離的一半又知道超聲波傳播的距離為VTS233式中V超聲波在介質(zhì)中的傳播速度T超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間將（32）、（33）代入（31）中得COS21HLARTGVT34其中,超聲波的傳播速度V在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)例如在溫度T30度時(shí),V349M/S當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則34變?yōu)門2135而超聲波在空氣中的傳播速度是340M/S,所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間T,就可以得出測(cè)量的距離H。根據(jù)超聲波測(cè)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(cè)。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(gè)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(cè)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(cè)量，近乎沒有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會(huì)形成一個(gè)三角關(guān)系，從而導(dǎo)致其近距離上的測(cè)量相對(duì)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(dòng)電路和接收極的接收檢測(cè)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(jiǎn)單、可靠，本次設(shè)計(jì)采用收發(fā)分立形式換能器。32超聲波測(cè)距模塊321HCSR04超聲波模塊介紹本設(shè)計(jì)的超聲波模塊采用現(xiàn)成的HCSR04超聲波模塊，該模塊可提供2CM400CM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?；竟ぷ髟聿捎肐O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10US的高電平信號(hào)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；有信號(hào)返回，通過IO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。其中VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回響信號(hào)輸出等四支線。實(shí)物如下圖32。圖32HCSR04超聲波模塊超聲波探測(cè)模塊HCSR04的使用方法如下IO口觸發(fā)，給TRIG口至少10US的高電平，啟動(dòng)測(cè)量；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；有信號(hào)返回，通過IO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340）/2，單位為M。程序中測(cè)試功能主要由兩個(gè)函數(shù)完成。超聲波測(cè)距模塊HCSR04時(shí)序圖如圖33所示。圖33超聲波時(shí)序圖超聲波探測(cè)模塊HCSR04的原理圖如圖34所示。圖34超聲波探測(cè)模塊HCSR04原理圖根據(jù)HCSR04的原理圖，HCSR04測(cè)距模塊時(shí)一個(gè)相對(duì)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(dòng)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(duì)外部觸發(fā)信號(hào)的檢測(cè)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)、檢測(cè)回波首波信號(hào)等工作。與此同時(shí)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，并且消除電路固定延時(shí)影響等工作。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，選用這種測(cè)距模塊將極大減少設(shè)計(jì)的工作，降低設(shè)計(jì)的成本。超聲波探測(cè)模塊HCSR04的電氣參數(shù)如圖35所示。圖35HCSR04的電氣參數(shù)322HCSR04總體性能分析由于HCSR04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(jià)比優(yōu)先的設(shè)計(jì)思路，其采用了應(yīng)用廣泛、性價(jià)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(cè)的方法。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成化、小型化，但是由于回波信號(hào)隨著測(cè)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(cè)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(hào)不是一個(gè)規(guī)則信號(hào)，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(cè)發(fā)生錯(cuò)誤。從而帶來了測(cè)距的不確定性。2由于測(cè)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(shí)，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(cè)量錯(cuò)誤若閾值過低，則可能出現(xiàn)的測(cè)量相位誤差如圖36所示圖36閾值過低時(shí)可能出現(xiàn)的測(cè)量相位誤差由于測(cè)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(cè)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(cè)范圍。測(cè)距能力的不足，一定程度上意味著對(duì)較近距離的小體積物體探測(cè)能力的不足。第4章硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)41單片機(jī)STC89C52RC411單片機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)中選用的宏晶科技的STC89C52RC型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用CMOS工藝的8位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8KFLASH存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器。由于一般的距離測(cè)量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá)S級(jí)，則其計(jì)時(shí)精度為S級(jí)，完全可以滿足系統(tǒng)測(cè)量的要求，并且成本較低，所以本設(shè)計(jì)中選用STC89C52RC型號(hào)的單片機(jī)。STC89C52RC單片機(jī)，基于STC89C51內(nèi)核，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)STC89C51,速度快812倍，帶ADC，4路PWM,雙串口，有全球唯一ID號(hào)，加密性好，抗干擾強(qiáng)。STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖如圖41所示。圖41STC89C52RC單片機(jī)的引腳圖STC89C52使用經(jīng)典的MCS51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(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)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(gè)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42。時(shí)鐘電路ROM/EPROM/FLASH4KBRAM128BSFR21個(gè)定時(shí)個(gè)/計(jì)數(shù)器2CPU總線控制中斷系統(tǒng)5個(gè)中斷源2個(gè)優(yōu)先級(jí)串行口全雙工1個(gè)4個(gè)并行口XTAL2XTAL1RSTEAALEPSENP0P1P2P3VSSVCC圖42STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖412單片機(jī)主要特性1一個(gè)8位的微處理器CPU。2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM128B，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(chǔ)器ROM4KB，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(shì)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、64KFLASH存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。4四個(gè)8位并行IO接口P0P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)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(huì)提供3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5個(gè)中斷源，例如SST89E58RD就有9個(gè)中斷源。7一個(gè)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(shí)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)40MHZ，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。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(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)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(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。STC89C52單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。89C52單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，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。42主控制模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的主控制模塊包括STC89C52RC單片機(jī)，復(fù)位電路，超聲波測(cè)距模塊，時(shí)鐘電路。主控制最小系統(tǒng)電路如圖43所示。P102345678RST9XDINWALGE/OVCUYMUFKJRIGCHO圖43主控制最小系統(tǒng)電路電路中用到3個(gè)按鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵，一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵。按下設(shè)置鍵，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警距離設(shè)置界面，默認(rèn)的報(bào)警距離是05米。當(dāng)按一下加鍵時(shí)，設(shè)置距離加一厘米，當(dāng)按一下減鍵時(shí)，設(shè)置距離減一厘米。硬件電路總設(shè)計(jì)原理圖見圖44，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件STC89C52RC、超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。其中D1為電源工作指示燈。BQHSW二蜂鳴器數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路電源接口電路超聲波接口按鍵電路_圖44總設(shè)計(jì)電路圖43時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖45所示，時(shí)鐘電路主要結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。Y1為12MHZ晶體振蕩器，單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，C2與C3為負(fù)載電容。晶振與單片機(jī)的腳XTAL2和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中會(huì)產(chǎn)生諧波，這個(gè)諧波對(duì)電路的影響不大，但會(huì)降低電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性起見，在晶振的兩引腳處接入兩個(gè)10PF50PF的瓷片電容接地來削減諧波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響,所以晶振所配的電容的值處在10PF50PF之間都可以，本設(shè)計(jì)C2和C3采用01F。51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)處理速度，頻率越大處理速度越快，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。圖45時(shí)鐘電路44復(fù)位電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如圖46所示，具有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種功能，上電復(fù)位電路是由電容C與電阻R串聯(lián)組成，電容接VCC，電阻接地，RESET腳接在它們中間，當(dāng)上電時(shí)，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)電阻上的電壓等于VCC，經(jīng)過一段時(shí)間后電阻電壓逐漸變小直至為0，以達(dá)到上電復(fù)位的目的。同時(shí)只要按下S1按鍵，同樣可以達(dá)到復(fù)位的目的。當(dāng)VCC上電時(shí)，C充電，在10K電阻R上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后，C充滿，10K電阻R上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S1，C放電。S松開，C又充電，在10K電阻R上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作的狀態(tài)。單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C的大小影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用1030UF，單片機(jī)最小系統(tǒng)電容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。圖46單片機(jī)復(fù)位電路原理圖45顯示電路的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的顯示要求比較簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果采用十進(jìn)制數(shù)字顯示。只需能顯示09的數(shù)字，且顯示穩(wěn)定無閃爍即可。因此顯示部分采用七段半導(dǎo)體數(shù)碼管即LED。根據(jù)各管的極管接線形式，可分為共陰極型和共陽極型。在共陰極接法中，LED數(shù)碼管的AG七個(gè)發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不發(fā)亮。而在共陽極接法中，剛好與共陰極接法相反。LED數(shù)碼管具有亮度大，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。LED顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式，本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)顯示方式，電路結(jié)構(gòu)圖如圖47所示。本設(shè)計(jì)通過軟件的編譯來實(shí)現(xiàn)由二進(jìn)制到BCD碼的轉(zhuǎn)化，從而簡(jiǎn)化了顯示電路。但是，在制作超聲波測(cè)距系統(tǒng)的過程中，由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)LED顯示，電流較小，LED雖然有顯示但是比較暗，因此顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽LED數(shù)碼管,位碼用9012驅(qū)動(dòng)。圖47顯示電路原理圖本設(shè)計(jì)的顯示電路采用四位一體共陽數(shù)碼管利用單片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字型碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。實(shí)際設(shè)計(jì)中本電路單片機(jī)的P10至P17依次控制段碼A、B、C、D、E、F、G、H。利用P34、P35、P36、P37口控制位選，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的目的。顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽LED數(shù)碼管,位碼用9012驅(qū)動(dòng)。46聲音報(bào)警電路的設(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(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，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圖48所示。圖48聲音報(bào)警電路47鍵盤模塊設(shè)計(jì)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(shí)候，IO檢測(cè)到的時(shí)候高電平，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，相當(dāng)于IO短接地，因此這時(shí)候單片機(jī)檢測(cè)到的電平為低電平，通過檢測(cè)不同時(shí)刻的IO口狀態(tài)就可以判斷按下的是哪個(gè)按鍵。圖49鍵盤模塊電路圖48電源設(shè)計(jì)出于實(shí)際應(yīng)用的考慮，本設(shè)計(jì)的電源采用3節(jié)5號(hào)干電池45V供電，可以同時(shí)滿足實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)因素的考慮。電源接口電路如圖49所示。當(dāng)電源接通時(shí)，二極管發(fā)光，表示系統(tǒng)正在工作。開關(guān)控制采用自鎖開關(guān)，圖中P2為電源盒接口或USB輸入的接口，SW1為電源開關(guān)，用來接通電源或斷開電源。圖49電源接口電路第5章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和中斷程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的初始化，超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、數(shù)碼管顯示和蜂鳴器報(bào)警等。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離、蜂鳴器報(bào)警和數(shù)碼管顯示。51系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的控制核心是單片機(jī)，軟件主要完成測(cè)量過程控制、精確計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果處理等功能。主程序?qū)φ麄€(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，由單片機(jī)的IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給測(cè)距模塊輸入端最少10US的高電平信號(hào)，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，同時(shí)將定時(shí)器T0啟動(dòng)。有信號(hào)返回，通過IO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，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。然后調(diào)用距離計(jì)算的子程序，再根據(jù)定時(shí)器T0記錄的時(shí)間計(jì)算出所需要測(cè)量的距離，然后再調(diào)用顯示子程序，再將測(cè)出的距離以十進(jìn)制的形式送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)調(diào)用聲音處理程序來控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。最后主程序通過對(duì)P33端口返回的高電平的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說明接收到了回波信號(hào)，那么主程序就返回到初始端重新將回波接收標(biāo)志位置位并且在單片機(jī)的TRIG端口上發(fā)送10US的高電平信號(hào)到超聲波發(fā)射電路，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過數(shù)據(jù)計(jì)算出距離。其中，N為計(jì)數(shù)器的值，聲速的值取為340M/S綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)主程序的流程圖如圖51所示。開始NONOYES開始單片機(jī)初始化初始化定時(shí)器T0發(fā)射超聲波檢測(cè)是否有回波開啟定時(shí)器計(jì)算距離LED數(shù)碼管顯示蜂鳴報(bào)警讀取計(jì)數(shù)值圖51主程序工作流程圖52中斷處理程序負(fù)責(zé)計(jì)算車尾與障礙物之間的距離是INT0的中斷程序。根據(jù)前面的對(duì)超聲接收電路的分析，在超聲波集成模塊接收到超聲波回波信號(hào)后，超聲波測(cè)距模塊就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平送至單片機(jī)的P33引腳，使系統(tǒng)中斷，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序。進(jìn)入中斷處理后，定時(shí)器T0就立即被關(guān)閉，同時(shí)讀取返回的高點(diǎn)平的持續(xù)時(shí)間值，并給回波接收標(biāo)志位清零即成功接收到回波信號(hào)。中斷處理程序的程序流程圖如圖52所示。圖52中斷處理程序流程圖53顯示子程序在顯示數(shù)據(jù)時(shí)，為了節(jié)省I/O端口資源，降低功耗，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示的方法。其標(biāo)志位清零中P1口是段碼，低電平有效。P3口是位碼，低電平有效。P37口控制最高位，一直到P34口控制最低位。究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的位選端，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字的動(dòng)態(tài)顯示。四個(gè)數(shù)碼管的段碼都是P1口的輸出,即四個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的,為了使其分別顯示不同的數(shù)字,對(duì)已處理數(shù)據(jù)查表從高位顯示，經(jīng)過延時(shí)再顯示第二位、再經(jīng)過一段延時(shí)，依次下去直到最低位，然后循環(huán)。這樣測(cè)試結(jié)果可通過數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方法顯示出來。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12MS，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的。顯示子程序的流程圖如圖53所示。圖53顯示子程序的流程圖54距離計(jì)算子程序在主程序中已經(jīng)介紹了障礙物距離的計(jì)算公式為SVT0/217T0/1000CM（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值），由于本次設(shè)計(jì)使用的是程序語言，所以需要調(diào)用乘法與除法子程序。距離計(jì)算程序的流程圖如圖54所示。圖54距離計(jì)算子程序流程超聲波距離計(jì)算方法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體（障礙物）后反射回來，回波被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)射超聲波到接收到超聲波信號(hào)所用的時(shí)間，就可以利用上述公式計(jì)算出超聲波發(fā)生器與被測(cè)物體之間的距離。在啟動(dòng)發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)的同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射與接收到回波之間的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波（回波）時(shí)，接收芯片在INT1端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差T0。第6章總結(jié)和展望61總結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。本設(shè)計(jì)主要是基于STC89C52芯片為核心的超聲波測(cè)距儀，并有HCSR04超聲波測(cè)距模塊、數(shù)碼管顯示等器件組成，包括單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機(jī)復(fù)位電路、LED顯示電路和按鍵電路，主要實(shí)現(xiàn)車輛超聲波測(cè)距并報(bào)警功能。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、抗干擾性能好，若要滿足更高的精度要求，還須進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。在某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用中，還要考慮超聲波的人射角、反射角以及超聲波傳播介質(zhì)的密度、表面光滑度等因素。本系統(tǒng)不僅適用于車輛距離報(bào)警系統(tǒng)，還適用于水文液位測(cè)量，應(yīng)用范圍較廣。62展望本設(shè)計(jì)還可以在幾個(gè)方面進(jìn)行修改完善，進(jìn)而使得本設(shè)計(jì)的測(cè)距儀功能更加完善，諸如1因?yàn)槌暡ㄌ筋^的限制，本設(shè)計(jì)裝置在溫度不同的環(huán)境下測(cè)量誤差也不一樣，所以要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)探頭進(jìn)行合適的更換。2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不高，當(dāng)與向障礙物移動(dòng)速度小的時(shí)侯，能夠穩(wěn)定測(cè)量并穩(wěn)定顯示，但是如果移動(dòng)速度太大就會(huì)使誤差也逐漸增大。3本設(shè)計(jì)中并沒有溫度補(bǔ)償模塊，主要是本設(shè)計(jì)做為倒車?yán)走_(dá)使用對(duì)精確的距離要求不高主要是起到警報(bào)的作用，所以沒有采用溫度補(bǔ)償模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果在設(shè)計(jì)中考慮到溫度補(bǔ)償這個(gè)模塊，并添加到設(shè)計(jì)中去，那么整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)更完善。4整個(gè)設(shè)計(jì)利用的是超聲波模塊設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，編程容易，完全能實(shí)現(xiàn)功能要求。汽車倒車?yán)走_(dá)所涉及的學(xué)科的內(nèi)容比較多，諸如傳感器、單片機(jī)等，現(xiàn)在各個(gè)學(xué)科還在不斷的發(fā)展之中，相信也將推動(dòng)這個(gè)系統(tǒng)功能的更加完善，并且應(yīng)用將更為廣泛。致謝首先，我要感謝張瑞老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)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(shí)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(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，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(gè)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。感謝山東科技大學(xué)，感謝您為我提供了4年大學(xué)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，也許我馬上就要離開，但我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記在這4年中哭過、笑過的回憶。參考文獻(xiàn)1VIZIMULLERRFDESIGNGUIDESYSTEMS,CCRCUITS,ANDEQUATIONSMBOSTONARTECHHOUSE，19952KEILSOFTWARETHEFINALWORLDONTHE8051MGERMANYKEILELEKTRONIKGMBHANDKEILSOFTWARE，19973梁小流，梁建和基于89S52汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J機(jī)電工程技術(shù)，2011，10449514唐桃波,陳玉林基于AT89C51的智能無線安防報(bào)警器J電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2003,5649515李全利單片機(jī)原理及接口技術(shù)M北京北京航空航天大學(xué)出版社,20046薛均義,張彥斌MCS51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M西安西安交通大學(xué)出版社,20057徐愛鈞,彭秀華單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M北京北京航空航天大學(xué)出版社,20068康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M北京高等教育出版社,20049高海生，楊文煥單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M成都西南交通大學(xué)出版社，199610張友德，趙志英，涂時(shí)亮單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M上海復(fù)旦大學(xué)出版社，1997附件1電氣原理圖RK23890ABCDEFGPQ4VH576SWSW二NTXIL/OUYMU蜂鳴器RIGCHO數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路電源接口電路超聲波接口按鍵電路_PCB圖程序代碼INCLUDE/調(diào)用單片機(jī)頭文件DEFINEUCHARUNSIGNEDCHAR/無符號(hào)字符型宏定義變量范圍0255DEFINEUINTUNSIGNEDINT/無符號(hào)整型宏定義變量范圍065535INCLUDEINCLUDE“EEPROM52H“/數(shù)碼管段選定義0123456789UCHARCODESMG_DU0X28,0XEE,0X32,0XA2,0XE4,0XA1,0X21,0XEA,0X20,0XA0,0X60,0X25,0X39,0X26,0X31,0X71,0XFF/斷碼UCHARDIS_SMG80XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8/數(shù)碼管位選定義SBITSMG_WE1P34/數(shù)碼管位選定義SBITSMG_WE2P35SBITSMG_WE3P36SBITSMG_WE4P37SBITC_SENDP32/超聲波發(fā)射SBITC_RECIVEP33/超聲波接收SBITBEEPP23/蜂鳴器IO口定義UCHARSMG_I3/顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)BITFLAG_300MSLONGDISTANCE/距離UINTSET_D/距離UCHARFLAG_CSB_JULI/超聲波超出量程UINTFLAG_TIME0/用來保存定時(shí)器0的時(shí)候的UCHARMENU_1/菜單設(shè)計(jì)的變量/1MS延時(shí)函數(shù)/VOIDDELAY_1MSUINTQUINTI,JFORI0I400SET_D400IFKEY_CAN3SET_D/減1IFSET_D2BEEPBEEP/蜂鳴器報(bào)警ELSEVALUE0BEEP1/取消報(bào)警/數(shù)碼位選函數(shù)/VOIDSMG_WE_SWITCHUCHARISWITCHICASE0SMG_WE10SMG_WE21SMG_WE31SMG_WE41BREAKCASE1SMG_WE11SMG_WE20SMG_WE31SMG_WE41BREAKCASE2SMG_WE11SMG_WE21SMG_WE30SMG_WE41BREAKCASE3SMG_WE11SMG_WE21SMG_WE31SMG_WE40BREAK/數(shù)碼顯示函數(shù)/VOIDDISPLAYSTATICUCHARIIIFISMG_II0SMG_WE_SWITCHI/位選P1DIS_SMGI/段選/小延時(shí)函數(shù)/VOIDDELAY_NOP_/執(zhí)行一條_NOP_指令就是1US_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_NOP_/超聲波測(cè)距程序/VOIDSEND_WAVEC_SEND1/10US的高電平觸發(fā)DELAYC_SEND0TH00/給定時(shí)器0清零TL00TR00/關(guān)定時(shí)器0定時(shí)WHILEC_RECIVE/當(dāng)C_RECIVE為零時(shí)等待TR01WHILEC_RECIVE/當(dāng)C_RECIVE為1計(jì)數(shù)并等待FLAG_TIME0TH0256TL0IFFLAG_TIME040000/當(dāng)超聲波超過測(cè)量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888TR00FLAG_CSB_JULI2DISTANCE888BREAKELSEFLAG_CSB_JULI1IFFLAG_CSB_JULI1TR00/關(guān)定時(shí)器0定時(shí)DISTANCEFLAG_TIME0/讀出定時(shí)器0的時(shí)間DISTANCE0017/0017340M/2170M0017M算出來是米IFDISTANCE500/距離速度時(shí)間DISTANCE888/如果大于38M就超出超聲波的量程/定時(shí)器0、定時(shí)器1初始化/VOIDTIME_INITEA1/開總中斷TMOD0X11/定時(shí)器0、定時(shí)器1工作方式1ET00/關(guān)定時(shí)器0中斷TR01/允許定時(shí)器0定時(shí)ET11/開定時(shí)器1中斷TR11/允許定時(shí)器1定時(shí)/主函數(shù)/VOIDMAINBEEP0/開機(jī)叫一聲DELAY_1MS150P0P1P2P30XFF/初始化單片機(jī)IO口為高電平SEND_WAVE/測(cè)距離函數(shù)SMG_DISPLAY/處理距離顯示函數(shù)TIME_INIT/定時(shí)器初始化程序INIT_EEPROM/開始初始化保存的數(shù)據(jù)SEND_WAVE/測(cè)距離函數(shù)SEND_WAVE/測(cè)距離函數(shù)WHILE1IFFLAG_300MS1FLAG_300MS0CLOCK_H_L/報(bào)警函數(shù)IFBEEP1SEND_WAVE/測(cè)距離函數(shù)IFMENU_10SMG_DISPLAY/處理距離顯示函數(shù)KEY/按鍵函數(shù)IFKEY_CAN150VALUE0FLAG_300MS1元件清單焊接實(shí)物圖COMMENTDESIGNATORLIBREFQUANTITY10K電阻R14RES2110UF電容C1CAPPOL1112M晶振Y116M1D指示燈D1D1DS04數(shù)碼管DS1DS041HEADER2電源接口P2HEADER21SW灰色電源開關(guān)SW1SW灰色1U1單片機(jī)U1U11蜂鳴器B1BELL18550三極管Q52N3906120電容C2,C3CAP2HEADER4超聲波接口J1,P1HEADER42SWPB獨(dú)立按鍵S1,S2,S3,S4SWPB48550三極管Q1,Q2,Q3,Q42N390642K電阻R4,R5,R6,R7,R13,R15RES26200電阻R1,R2,R3,R8,R9,R10,R11,R12RES28附件2中英文翻譯中文翻譯超聲測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)原文出處傳感器文摘布拉福德1993年第13頁摘要超聲測(cè)距技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、車輛導(dǎo)航、水聲工程等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，目前已應(yīng)用于物位測(cè)量、機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航以及空氣中與水下的目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、定位等場(chǎng)合。因此，深入研究超聲的測(cè)距理論和方法具有重要的實(shí)踐意義。為了進(jìn)一步提高測(cè)距的精確度，滿足工程人員對(duì)測(cè)量精度、測(cè)距量程和測(cè)距儀使用的要求，本文研制了一套基于單片機(jī)的便攜式超聲測(cè)距系統(tǒng)。關(guān)鍵詞超聲波，測(cè)距儀，單片機(jī)1、前言隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時(shí)間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分。控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重