1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于STC89C52單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)摘 要近年來，隨著人民生活水平的提高，越來越多的人選擇購買汽車作為交通工具，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。然而，也隨之產(chǎn)生一系列問題，倒車時(shí)的后視問題就是其中一個(gè)非常重要的問題。在公路、街道、停車場、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,從而造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。為此，我這次設(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)防撞警報(bào)系統(tǒng)。本文對(duì)超聲波傳感器測(cè)距的可能性進(jìn)行了理論分析，利用模擬電

2、子、數(shù)字電子、微機(jī)接口、超聲波換能器、以及超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識(shí)，采用以STC89C52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示以及聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測(cè)距器的硬件組成、檢測(cè)原理、方法以及軟件結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，超聲波，測(cè)量距離，數(shù)碼顯示，報(bào)警Design of ultrasonic reversing radar based on STC89C52ABSTRACT【從這里鍵入英文摘要內(nèi)容】英文摘

3、要須與中文摘要內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，英文摘要約250個(gè)實(shí)詞；關(guān)鍵詞要反映畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）的主要內(nèi)容，數(shù)量一般為3-5個(gè)。KEY WORDS: 關(guān)鍵詞1，關(guān)鍵詞2，關(guān)鍵詞3，關(guān)鍵詞4，關(guān)鍵詞54目錄前言1第1章 緒論31.1倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的背景和意義31.2倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀41.3論文的主要內(nèi)容5第2章 超聲波測(cè)距原理62.1 超聲波傳感器介紹62.2 超聲波傳感器的特性82.3 超聲波的測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn)9第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)123.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求123.1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖123.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)133.2.1 單片機(jī)的選擇133.2.2 STC89C52單片機(jī)簡

4、介143.2.3 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)183.3 超聲波測(cè)距模塊193.4 顯示報(bào)警模塊電路223.4.1 顯示電路的設(shè)計(jì)223.4.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)25第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)274.1 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)274.2 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)28第5章 295.1 295.1.1 295.1.2 295.2 295.2.1 295.2.2 29結(jié)論30謝 辭31參考文獻(xiàn)32附錄34外文資料翻譯35前言隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，汽車已逐漸成為人們不可或缺的交通工具。由于汽車的日益普及，人為原因而產(chǎn)生的碰撞問題也日益突出，其中倒車碰撞占據(jù)很大一部分。因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的

5、倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者顯示器的顯示通告司機(jī)車后的狀況，解除了司機(jī)泊車和啟動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的麻煩，并幫助司機(jī)解決由視覺引起的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會(huì)與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。司機(jī)在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由車尾保險(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，從而計(jì)算出

6、車體與障礙物之間的距離，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)，從而使司機(jī)倒車時(shí)不至于撞上障礙物。當(dāng)前國內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)的研究現(xiàn)狀：通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示出來。據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。粘帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，倒車?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺(tái)上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體

7、的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。本文旨在設(shè)計(jì)一種以STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片，高性價(jià)比的倒車?yán)走_(dá)，系統(tǒng)成型后，經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員論證后可推向市場。第1章 緒論1.1倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的背景和意義倒車?yán)走_(dá)是一種輔助車主泊車或者倒車的裝置，當(dāng)車主將檔位掛入倒檔，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)時(shí)，它能通過發(fā)射和接收超聲波來探測(cè)周圍障礙物的情況，并以聲音或者影像告知車主，幫助車主了解汽車尾部倒車情況，解除車主視角死角，提高駕駛的安全性，

8、其利用的原理是超聲波非接觸測(cè)距技術(shù)。眾所周知，關(guān)于超聲波的研究起于1876年人類首次有效地產(chǎn)生高頻聲波。這些年來，隨著超聲波技術(shù)的研究不斷深入，再加上其具有高精度、無損、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及，多年來已在一些領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，而用于汽車倒車?yán)走_(dá)卻是近年來的事情，借鑒于一些生物通過自身發(fā)出的超聲波來捕捉獵物的技能。利用超聲波作為探測(cè)獵物的技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御以及捕捉獵物的生存手段，也就是生物體發(fā)出不被人們所聽到的超聲波，借助空氣媒介傳播，由被捕捉的獵物或障礙物反射回來的超聲波時(shí)間間隔長短判斷獵物或障礙物位置的方法。由于超聲波的速度相對(duì)于光速要小得多，其傳播時(shí)

9、間就比較容易檢測(cè)，并且易于定位發(fā)射，方向性好，因而人類采用仿真技能開始利用超聲波測(cè)距。汽車倒車防撞測(cè)距報(bào)警器，是我國八五期間重點(diǎn)開發(fā)的重大科研項(xiàng)目之一，也是汽車六大類汽車電子產(chǎn)品中的一種。其原理就是應(yīng)用超聲波無接觸近距離測(cè)距，結(jié)合聲波特性、電子計(jì)數(shù)和光電顯示來實(shí)現(xiàn)的非接觸式距離測(cè)量的方法。隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是不爭的事實(shí)，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人。雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免的都存在一個(gè)后視盲區(qū)。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左

10、右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。超聲波測(cè)距由于其能夠進(jìn)行非接觸測(cè)量和具有相對(duì)較高的測(cè)量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢(shì)來看，汽車市場的快速發(fā)展將帶動(dòng)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展。國內(nèi)倒車?yán)走_(dá)主流市場已經(jīng)開始由高檔汽車向中低檔汽車發(fā)展，技術(shù)上向著單芯片功能的靈敏度更高、可視化發(fā)展，設(shè)備趨于小型化、人性化、智能化等方向發(fā)展。由此可見，超聲波汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)將會(huì)在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。1.2倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀本汽車防撞裝置包含有單片機(jī)控制電路、超聲波測(cè)距傳感器、蜂鳴器報(bào)警電路

11、及數(shù)碼管顯示部件等，裝置將各部件有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距及蜂鳴器報(bào)警提示的功能。倒車防撞系統(tǒng)的開始是以蜂鳴器報(bào)警為標(biāo)志的。汽車離障礙物距離越近，蜂鳴器報(bào)警聲越急，蜂鳴器報(bào)警雖然使駕駛員知道有障礙物的存在，但卻不能確定汽車車尾離障礙物有多遠(yuǎn)，所以，蜂鳴器報(bào)警對(duì)駕駛員幫助不是很大；之后一個(gè)質(zhì)的飛躍就是液晶屏顯示的出現(xiàn)，特別是液晶顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，駕駛員就是只要發(fā)動(dòng)車輛，而且不用掛倒擋，液晶顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及汽車與周圍的障礙物的距離，液晶顯示是動(dòng)態(tài)顯示，液晶顯示器的外表美觀，顯示的色彩也很清晰，而且可以直接粘貼在儀表盤上，安裝也很方便。不過由于液晶顯示的靈敏度比較高，而且它的

12、抗干擾能力也不是很強(qiáng)，所以誤報(bào)的情況也較多。 現(xiàn)在市面上的魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)應(yīng)該算是比較先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)了，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，并采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，并用高速電腦控制，可全天準(zhǔn)確地進(jìn)行探測(cè)2 m以內(nèi)的障礙物，并以不同的聲音提示和直觀的距離顯示來提醒駕駛員；魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣溫度顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能，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，可以直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置，而且它樣式種類繁多，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配，當(dāng)然它的價(jià)格也是比較貴的。最新的一代倒車?yán)走_(dá)是整合影音系統(tǒng)，除了具備前幾代倒車?yán)走_(dá)的功能外

13、還兼有影音系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，相關(guān)電子技術(shù)也是飛躍前進(jìn)，當(dāng)然，汽車電子產(chǎn)業(yè)也得到飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使得車載電子安全產(chǎn)品有很大的發(fā)展前景。倒車?yán)走_(dá)當(dāng)然是每輛車必備的電子安全產(chǎn)品，如今市面上的主流的汽車倒車?yán)走_(dá)基本都是以單片機(jī)芯片為控制核心的智能測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)。這些的倒車?yán)走_(dá)能夠連續(xù)測(cè)距并顯示汽車與障礙物之間的距離，而且采用蜂鳴器的不同頻率的鳴叫聲進(jìn)行報(bào)警提示和距離顯示提示，從而能夠盡量不占用駕駛員的視覺空間。此外，汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展還要求作為汽車行駛安全輔助系統(tǒng)的倒車?yán)走_(dá)要具有通信功能，并能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去。就目前市面上的產(chǎn)品來講，目前的汽車倒車?yán)走_(dá)主要是

14、具備數(shù)碼管或者液晶屏的距離顯示并且?guī)в蟹澍Q器的語音報(bào)警為主的汽車安全系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要采用的是以單片機(jī)為控制核心的智能超聲波測(cè)距傳感器和蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)，這種汽車安全輔助系統(tǒng)便宜耐用，而且達(dá)到了汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展需求。1.3論文的主要內(nèi)容本文以STC89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒車?yán)走_(dá)測(cè)距及顯示報(bào)警的要求，通過發(fā)射超聲波，碰到障礙物返回后，接收超聲波，計(jì)時(shí)往返時(shí)間，并計(jì)算出距離，顯示結(jié)果和報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機(jī)處理模塊和顯示報(bào)警模塊四大模塊組成。超聲波發(fā)射模塊負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波，超聲波接收模塊負(fù)責(zé)接收超聲波并將引起的中斷信

15、號(hào)送到單片機(jī)處理模塊，單片機(jī)處理模塊負(fù)責(zé)超聲波發(fā)射的啟動(dòng)并計(jì)時(shí)超聲波往返時(shí)間，接收中斷處理數(shù)據(jù)算出結(jié)果，顯示報(bào)警模塊顯示距離，并根據(jù)結(jié)果報(bào)警。第2章 超聲波測(cè)距原理2.1 超聲波傳感器介紹超聲波是一種頻率超過20kHz的機(jī)械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦苑瓷?、折射、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點(diǎn)，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會(huì)反射。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速，方便，易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。

16、超聲波測(cè)量在國防、航空航天、電力、石化、機(jī)械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測(cè)相比，其最大特點(diǎn)是穿透力強(qiáng)，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測(cè)物體內(nèi)部情況。超聲檢測(cè)設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。近十幾年來，由于微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及超聲波產(chǎn)生和接收新技術(shù)的發(fā)展，突破了常規(guī)超聲檢測(cè)的限制，進(jìn)一步開拓了其適用范圍。超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車

17、雷達(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測(cè)控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應(yīng)用。超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。電聲型主要有：1壓電傳感器；2磁致伸縮傳感器；3靜電傳感器。流體動(dòng)力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)

18、中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。 壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測(cè)中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對(duì)這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對(duì)這種材料加以交變電場，它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射

19、電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f0交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超

20、聲機(jī)械波作用，這將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號(hào)。圖2-1壓電式超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波傳感器。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率f0。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電

21、壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可以防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。2.2 超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性： （1）頻率特性 如圖 2.2是超聲波發(fā)射傳感

22、器的頻率特性曲線。其中，f040KHz 為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在f0處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說在f0處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級(jí)最高。而在f0兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率f0的交流電壓來激勵(lì)。另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在f0處曲線最尖銳，輸出電信號(hào)的幅度最大，即在f0處接收靈敏度最高。圖2-2 超聲發(fā)射傳感器頻率特性因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高

23、。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時(shí)靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動(dòng)。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。(2) 指向特性 實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個(gè)小圓片，可以把表面上每個(gè)點(diǎn)看成一個(gè)振蕩源，輻射出一個(gè)半球面波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。2.3 超聲波的測(cè)距原理及實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（time of flight）。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙

24、物之間的距離 。測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為340米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用11.0592M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。 超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計(jì)屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)單元。利用超聲波測(cè)距的工

25、作，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。其主要有三種測(cè)距方法：（1）相位檢測(cè)法，相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限；（2）聲波幅值檢測(cè)法，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響；（3）渡越時(shí)間檢測(cè)法，渡越時(shí)間檢測(cè)法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都非常容易實(shí)現(xiàn)。其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間。其原理圖如圖2-3。圖2-3 超聲波測(cè)距原理本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距就是使用了渡越時(shí)間檢測(cè)法。在移動(dòng)車輛中應(yīng)用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)

26、，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收的時(shí)間差和傳播速度，計(jì)算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)，表2-1列出了幾種不同溫度下的聲速。表2-1 超聲波速度與溫度關(guān)系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（m/s）313319325323338344349386由于我國大部分地區(qū)四季溫差不超過40（-10到30）攝氏度，且本系統(tǒng)測(cè)距范圍（車后4到5米）比較小，單片機(jī)以微秒計(jì)時(shí)，故溫度影響可以不予考慮。10洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 本章講述倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和主要元器件的介紹。包括測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)(超

27、聲波發(fā)送接收系統(tǒng))、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，測(cè)距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要對(duì)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和動(dòng)態(tài)態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下就各模塊的電路圖、功能及設(shè)計(jì)思路作詳細(xì)說明。3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 按照系統(tǒng)所需功能，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可以劃分為三大主要模塊：測(cè)距系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及顯示和語音報(bào)警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的主要功能是：當(dāng)車掛入倒檔后，超聲波發(fā)射電路開始連續(xù)不斷的發(fā)出超聲波，遇到障礙物后反射，超聲波接收電路接收，控制電路通過相應(yīng)的計(jì)算，可以計(jì)算出相應(yīng)的距離，并送至顯示電路進(jìn)行顯示。如果所測(cè)

28、距離小于預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警距離，那么，報(bào)警電路則會(huì)發(fā)出一定的聲音進(jìn)行報(bào)警提醒駕駛者。3.1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖其中測(cè)距系統(tǒng)有超聲波發(fā)射、接收子系統(tǒng)構(gòu)成；控制部分以STC89C52單片機(jī)為核心，其P2.0口輸出10us的觸發(fā)信號(hào)制超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生40KHz的超聲波，利用外部中斷監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)；顯示報(bào)警部分由顯示系統(tǒng)及語音系統(tǒng)構(gòu)成，其中顯示系統(tǒng)采用簡單實(shí)用的4位共陽8段數(shù)碼管。3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)3.2.1 單片機(jī)的選擇一般在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，能否完成設(shè)計(jì)任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適，而單片機(jī)更是是系統(tǒng)控制的核心，所以對(duì)單片機(jī)的選擇更是

29、異常重要。如果選擇了一個(gè)合適的單片機(jī)不僅可以最大地簡化系統(tǒng)的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比較高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說更方便。目前，市面上的單片機(jī)的種類繁多，并且他們?cè)诠δ芊矫嬉彩歉髯杂懈髯缘奶攸c(diǎn)。在一般的情況下來講，在選擇單片機(jī)時(shí)要需要考慮的幾個(gè)方面有：（1）單片機(jī)最基本性能參數(shù)指標(biāo)。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。（2）單片機(jī)的某些增強(qiáng)的功能。（3）單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)。例如：對(duì)于程序存儲(chǔ)器來說，最好選用的是Flash的存儲(chǔ)器。（4）單片機(jī)的封裝形式。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、PLCC封裝及表面貼附等。（5）單片機(jī)對(duì)工作的溫度范圍的要求。例如：

30、在進(jìn)行設(shè)計(jì)戶外的產(chǎn)品時(shí)，就必須要選用工業(yè)級(jí)的芯片，以達(dá)到溫度范圍的要求。（6）單片機(jī)的功耗。例如，如果信號(hào)線取電只能提供幾mA的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個(gè)時(shí)候選用STC的單片機(jī)是最合適的。（7）單片機(jī)在市面上的銷售渠道是否暢通、其價(jià)格是否便宜。（8）單片機(jī)技術(shù)的支持網(wǎng)站如何，賣家提供的芯片資料是否足夠完善，是否包含了用戶手冊(cè)，設(shè)計(jì)方案舉例，相關(guān)范例程序等。（9）單片機(jī)的保密性是否很好，單片機(jī)的抗干擾的性能如何等。綜合考慮以上因素，選擇STC89C52作為本系統(tǒng)的控制部件。3.2.2 STC89C52單片機(jī)簡介1.STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM

31、-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(jī)(STC89C52)外觀如圖3-2：圖3-2 STC89C52外觀單片機(jī)(STC89C52)引腳功能圖如圖3-3圖3-3 STC89C52引腳圖2STC89C52引腳具體介紹如下： 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線 外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)和XTAL2(Pin20) 為了產(chǎn)生

32、時(shí)鐘信號(hào)，在STC89C52單片機(jī)的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)反相放大器，其中XTAL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端，XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端 。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是11.0592MHz的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。它結(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)鐘頻率上。時(shí)鐘信號(hào)電路如圖 3-4所示。圖3-4 晶振電路 控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，

33、引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-5：圖3-5 復(fù)位電路 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）： 8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.

34、7 P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73STC89C52主要功能如表3.1所示。表3-1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2.3 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是其他拓展系統(tǒng)的最

35、基本的基礎(chǔ)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)即單片機(jī)能工作的系統(tǒng)。89C51單片機(jī)，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲(chǔ)器，所以只要單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)了。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3-6所示。圖3-6 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.3 超聲波測(cè)距模塊本系統(tǒng)超聲波測(cè)距模塊采用HC-SR04測(cè)距模塊。HC-SR04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)到3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。基本工作原理：（1）采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，加至少10us的高電平信號(hào)；（2）模塊自動(dòng)發(fā)生8個(gè)40KHZ的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)

36、返回；（3）有信號(hào)返回，通過IO口ECHO輸出一個(gè)高低平，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.HC-SR04的外型及引腳如圖3-7所示，HC-SR04的性能參數(shù)和引腳定義分別如表3-2和表3-3所示。圖3-7超聲波測(cè)距模塊HC-SR04實(shí)物圖表3-2 HC-SR04性能參數(shù)工作頻率40MHz 工作電壓DC5V工作電流15mA最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm ( 寬*長*厚 )表3-3 HC-SR04引腳定義引腳功能VCC5V

37、電源GND地線GNDTRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入ECHO回路信號(hào)輸出HC-SR04的超聲波時(shí)序圖如圖3-8所示。圖3-8 HC-SR04超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序圖表明只需要提供一個(gè)10us以上的脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40KHZ周期電平檢測(cè)回波，一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)，回響信號(hào)的脈沖寬度與檢測(cè)的距離成正比，由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。圖3-9 超聲波模塊HC-SR04原理圖3.4 顯示報(bào)警模塊電路顯示報(bào)警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機(jī)STC89C52處理后把信號(hào)轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報(bào)警響應(yīng)，以讓人們能夠直觀的覺察到測(cè)量的狀況，進(jìn)一步避

38、免事故發(fā)生。顯示報(bào)警電路由顯示和報(bào)警兩部分電路組成，主要實(shí)現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報(bào)警功能，以此提醒駕駛員。3.4.1 顯示電路的設(shè)計(jì)1.各種顯示方案的比較方案（1）：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以也不用此種作為顯示.方案（2）：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊,它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。1602的驅(qū)動(dòng)電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實(shí)效果如：清屏、左移右移、光標(biāo)顯示

39、。但是對(duì)于只顯示三位溫度值顯得浪費(fèi)，又考慮到其價(jià)格較高，運(yùn)用起來的復(fù)雜性，所以也不用此來顯示。方案（3）：LED數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)字顯示器件，通過控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個(gè)的數(shù)字，因此本設(shè)計(jì)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)顯示方式。由于動(dòng)態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時(shí)間應(yīng)不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個(gè)數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，單片機(jī)的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應(yīng)用數(shù)碼管顯示。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用數(shù)

40、碼管顯示來組成本設(shè)計(jì)的顯示模塊。2.LED數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)LED是發(fā)光二極管的縮寫。LED數(shù)碼管里面有8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小數(shù)點(diǎn)，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（COM），其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位。根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 (1)靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如

41、BCD碼二-十進(jìn)位解碼器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840個(gè)I/O口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)51單片機(jī)可用的I/O口才32個(gè)。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加解碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 (2)動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示界面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要

42、將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1 ms2 ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(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)定的顯示資料，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，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。動(dòng)態(tài)掃描顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用得最為廣泛，這也是我在本設(shè)計(jì)中的顯示方法。共陽極與共陰極這兩種方法難度差不多，考慮到我自己對(duì)于共陽極的編程更熟悉

43、，因此在該設(shè)計(jì)中我也采用數(shù)碼管共陽極的接法。顯示電路采用簡單實(shí)用的LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，段碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)顯示的距離范圍在3米之內(nèi)，選用4位LED數(shù)碼管，通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)顯示，顯示字符由單片機(jī)P0口送至74LS245，再經(jīng)74LS245顯示驅(qū)動(dòng)芯片去驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示，P2.0-P2.3分別控制每一位的動(dòng)態(tài)顯示。超聲波測(cè)距儀顯示模塊電路如圖3-10所示。通過單片機(jī)的平P2.0,P2.1，P2.2，P2.3四個(gè)管腳的信號(hào)控制四個(gè)三極管的B極，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。采用LED動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)芯片的計(jì)算后傳到LED上，顯示精度是分米。圖3-1

44、0 顯示模塊電路圖3.4.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，利用單片機(jī)控制輸出一個(gè)一定頻率的信號(hào)。由于蜂鳴器的工作電流比較大，以至于單片機(jī)的I/O口無法直接驅(qū)動(dòng)，所以用三極管來放大電流。信號(hào)通過一個(gè)三極管，把信號(hào)放大，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。然后將放大之后的信號(hào)連接到蜂鳴器上，報(bào)警部分裝置的設(shè)計(jì)圖如圖3-11所示。圖3-11 報(bào)警電路蜂鳴器是使用直流電源進(jìn)行供電，它廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，尤其在計(jì)算機(jī)、報(bào)警器、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)等電子設(shè)備制造中作為發(fā)聲的器件而廣泛應(yīng)用。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子發(fā)聲器，它分為兩種類型，一種是壓電式蜂鳴器另一種是電磁式蜂鳴器。

45、壓電式蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、共鳴箱阻及抗匹配器還有外殼等部分組成。壓電蜂鳴片是由鈮鎂酸鉛或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料制造而成。我把在陶瓷片的表面鍍上金屬電極，經(jīng)過極化處理和老化處理之后，再與不銹鋼鋼片粘貼在一起就制成了壓電蜂鳴片。而多諧振蕩器由集成電路或者晶體管構(gòu)造而成。當(dāng)電極兩端接通電源以后,多諧振蕩器開始振動(dòng),輸出音頻信號(hào)，然后阻抗匹配器便能推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動(dòng)膜片、電磁線圈和外殼等部分組成。在兩極接通電源之后，振蕩器能夠產(chǎn)生的音頻信號(hào)，信號(hào)通過電磁線圈，便會(huì)使電磁線圈生成磁場。這樣振動(dòng)膜片便會(huì)在磁鐵和電磁線圈的作用下，周期性反復(fù)地振動(dòng)從而發(fā)

46、出聲音。24第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主要功能為發(fā)送超聲波、對(duì)回波進(jìn)行檢測(cè)、計(jì)算測(cè)量距離、顯示測(cè)量距離、蜂鳴器報(bào)警等。軟件包括主程序、超聲波發(fā)射子程序、INT0中斷服務(wù)程序、定時(shí)器T0溢出中斷程序四個(gè)主要模塊組成。軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1:圖4-1 系統(tǒng)各模塊框圖1、系統(tǒng)初始化模塊：即系統(tǒng)剛上電的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的各個(gè)引腳的電平分配和對(duì)各寄存器的初值賦值。2、發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動(dòng)定時(shí)器工作，同時(shí)啟動(dòng)接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。3、運(yùn)算結(jié)果處理模塊：運(yùn)算結(jié)果處理模塊將測(cè)得時(shí)間進(jìn)行處理，根據(jù)公式計(jì)算出距離，然后再將

47、計(jì)算得出的數(shù)據(jù)送至數(shù)碼顯示模塊。4、顯示和聲音報(bào)警模塊：通過該模塊的設(shè)計(jì)能夠讓所測(cè)得的距離顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)所測(cè)距離小于一定值時(shí)，通過聲音報(bào)警來挺行駕駛員。4.1 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理：即為超聲波發(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)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： (4.1)其中，d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時(shí)間。超聲波的指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，遇到障礙物后反射效率高，是測(cè)距的良好載體

48、。測(cè)距時(shí)有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，由定時(shí)器計(jì)時(shí)。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波咋介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間t。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為340m/s，所以由公式(4.1)知發(fā)射點(diǎn)距離障礙物之間的距離為：S=340t/2=170t在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0端產(chǎn)生一個(gè)

49、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，計(jì)算距離。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是基本不變的。4.2 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)26第5章 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 28 結(jié)論【結(jié)論兩字格式不需修改。直接在標(biāo)題下空一行添加內(nèi)容即可。】結(jié)論是對(duì)整個(gè)研究工作進(jìn)行歸納和綜合而得出的總結(jié)，對(duì)所得結(jié)果與已有結(jié)果的比較和課題尚存在的問題，以及進(jìn)一步開展研究的見解與建議。結(jié)論要寫得概括、簡短。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文謝 辭【下空一行直接添加致謝內(nèi)容。】致謝應(yīng)以簡短的文字對(duì)在課題研究和設(shè)計(jì)說明書（論文）撰寫過程中曾直接給予幫助的人員（例

50、如指導(dǎo)教師、答疑教師及其他人員）表示自己的謝意，這不僅是一種禮貌，也是對(duì)他人勞動(dòng)的尊重，是治學(xué)者應(yīng)有的思想作風(fēng)。文字要簡捷、實(shí)事求是，切忌浮夸和庸俗之詞。29參考文獻(xiàn)【參考文獻(xiàn)格式不需做改變，標(biāo)題下空一行寫】【列入主要參考文獻(xiàn)15或20篇以上。參考文獻(xiàn)一律要求是經(jīng)公開出版、發(fā)表的著作或期刊（論文）。參考文獻(xiàn)統(tǒng)一用阿拉伯?dāng)?shù)字進(jìn)行自然編號(hào)，序碼用方括號(hào)括起。文中引用的參考文獻(xiàn)按文中出現(xiàn)的順序編號(hào)，文中沒有引用的文獻(xiàn)排列在后面。】參考文獻(xiàn)中著錄格式要求：期刊序號(hào) 作者.題名.刊名，出版年份，卷號(hào)（期號(hào)），起止頁碼專著序號(hào) 作者.書名.版本（第1版不標(biāo)注）.出版地：出版者，出版年：起止頁碼論文集序號(hào) 作者.題名.論文集名.出版地，出版年：起止頁碼