1、 畢業設計論文 汽車倒車測距儀電路設計 系 xxxxxxxxxxxxxxxxx 專業 xxxxxxxxxxxxx 學號 xxxxxxxxxx 姓名 xxxxx 班級 xxxxxxxxxxxxxxx 指導老師 xxx 職稱 xxxx 畢業設計時間 2009年11月-2010年1月 摘要：本文利用超聲波傳輸中距離與時間的關系，采用AT89C51單片機進行控制及數據處理，設計出了能精確測量兩點間距離的超聲波測距儀。利用所設計出的汽車倒車測距儀，能比較精確測量車后障礙物距離。 關鍵詞：單片機；超聲波；LED；收發電路目錄1 引言42 基本工作原理53 硬件電路63.1電原理圖63.2 40kHz超聲波

2、發射電路73.3 報警電路73.4 超聲波反射信號接收電路83.5 報警指示84 軟件程序104.1 主程序與INT0中斷程序104.1.1 主程序114.1.2 INT1中斷服務子程序124.2 顯示與延時子程序124.2.1 掃描顯示程序124.2.2 延遲子程序124.3 信號處理程序WORK134.4 內RAM分配155 結語17參考文獻191 引言 隨著中國經濟的快速增長和汽車價格的持續下降，越來越多的家庭擁有自己的汽車。然而，在享受汽車給人們帶來便利的同時，由于倒車時駕駛員視覺上存在死角或視線模糊而引起倒車困難而讓人難以忍受。因此，人們迫切需要有倒車后視裝置輔助駕駛員快速準確地倒車

3、。目前，倒車后視系統主要采用超聲波測距或后視攝像技術。超聲波測距的優點是可以測得準確的距離，缺點是對車后的路坑、山崖、凸出的某些障礙物無法感應；攝像技術卻可以獲得這些障礙物的直觀圖像，但無法測得準確的距離。結合這兩種技術的特點，本文設計了一種能同時顯示障礙物的圖像及準確距離的可視系統。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time  of  flight）。首先測出超聲波從發射到遇到障礙物返回所經歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。測量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因為超聲波

4、在標準空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機負責計時，單片機使用12.0M晶振，所以此系統的測量精度理論上可以達到毫米級。  由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播距離遠，因而超聲波可以用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到要求。超聲波發生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現。根據設計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S51單片機作為主控制器，用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成。2

5、基本工作原理超聲波在空氣中的傳播速度與聲速相當，約340m/s。從發射信號到遇到障礙物反射接受，有幾毫秒的時間間隔，根據這個時間可以計算出障礙物距離。這一原理很早就被人認識和運用，但由于把時間換成距離需要較為復雜的電子線路，因而早期的汽車倒車防撞儀只能反映車后一定距離范圍內有無障礙物，后來發展到分段報警，反映障礙物在哪一段距離范圍內。隨著電子技術和單片機應用技術的發展，能比較精確測量車后障礙物距離的汽車倒車測距儀終于問世了。主要技術指標：1） 最大探測距離：不小于5m。2） 測距相對誤差： ±5%。3） 工作環境：-10 +55ºC。電路流程圖： 超聲波發射電路超聲波接收電

6、路報警指示嘟聲音響電路3 硬件電路3.1電原理圖圖1為汽車倒車測距儀電原理圖。P1口輸出8段段碼，低電平有效；P3.0、P3.1、P3.2輸出位碼，低電平有效，VT1VT3（PNP管）作為顯示位碼驅動；數碼管選用0.5共陽高亮紅色LED數碼管。當P3.0、P3.1、P3.2輸入低電平時，選中相應顯示位；P1口輸出低電平時，選中相位筆段；小數點固定在第二位。P3.4控制超聲波發射；P3.3接收超聲波反警指示。 圖1 汽車倒車測距儀電原理圖3.2 40kHz超聲波發射電路圖2為40kHz超聲波發射電路。1）4011兩個與非門E、F組成多諧振蕩器，調節RP1可調節諧振頻率。2）P3.4控制多諧振蕩器

7、的振蕩。輸出高電平時，電路振蕩，發射40kHz超聲波；輸出低電平時，停發射。 圖2 40kHz超聲波發射電路3.3 報警電路圖3為嘟聲音響電路。1）4011另兩個與非門G、H組成多諧振蕩器，諧振頻率約800Hz左右，作為嘟聲音頻率，P3.5控制多諧振蕩器振蕩，高電平時發出嘟聲，低電平時無聲。CPU可根據距離遠近控制P3.5輸出方波的頻率，即控制嘟聲間隙時間。2）LM386作為功率放大，驅動揚聲器發聲。圖3 報警電路3.4 超聲波反射信號接收電路圖4為超聲波遇障礙物反射信號接收電路。1）LM324三個運算放大器A、B、C組成三級回波信號放大電路。其中L1C9組成選頻電路，濾除40kHz之外的干擾

8、信號。VD2C 12組成信號半波整流濾波電路，將接收到的40kHz反射波交流信號轉化成直流電壓信號。2）LM324第四個運算放大器D作為電壓比較器，將信號直流電壓與設定的基準電壓比較，信號電壓大于基準電壓，比較器輸出正脈沖，VT5導通，P3.3接收負脈沖信號，CPU中斷，記錄發射信號與接收信號之間的時間，并轉換為距離。3.5 報警指示P3.6控制報警指示燈。當障礙物距離小于某一數值（例 50cm）時，輸出高電平，VT4導通，發光二極管VD1導通。此輸出端也可作為安全距離自動制動的控制端。 圖4 障礙物反射回波接收電路4 軟件程序4.1 主程序與INT0中斷程序圖5為主程序流程框圖。程序在初始化

9、以后，發射40kHz超聲波1ms，并立即啟動定時/計數器T0，CPU接收到回波信號后，立即中斷，T0停。定時/計數器T0專用于記錄CPU發射脈沖信號的前沿至回波脈沖信號前沿之間的時間，這個時間就作為換算障礙物距離和控制嘟聲間隙的數據。由于汽車倒車測距精度要求不高，為簡化計算，取超聲波傳播速度為340m/s，考慮到信號來回，速度為170/s，即17cm/ms。因此障礙物距離d=T0×17cm/ms，相對誤差可達±2%以內。開始初始化發射1ms顯示、T0計時等待回波中斷有回波否?信號處理圖5主 程 序 流 程 圖4.1.1 主程序ORG 0000H ;復位地址 LJMP MAI

10、N ;復位轉主程序 ORG 0013H ;INT1中斷入口地址 LJMP LINT1 ; 轉INT1中斷 ORG 001BH ;T1中斷入口地址 LJMP IT1 ;轉TI中斷 ORG 0100H ;主程序首地址 MAIN:MOV SP,#60H ;置堆棧指針 MOV P1.#0FFH ;停顯示 CLR P3.4 ;不發射 SET P3.6 ;燈亮 SET P3.5 ;開機發嘟聲 MOV 40H,#7EH ;顯示符號“- - -”顯示單元 MOV 41H,#7EH ; MOV 42H,#7EH ; MOV 32H,#160 ;置顯示循環數 LCALL DIR ;調用顯示子程序 MOV IP,#

11、00000100B ;置INT1為高優先級 MOV TMOD,#00010001B ;置T0、T1定時器方式 MOV TH1,#9EH ;置T1時間常數25ms。用于控制嘟聲方波脈寬 MOV TL1,#58H ; SETB TR1 ;T1運行 MOV IE,#10001100B ;INT1、T1開中 MOV 20H,#00H ;各標志位清零 MOV 21H,#00H ; MOV 22H,#00H ; MOV 23H,#00H ; MOV 44H,#FFH ;置嘟聲方波初值255×255ms=6.375s MOV 45H,#04H ;置閃爍間隙時間4×25ms=0.1s MO

12、V R2,#04H ;置信號計數器初值 MOV R3,#04H ;置連續無回波信號計數器初值 TLOOP:MOV TH0,#00H ;T0值清零 MOV TL0,#00H ; SETB P3.4 ;開始發射40kHz超聲波 SETB TR0 ;啟動T0，開始計時 LCALL DELAY ;延時1ms,即發射1ms CLR P3.4 ;停發射 MOV 32H,#20 ;置顯示循環數 LCALL DIP ;顯示3ms×20=60ms LCALL WORK ;信息與數據處理 SJMP TLOOP ;循環4.1.2 INT1中斷服務子程序 LINT1:CLR TR0 ；T0停 SETB 01

13、H ；信息與數據處理 RETI ；說明： 開機后先顯示“- - -”，并亮燈、發聲約0.5s,表示開始工作。 5個中斷源中，INT0、串行口不用；T0用于記錄發射接收時間，不中斷；INT1用于回波信號中斷；T1定時25ms,用于控制嘟聲間隙時間和閃爍顯示時間。 CPU發射40kHz超聲波1ms,然后顯示60ms，1ms和60ms時間均由延時子程序控制，在顯示60ms期間等待INT1中斷，INT0中斷后立即關斷T0。60+1=61ms是一個工作周期。在這個周期內完成一次信號探測，然后進行數據處理。由于選用晶振12MHz，T0定時最大時間為65.5ms。大于61ms，當T0時間常數為0時，T0尚未

14、溢出中斷。第二周期又開始。因此T0不開中，也不會產生中斷。超聲波往返速度為17cm/ms，61ms可達10.37m，已超過本裝置選用的超聲波傳感器能探測到的最大距離。4.2 顯示與延時子程序4.2.1 掃描顯示程序 DIR: SETB P3.2 ;百位停顯示 MOV P1,40H ;輸出個位段碼 CLR P3.0 ;個位顯示 LCALL DELAY ;延時1ms DIR1: SETB P3.0 ;個位停顯示 MOV P1,41H ;輸出十位段碼 CLR P3.1 ;十位顯示 LCALL DELAY ;延時1ms DIR2: SETB P3.1 ;十位顯示 MOV P1,42H ;輸出百位段碼

15、CLR P3.2 ;百位顯示 LCALL DELAY ;延時1ms DJNZ 32H,DIR ;循環顯示結束否?未結束，結束 ORL P3,#00000111B ;循環顯示結束，停顯示 RET ;每一位顯示1ms，顯示3位共3ms，作為一個循環。用32H控制循環次數，顯示時間由32H決定，在調用DIR前先賦值給32H。 4.2.2 延遲子程序 DELAY: MOV 30H,#10 ;置外循環數 DY1: MOV 31H,#48 ;置內循環數 DY2: DJNZ 31H,DY2 ;2機周 DJNZ 30H,DY1 ;2機周 RET ;2機周 延時時間：T=(48×2+2+2)×

16、;10+2+2=1004機周=1004us1ms。4.3 信號處理程序WORK圖6為信號處理程序WORK流程圖。WORK有回波否?連續4次無回波?刪選正確信號閃爍顯示計算距離刷新顯示值控制嘟聲方波頻率返回4個信號存滿否?否有NYNY圖6 信號處理程序流程圖說明如下：1)信號處理首先判斷有否回波信號。01H=0，無回波信號，若連續4次無回波信號，說明車后無障礙或障礙物距離較遠，超過最大探測距離，此時置閃爍“”，并發出長嘟聲。2)由于CPU工作速度比倒車速度快得多，所以不需要每次收到信號后立即顯示。收到信號可先存起來，存滿4個信號連同原來顯示的信號，共5個信號，從中篩選出一個正確信號。3)因為空中

17、有各種干擾信號，如喇叭的鳴叫聲，汽車廢汽排除聲，在這些噪聲中也含有40kHz的諧波成分，被接收放大后，可引起干擾。另外。汽車運行，特別是剛起動時，電源中也有許多干擾脈沖。除在硬件電路中采取措施外，在軟件中還需要加入抗干擾程序，甄別和刪除，一般可根據倒車的速度和回波信號脈寬來分析判別。4)連續取4個信號的原因，出了抗干擾外，還因為人的視覺特性。若每取一個信號，立即更換顯示。更換顯示過快，人的眼睛受不了。61ms×4=244ms,約4次/s，駕駛員來不及看，反而覺得儀器工作不穩定。所以在更換顯示值子程序中還有一個判斷是否需要更換值子程序中還有一個判斷是否需要更換顯示值的子程序，其流程圖為

18、圖7。障礙物距離小于0.5m,距離值變化1cm就要及時更換顯示；距離在0.51m之間，新值與原顯示值之差大于5cm更換，否則不更換；距離在12m之間，新老差值大于10cm更換，否則不更換；距離在2m以上，新老差值大于20cm更換，否則不更換。不更換即返回重測。信號處理程序如下： WORK：JBC 01H,WORK1 ;有回波信號，轉存信號 DJNZ R3,GORET ;無回波信號，判別連續無回波信號數次 MOV R3,#04H ;連續無回波計數器恢復初值 LCALL FLASH ;調用閃爍顯示子程序GORET: RET ;WORK1: MOV R3,#04H ;有回波，連續無回波計數器恢復初值

19、 DJNZ R2,WORK2 ;未存滿4個信號，轉存信號 MOV R2,#04H ;存滿4個信號，信號計數器恢復原值 MOV 56H,TL0 ;存第4個信號 MOV 57H,TH0 ; LCALL SORT ;調用信號排序子程序 LCALL RIGHT ;調用篩選正確信號子程序 LCALL TRAS ;調用更換顯示子程序 LCALL TONE ;調用計算嘟聲方波脈寬子程序RET ;WORK2: JBC 11H,WORK21 ;1#信號標志，轉存第1個信號 JBC 12H,WORK22 ;2#信號標志，轉存第2個信號 JBC 13H,WORK23 ;3#信號標志，轉存第3個信號 RET ;WOR

20、K2: MOV 50H,TL0 ;存第1個信號 MOV 51H,TH0 ; RET ;WORK22: MOV 52H,TL0 ;存第2個信號 MOV 53H,TH0 ; RET ; WORK23: MOV 54H,TL0 ;存第3個信號 MOV 55H,TH0 ; RET ;N開始Snew>0.5m?Snew>1?mSnew>2m?|Snew-Sold|>20cm|Snew-Sold|>10cm|Snew-Sold|>5cm更換顯示值Snew Sold返回YNNYYYYYN圖7 是否需要更換顯示值程序流程圖4.4 內RAM分配為便于閱讀已列出的程序，將有關寄

21、存器內容及用途說明如下： 30H：延時子程序外循環數 31H： 延時子程序內循環數 32H：掃描顯示循環數 40H：個位顯示符寄存器 41H：十位顯示符寄存器 42H：百位顯示符寄存器 44H：嘟聲方波脈沖寬值 45H：閃爍顯示間隙時間 50H：1#信號低8位 51H：1#信號高8位 52H：2#信號低8位 53H：2#信號高8位 54H：3#信號低8位 55H：3#信號高8位 56H：4#信號低8位 57H：4#信號高8位 R2： 回波信號計數器 R3： 連續無回波計數器 標志位： P3.4：40kHz超聲波發射控制位 P3.5：嘟聲控制位 P3.6：STOP燈控制位 11H： 1#信號存儲

22、標志 01H： 2#信號存儲標志 13H： 信號存儲標志 01H： 回波標志，01H=1有回波，01H=0無回波。5 結語畢業設計，也許是我大學生涯交上的最后一個作業了。想借次機會感謝三年以來給我幫助的所有老師、同學，你們的友誼是我人生的財富，是我生命中不可或缺的一部分。感謝老師對我的教育培養，你們細心指導我的學習，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。畢業論文的撰寫過程是對所學的電子技術基本理論知識的綜合運用，對三年專業知識的一次綜合應用、擴充和深化，也是對我們理論運用于實際設計的一次鍛煉。通過畢業論文的撰寫過程，我不僅溫習了以前在課堂上學習的專業知識，同時我也得到了老師和同學的幫助，學習和體

23、會到了電子技術的基本技能和思想。腦、動手進行實踐的機會，同時也大大加強了同學之間的溝通，以及學生與老師之間的交流，這是一個放飛自我的平臺，也是我們理想與實際結合的升華，我想學院給我們提供的這些，教會我們的這些不僅僅在現在有用，對于我們今后步入社會也是同樣有用的。目前我已經在一家公司實習了，我明顯感到在社會上更加需要團體合作，以及自身的嚴謹作風。我在工作中不怕失敗，在失敗中總結經驗，為成功積累素材，學著自我超越，敢于嘗試，在嘗試中進步，這對我能力的提高大有好處。從開始接到論文題目到電路圖的設計，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受。當

24、然在做的過程中也遇到過很多的麻煩，一些沒有接觸過的元件，它們的封裝需要自己去書籍、網上搜索，在更新的時候會有一些錯誤，自己很難改正，只得求助老師，最后得以解決。這次畢業設計使我開始了自主的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次的成功都會讓我興奮好一段時間。此次設計過程中，各種系統的適用條件，各種程序的選用標準，各種元件的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求。課題設計過程中我不怕失敗，在失敗中總結經驗，為成功積累素材；學著自我超越，敢于嘗試，在嘗試中進步，這對我能力的提高大有好處。設計中有太多的不懂和陌生，但是我會多看、多想、多問、多學，認真的對待每