汽车泊车辅助系统设计论文

摘 要随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。本系统工作过程中超声波发射器发出一系列的脉冲信号，由单片机对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能精确测距；因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中本文根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光报警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。接收电路使用 NE5532 及 LM311 芯片对回波信号进行整波，对衰减后的信号进行了放大和整波，更好的实现了超声波的接受，对单片机提供外部中断信号。关键词：超声波；报警；AT89S52；设计；调试ABSTRACTWith the rapid development of our economy, transportation vehicles and private cars, inevitably increase traffic problems instantaneous become people concern. The accident happened because of high frequency meter has attracted social and communications departments are highly valued. Parking the cause of the accident is various, the accidents caused by parking when normally running far outweigh its car accident rates, especially the female driver and nonprofessional is more prominent. And parking accident brings a lot of trouble for owners, not only economically, more personal injury, such as hitting someone elses car, if injury and children is unimaginable, based on this foundation, car high-tech product, designed for car parking garages Settings car auxiliary system appeared, car parking auxiliary system can solve the driver with a lot of trouble, and greatly reduce the frequency of parking accident. Due to the strong ultrasonic directivity slowly, and energy consumption in a medium transmission distance is farther, thus ultrasonic often used for distance measurement. Using ultrasonic detection tend to be quick, convenient, simple calculation, easy to achieve real-time control, and the precision in the measurement of industrial practical requirement can achieve. This system work process issued a series of ultrasonic pulse signal transmitter, by SCM according to receive the signal processing, automatic calculation lag between the distance between the car and the obstacles. Ultrasonic ranging principle, low cost, simple production convenient, but its transmission speed greatly influenced by the weather, not accurate location; So mostly used in automobile reverse radar etc close ranging according to airborne sound in ultrasonic transducer, reflected in the principle for interface components This design by ultrasound module, the signal receiving module and single-chip microcomputer processing module, digital display and the acousto-optic alarm display module components, this paper introduces in detail the range finder hardware composition, measuring principle, method and software structure. Receiving circuit NE5532 and LM311 chips used to echo signal of the wave, the attenuation of signal amplifier and the whole wave, better realize the ultrasound accepted, the SCM provide external interrupt signal. Keywords: ultrasonic; Alarm; AT89S52 devices; Design; debugging 目 录摘要IAbstractII第 1 章 绪论11.1 课题的研究目的11.2 课题的的研究现状21.3 课题主要内容3第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择42.1 汽车泊车辅助系统工作原理42.2 超声波测距原理42.3 单片机控制芯片52.4 超声波发射与接收芯片82.5 本章小结10第 3 章 泊车辅助系统电路设计113.1 超声波发射电路113.2 超声波接收电路113.3 报警电路123.4 显示电路133.5 本章小结14第 4 章 软件设计154.1 汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计154.2 主程序164.3 超声波发生子程序184.4 超声波接收中断子程序194.5 显示子程序194.6 本章小结23第 5 章 各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整245.1 系统硬件焊接245.2 系统硬件的测试255.3 系统软件调整365.4 本章小结28结论29参考文献30致谢31附录32附录 A 英文文献与中文参考译文 32附录 B 整机原理图 39附录 C 实物效果图42附录 D 材料清单 44附录 E 源程序 46第 1 章 绪 论1.1 课题研究目的随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。由于存在视觉盲区，无法看清车附近状况，司机在泊车时很容易发生事故。为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全泊车的装置。目前市场上用于辅助司机泊车的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在泊车的汽车。这种装置价格便宜且使用方便，缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过视频司机可以很直接地看到车后的障碍物。由于这类装置的价钱较高，目前还没有普及。汽车泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后视镜的显示通告司机车附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性，泊车辅助系统的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。1.2 课题的研究现状通常的汽车泊车辅助系统主要由感应器（探头） 、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角 45 度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，汽车泊车辅助系可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。粘贴式感应器后有 1 层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，汽车泊车辅助系又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到 1 厘米，让驾驶员一目了然。汽车泊车辅助系发展到现在已经历经 5 代。第一代的汽车泊车辅助系是轰鸣器。倒车时，如果车后 1.5 米-1.8 米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第二代汽车泊车辅助系可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有 0.8 米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有 0.6 米-0.8 米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到 0.6 米的距离，必须停止倒车。第三代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第四代魔幻镜汽车泊车辅助系，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知 2 米内的障碍物，并一不用等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。第五代汽车泊车辅助系是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看 DVD 影像。因为是新品，售价也较高。汽车泊车辅助系的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。1.3 课题研究的主要内容 利用超声波测距原理，通过超声波传感器以及一系列的电器元件最终将汽车与障碍物之间的距离对汽车驾驶员进行提醒。从而解决汽车驾驶员在进行泊车的时候，由于视觉盲区，所导致事故的问题。具体来说，本设计的第二章，对超声波测距原理和汽车泊车辅助系统的工作原理进行了介绍并给出了超声波测距原理图以及汽车泊车辅助系统工作原理图。而且对系统硬件中需要使用的主要电子元器件进行了选择。第三章将对系统中，超声波发射及接受电路进行设计，还将对测距显示电路及报警电路进行设计。在第四章中，将对系统的软件进行设计。其中包括主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序显示子程序。第五章中，将对设计好的系统硬件进行焊接，最后将软件编写在系统硬件中，并进行调试，使系统运转正常。本设计主要解决的问题是：第一、对系统的硬件进行设计第二、对系统软件进行编写第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择2.1 汽车泊车辅助系统工作原理以单片机作为主控电路元件，以 12MHZ 晶振作为标准脉冲振荡电路元件，通过软件编程实现 40KHZ 方波的产生，经过放大驱动超声波发射探头产生谐振，发射超声波信号，同时单片机开中断并开始计时，超声波信号遇到障碍物后反射回来被超声波接收探头接收，经过整形滤波及放大驱动音频译码器 LM311，锁相后，该芯片 8 脚变为低电平接在 INT1 上，关中断，计时结束，根据超声波测距原理：L=ct/2，调用测距子程序，计算距离。除了设计主测距电路外还需设计好电源部分、声光报警部分，及其接口部分，以便很好的与上位机通讯，进行实时控制。系统工作原理图如下：图 2.1 汽车泊车辅助系统工作原理图2.2 超声波测距原理 在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限可检测到汽车倒车中, 其障碍物与汽车的距离；声波幅值检测法易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法, 其测量原理图如图所示。发射探头 放大电路AT89S52数码管显示报警接受探头 放大电路图 2.2 超声波测距原理图其原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波内部振子, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测面, 由被测面反射到超声波接收器接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播到接收器的时间, 即为往返时间。超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理是超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射脉冲, 测量出超声脉冲从发射到接收的时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即：L=ct/2 (1)式（1）中, L 为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c 为超声波在介质(空气)中的传输速率, t 为超声波从发射到接收的时间。超声波在空气中的传播速度为: 00cT, 其中 T 为绝对温度数值, 0273.15Tk, 031.4Cms。在测量精度不是很高的情况下, 一般可以认为 c 为常数 340m/s。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。2.3 单片机控制芯片AT89S52 是一种低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。图 2.3 AT89S52 管脚图（1）主要特性：与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8 位内部 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 （2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。（3） 振荡器特性：XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（4） 芯片擦除：整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 2.4 超声波发射与接收芯片 2.4.1 超声波发射芯片在超声波发射电路中，需要对超声波发射器进行驱动，所以需要在电路中连接一个超声波传感器的驱动器。74ls04 为六组反向器， 共有54/7404、 54/74H04、 54/74S04、 54/74LS04 四种线路结构形式。其引脚图如下：图 2.4 74ls04 引脚图2.4.2 超声波接受芯片超声波接受电路中用到两个芯片，在超声波接受器后先用 NE5532 运算放大器，对已经衰减的超声波信号进行放大。是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如 1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用 5532A 版，因为它能保证噪声电压指标。其特点是更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽，这使得该器件特别适合用在专业的仪器和控制电路中。前两级放大电路构成 10 000 倍的放大器，对正弦波信号进行足够放大。其主要电特性如下：NE5532 极限参数：参数 符号 NE5532 单位电源电压 Vcc 22 V差分输入电压 Vdif 13 V输入电压 Vi 提供电压 V功耗，T A=25 PD 1100 mW工作温度 TOPR 070 NE5532 电气参数参数 符号 测试条件 最小值 标准 最大值 单位输入失调电压 VIO - - 0.5 4.0 mv输入失调电流 IIO - - 10 150 nA输入偏置电流 IBIAS - - 200 800 nA供电电流 ICC - - 6.0 16 mA输入电压范围 VI(R) - 12 13 - V共模抑制范围 CMRR TA=25 70 100 - dB电源抑制比 PSRR TA=25输出电压范围 VO(P-P) RL600 12 13 - V输入电阻 RI TA=25 30 300 - K短路电流 ISC - - 38 - mA过调 OS RL=600,CL=100PF- 10 20 %电压增益 GV f=10kHz 2 2.2 - V/mv增益带宽 GBW CL=100PF, RL=6008 10 - MHz转换速率 SR RL=1K,CL=100PFRL=600- 6 8.0 V/us输入噪声电压 eN fo=30Hzfo=1kHz- 8.05.0- nv/Hz其引脚图如下：图 2.5 NE5532 引脚图在运算放大器后，还要对已经放大的信号进行整波，所以本设计选用LM311。LM311 是一种多用途的电压比较器，采用集成 LM311-8 比较器对前级放大信号进行调理。其主要特性如下表LM311 绝对最大额定值： Total Supply Voltage (V84) 总供给电压（V84） 36VOutput to Negative Supply Voltage (V74)输出到负电源电压（V74） 40VGround to Negative Supply Voltage (V14) 地到负电源电压（v14) 30VDifferential Input Voltage 差分输入电压 30VInput Voltage (Note 13) 输入电压（注 13） 15VPower Dissipation (Note 14) 功耗（注 14） 500 mWESD Rating (Note 19) ESD 额定值（注 19） 300VOperating Temperature Range 工作温度范围 0 to 70Output Short Circuit Duration 210 10 secLM311 电气特性： Parameter 参数 Conditions 测试条件 Min 最小 Typ 典型 Max最大 Units单位Input Offset Voltage 输入偏移电压（注 16） TA=25, RS50k 2.0 7.5 mVInput Offset Current 输入失调电流（注 16） TA=25 6.0 50 nAInput Bias Current 输入偏置电流 TA=25 100 250 nAVoltage Gain 电压增益 TA=25 40 200 V/mVResponse Time (Note 17) 响应时间（注 17） TA=25 200 nsSaturation Voltage 饱和电压VIN10 mV, IOUT=50 mA TA=250.75 1.5 VStrobe ON Current (Note 18) TA=25 2.0 5.0 mAOutput Leakage Current 输出漏电流VIN10 mV, VOUT=35V TA=25, ISTROBE=3 mA V = Pin 1 = 5V0.2 50 nAInput Offset Voltage 输入偏移电压（注 16） RS50K 10 mVInput Offset Current 输入失调电流（注 16） 70 nAInput Bias Current 输入偏置电流 300 nAInput Voltage Range 输入电压范围 14.513.8,-14.713.0 VSaturation Voltage 饱和电压V+4.5V, V=0 VIN10 mV, IOUT8mA0.23 0.4 VPositive Supply Current 正电源电流 TA=25 5.1 7.5 mANegative Supply Current 负电源电流 TA=25 4.1 5.0 mALM311 引脚图如下：图 2.6 LM311 引脚图2.5 本章小结 本章中，主要对本设计的系统工作原理;超声波测距原理进行了分析与概括，还对系统控制芯片以及超声波发射与接受模组中用到的单片机和芯片进行了选择。在设计的过程中，对于超声波测距原理，其大部分信息来自老师的讲解。在设计之初对超声波测距原理及汽车泊车辅助系统的工作原理完全没有思路，在老师的指导下，查阅大量资料，才对汽车泊车辅助系统的原理有了较深刻的认识与理解。在单片机与超声波发射与接受模组芯片的选择中，主要本着以下几点原则，性能优异；各元件兼容性；各元件的电压以及系统整体的经济性。保证系统能够运行并且运行稳定的前提下，降低设计成本。第 3 章 超声波传感器电路设计3.1 超声波发射电路在超声波发射电路中，由单片机提供的 40KHz 方波信号由 74LS04 的第三引脚接入集成电路，再由 2 引脚连接第 5 引脚、11 引脚和 14 引脚，再用第 4 引脚连接 7引脚和 9 引脚，最后由第 6 引脚，第 10 引脚，第 12 引脚，第 15 引脚分别连接电容负方向。图 3.1 超声波发射电路原理图考虑到发射头一般需要 5 个方波周期达到稳定震荡状态的 95%，经 1.5 倍上升时间达稳定震荡状态的 99%。为保证最大程度的触发，单片机每组产生 12 个带宽为 12 s 的方波经调理电路传到发射头。在发射电路中， 总 是 可 以 区 分 为 驱 动 的 源 和 被 驱 动 的 负 载 。 如 果 负 载 电 容 比 较大 ， 驱 动 电 路 要 把 电 容 充 电 、 放 电 ， 才 能 完 成 信 号 的 跳 变 ， 两 个 连 接 在 传 感器 的 电 容 能 够 帮 助 压 电 式 超 声 波 换 能 器 （ 超 声 波 发 射 探 头 ） 一 方 面 提 高 反 向 器 的驱 动 能 力 ， 另 一 方 面 可 以 增 加 超 声 波 换 能 器 的 阻 尼 效 果 ， 缩 短 其 自 由 震 荡 的 时 间 。3.2 超声波接收放大电路超声波在空气中传播的衰减程度随传播距离的增加而增大，所以反射回来被接收头收到的信号非常微弱，不能直接送入后级电路处理，首先要经过信号放大。超声波接收放大电路如下图：图 3.2 超声波接收电路原理图被接收头收到的回波信号为正弦波信号，信号强度一般只有几十毫伏。接收部分前置放大电路是由集成运放 NE5532 组成的自举式同向交流放大电路。前两级放大电路构成 10 000 倍的放大器，对正弦波信号进行足够放大。后级采用集成 LM311-8 比较器对前级放大信号进行调理，通过 IN-引脚引入一个标准电平，输入包络信号的电位高于标准电平则为 1，低于标准电平则为 0，将包络信号转变为单片机可识别的中断脉冲信号。当与单片机的中断输入端相连的 LM311 的第 7 管脚输出一个低电平时，计数器立即停止计时并保存数据。3.3 报警电路声光报警是指当汽车泊车辅助系统探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员，报警电路设计如下图所示。报警电路模块由 VCC 电源驱动，当所测距离小于所设安全值时，89C51 单片机发出信号，设置报警状态，信号由 pnp 型三极管进行放大，总而驱动蜂鸣器发声对驾驶员进行提示。图 3.3 报警电路原理图3.4 显示电路在显示电路中，本设计选用 3 个 1 位共阴极数码管，由于本设计是应用数码管的动态显示，故对数码管做动态驱动，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外每个数码管的共极 com 增加位选通控制控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制。3.5 本章小结本章中对汽车泊车辅助系统的各模块电路进行了设计。在本设计中，发射电路所需的 40KHz 方波由 89C51 单片机提供，经 CD4049 集成芯片对超声波发射器进行驱动，从而发出超声波，再由超声波接受器接收信号，经 NE5532 放大，LM311 芯片正波，再将信号传入单片机进行中断，本设计中，89C51 单片机进行运算，显示驱动，报警信号的发出等工作，再由数码管，蜂鸣器完成距离显示和报警的工作。第 4 章 软件设计4.1 汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器 T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在 INT0 或 INT1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。 4.2 主程序晶振采用 6M，P1 口为数码管段输出口，P3.0P3.2 为数码管位输出口，P3.5 超声波发送输出，P3.7 超声波接收。超声波测距中断入口程序ORG 0000Hljmp startORG 002BH主程序void main() /主函数EA=1; /开中断TMOD=0x11; /设定时器 0 为计数，设定时器1 定时ET0=1; /定时器 0 中断允许 ET1=1; /定时器 1 中断允许 TH0=0x00;TL0=0x00;TH1=0x9E;TL1=0x57;csbds=0;csbint=1;csbout=1;cl=0;pto=0xff;jpjs=0;sj1=45;sj2=200;sj3=400;k4cl();TR1=1; while(1)keyscan();if(jpjssj3)buffer2=0x76; buffer1=0x76; buffer0=0x76; else if(s#DEFINE K1 P3_4#DEFINE CSBOUT P3_5 /超 声 波 发 送#DEFINE CSBINT P3_7 /超 声 波 接 收#DEFINE CSBC=0.034#DEFINE BG P3_3 前方测距电路的输入端接单片机 P1.0 端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0 端口输出一个 40kHz 的脉冲信号，经过三极管 T 放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出 40kHz 的脉冲超声波，且持续发射 200s。右侧和左侧测距电路的输入端分别接 P1.1 和 P1.2 端口，工作原理与前方测距电路相同。4.4 超声波接收中断程序接收头采用与发射头配对的 UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器 IC1A和 IC1B两极放大后加至 IC2。IC 2是带有锁定环的音频译码集成块LM311，内部的压控振荡器的中心频率 f0=1/1.1R8C3，电容 C4决定其锁定带宽。调节 R8在发射的载频上，则 LM311 输入信号大于 25mV，输出端 8 脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。前方测距电路的输出端接单片机INT0 端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门 IC3A的输出接单片机 INT1 端口，同时单片机 P1.3 和 P1.4 接到 IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。部分源程序如下：#DEFINE CSBINT P3_7 /超声波接收#DEFINE CSBC=0.034#DEFINE BG P3_3 UNSIGNED CHAR CSBDS,OPTO,DIGIT,BUFFER3,XM1,XM2,XM0,KEY,JPJS;/显示标识UNSIGNED CHAR CONVERT10=0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;/09段码UNSIGNED INT S,T,I, XX,J,SJ1,SJ2,SJ3,MQS,SX1;BIT CL; 4.5 显示子程序显示程序void scanLED() /显示功能模块digit=0x04;for( i=0; i=1; /循环右移 1 位void timeToBuffer()/转换段码功能模块xm0=s/100;xm1=(s-100*xm0)/10;xm2=s-100*xm0-10*xm1;buffer2=convertxm2;buffer1=convertxm1;buffer0=convertxm0;void delay(i)while(-i);void timer1int (void) interrupt 3 using 2TH1=0x9E;TL1=0x57;csbds+;if(csbds=40)csbds=0;cl=1;void csbcj()if(cl=1)TR1=0;TH0=0x00;TL0=0x00;i=10;while(i-)csbout=!csbout;TR0=1;i=mqs; /盲区while(i-)i=0;while(csbint)i+;if(i=2450) /上限值csbint=0;TR0=0;TH1=0x9E;TL1=0x57;t=TH0;t=t*256+TL0;s=t*csbc/2;TR1=1;cl=0;4.6 本章小结本章中队系统的软件进行了设计，主程序的设计中主要有主程序复位，数码管和计数器的初始化，在发射了方波之后，是否有回波被接收到，决定了程序的复位还是外部中断，在没有回波的情况下，主程序执行复位动作，继续发射方波，直到接收到回波，单片机进行外部中断，执行显示子程序，最后结束。在定时器中断子程序中，先进行定时器初始化，执行发射子程序，在发射未完成的情况下继续执行发射子程序，当发射完成后，推出定时器中断子程序，并返回主程序。在外部中断子程序中，由外部中断入口开始，执行关总中断，关计数器中断，送单片机数值，计算距离，后打开中断返回主程序。在设计过程中，遇到了很多困难，在老师的帮助下，对遇到的困难进行了解决，第 5 章 各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整5.1 系统硬件焊接在电路板的制作过程中，元件的焊接是非常重要的一个环节，焊接质量直接影响到电路工作的可靠性。因此，焊接技术是完成硬件焊接的基本功，只有熟练的掌握焊接技术，才能保证电路的焊接质量，以减少电路在调试中的不必要的故障隐患。所以，在进行系统硬件的焊接之前，必须对电路的焊接技术进行学习。焊接质量包括：电器的可靠连接，机械性能牢固和光洁美观三个方面，其中最关键的一点是必须避免虚焊。使用工具：内热式电烙铁;焊锡丝；助焊剂（松香） ；尖嘴钳，偏口钳，镊子，小刀等。图 5.1 焊接工具在焊接过程中出现的问题：1、焊锡用量过多,形成焊点的锡堆积；焊锡过少,不足以包裹焊点。2、冷焊。焊接时烙铁温度过低或加热时间不足,焊锡未完全熔化、浸润、焊锡表面不光亮(不光滑),有细小裂纹。3、夹松香焊接,焊锡与元器件或印刷板之间夹杂着一层松香,造成电连接不良。若夹杂加热不足的松香,则焊点下有一层黄褐色松香膜；若加热温度太高,则焊点下有一层碳化松香的黑色膜。对于有加热不足的松香膜的情况,可以用烙铁进行补焊。对于已形成黑膜的,则要吃净焊锡,清洁被焊元器件或印刷板表面,重新进行焊接才行。4、焊锡连桥。指焊锡量过多,造成元器件的焊点之间短路。这在对超小元器件及细小印刷电路板进行焊接时要尤为注意。5、焊剂过量,焊点明围松香残渣很多。当少量松香残留时,可以用电烙铁再轻轻加热一下,让松香挥发掉,也可以用蘸有无水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊剂。6、焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖。这多是由于加热温度不足或焊剂过少，以及烙铁离开焊点时角度不当浩成的内。5.2 系统硬件的调试由于本设计涉及的模块比较多，包括了超声波测距模块，单片机模块，显示报警，所以调试起来比较费力，设计的不定因素也比较多，所以，调试的时候采用了分块调试的方法，排除了各个模块的干扰。在电路安装完毕后，不要急于通电测试，而首先必须做好调试前的检查工作。 检查连线情况。经常碰到的有错接（即连线的一端正确，而另一端误接）、少接（指安装时漏接的线）及多接（指在电路上完全是多余的连线），等连线错误。检查连线可以直接对照电路原理图进行，但若电路中布线较多，则可以以元器件（如运放、三极管）为中心，依次检察查其引脚的有关连线，这样不仅可以查出错接或少接的线，而且也较易发现多余的线。 为确保连线的可靠，在查线的同时，还可以用万用表电阻档对接线作连通检查，而且最好在器件外引线处测量，这样有可能查出某些“虚焊”的隐患。 检查元器件安装情况：元器件的检查，重点要查集成运放、三极管、二极管、电解电容等外引线与极性有否接错，以及外引线间有否短路，同时还须检查元器件焊接处是否可靠。这里需要指出，在焊接前，必须对元器件进行检测，确保元器件能正常工作，以免给调试带来不必要的麻烦。 检查电源输入端与公共接地端间有否短路在通电前，还需用万用表检查电源输入端与地之间是否存短路，若有则须进一步检查其原因。