毕业设计（论文）-无线汽车防盗防撞报警器.doc

系统硬件的设计毕业设计（论文）论文题目： 无线汽车防盗防撞报警器 系 别： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 目 录前言01 绪论11.1 课题研究的背景11.2课题的研究目的与意义11.3课题解决的主要内容12 系统的方案设计与论证12.1单片机芯片设计与论证12.2按键模块设计与论证22.3测距模块设计与论证22.4防盗模块设计与论证22.5显示模块设计与论证23 系统硬件的设计23.1 STC89C51单片机23.2报警电路的设计与性能分析63.2.1 SC2262发射模块性能简介63.2.2 SC2262接口电路设计13.3报警接收模块设计与性能分析23.3.1 SC2272性能简介23.3.2 SC2272接口电路设计23.4 数码管显示模块23.4.1 数码管的特性及使用说明23.5 超声波测距模块33.5.1 超声波原理33.5.2 超声波模块接口电路44 系统软件的设计54.1主程序的设计55 系统的机体设计及调试65.1系统的模块组成65.2系统软件调试65.3系统硬件调试8总结9参考文献:10摘 要：本文介绍了基于STC89C51单片机的汽车防盗防撞报警器的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由数据显示模块、距离测量模块、无线发射模块和无线接收模块四个部分组成。系统以STC89C51单片机为主控制器，用超声波测量距离，并通过数码管显示距离数据，该系统具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。关键字：STC89C51 超声波测距 无线报警前言汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分,特别是轿车已经走进千家万户。有统计数据表明，目前我国汽车的保有量达1700万辆。在上海等大中城市，私家车的占有率已达12%，并且每年着以20%的速度增长。业内人士分析，未来20年内，中国将成为全球第一大汽车市场。从世界上第一辆T型福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。随着敞篷汽车的流行，汽车门锁已无法成为万无一失的铁将军，使车门锁定系统的概念进一步被淡化，由此汽车防盗器也应运而生伴随着汽车随着现代汽车技术的不断发展。同样，在享受汽车给我们带来方便的同时，也经受着一些实际问题的困扰。一方面汽车的数量逐年增加，而街道，公路，停车场等可用于调转的空间越来越小；另一方面，新司机，及一些非专职司机越来越多，由于倒车而产生的问题越来越多，倒车引起的纠纷也越来越多。倒车时，车辆与人，车辆与车辆，车辆与障碍物之间的碰撞时有发生，倒车已成为令人头疼的事情，即使是经验丰富的老司机也会抱怨倒车是一件费力费神的事情。为了减少因倒车和汽车无人时被盗而产生的损失，需要有一种专门的系统来帮助司机很好的进行倒车和防盗汽车倒车防撞防盗系统。目前汽车防盗器已由初期的机械控制，发展成为钥匙控制电子密码 遥控呼救信息报警的汽车防盗系统，由以前单纯的机械钥匙防盗技术走向电子防盗、生物特征式电子防盗。电子防盗系统要由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。绪论1 绪论根据具体的实际要求，我们进行了合理的分工安排，表1为我们这次设计的分工情况。表1 分工情况项目调查，资料查找制作原理图，程序整理,文档制作元件清单整理、采购，设计pcb，温度、显示程序整理焊接，电路调试，按键、时钟程序整理1.1 课题研究的背景利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。毫米波雷达和CCD摄像机对车辆与障碍物的距离进行动态监测，当距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。紧急制动劝告系统，利用先进的距离监测系统对障碍物距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择6061GHz或7677GHz, 探测距离为 120米。这些技术产品已经或即将进入市场。1.2课题的研究目的与意义汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分,特别是轿车已经走进千家万户。有统计数据表明，目前我国汽车的保有量达1700万辆。在上海等大中城市，私家车的占有率已达12%，并且每年着以20%的速度增长。业内人士分析，未来20年内，中国将成为全球第一大汽车市场。从世界上第一辆T型福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。使车门锁定系统的概念进一步被淡化，由此汽车防盗器也应运而生伴随着汽车随着现代汽车技术的不断发展。同样，在享受汽车给我们带来方便的同时，也经受着一些实际问题的困扰。一方面汽车的数量逐年增加，而街道，公路，停车场等可用于调转的空间越来越小；另一方面，新司机，及一些非专职司机越来越多，由于倒车而产生的问题越来越多，倒车引起的纠纷也越来越多。倒车时，车辆与人，车辆与车辆，车辆与障碍物之间的碰撞时有发生，倒车已成为令人头疼的事情，即使是经验丰富的老司机也会抱怨倒车是一件费力费神的事情。为了减少因倒车和汽车无人时被盗而产生的损失，需要有一种专门的系统来帮助司机很好的进行倒车和防盗汽车倒车防撞防盗系统。1.3课题解决的主要内容本课题的研究内容是以单片机为控制核心，控制测距传感器测量距离，并实时显示倒车时障碍物与车间的距离，；有防盗功能控制开关，关闭就进入防盗状态，在有人接近时，系统通过无线传输给接收器报警，报警电路采用滴滴声加闪光报警。课题目标是汽车在倒车环境时能检测出车距后方障碍物的距离，达到危险距离时进行声光报警，提示驾驶员提高警惕；在防盗功能开启时，自动进行检测，检测有人靠近时车门时，打开报警，控制车辆，防止车辆被盗1系统硬件的设计2 系统的方案设计与论证本设计是利用单片机的控制功能，设计防撞防盗报警器，实现距离检测报警、防盗报警功能。本章主要介绍了通过对任务的分析，对总体的方案进行论证，并介绍了总体的硬件分析与选择。主控制板硬件电路框图如图1所示。人感模块测距模块无线模块STC89C51显示模块按键模块最小系统图1 硬件电路框图2.1单片机芯片设计与论证方案一: 凌阳系列单片机可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性。凌阳系列单片机提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。凌阳系列单片机具有功能强、效率高的指令系统：nSPTM的指令系统的指令格式紧凑，执行迅速，并且其指令结构提供了对高级语言的支持，这可以大大缩短产品的开发时间。低功耗、低电压：nSPTM家族采用CMOS制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式，空闲方式和掉电方式，极大地降低了其功耗，另外，nSPTM家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电，这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。方案二:STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 4K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 4k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。综上所述，凌阳单片机虽然性能更好，但价格比较昂贵，且本设计不需要很复杂的运算，所以本设计选用更便宜，更易用的STC89C51单片机。2.2按键模块设计与论证方案一：采用普通点动按键。方案二：采用自锁按键，按下时接通超声波测距（防撞）电路的电源，松开时接通无线发射（防盗）电路。由于系统需要控制防撞和防盗的切换，且程序简单，不需要单独指示系统工作状态，故切换采用方案二。设置报警距离得通过单片机执行相应的程序，所以设置报警距离采用的方案一。2.3测距模块设计与论证方案一：雷达测距是利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算得出距离，雷达探测的稳定性好，但是系统庞大，价格较高。方案二：超声波测距是利用频率在40kHz以上的机械波，具有穿透性强、衰减少、反射能力强等特点，发射器发射不断的发射一系列连续的脉冲，在接受反射回来的反射波后，通过对时间差进行计算得出距离。超声波测距系统具有原理简单、成本低、制作简单等特点，故选方案二。2.4防盗模块设计与论证方案一：热释电红外传感器，该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，能有效的探测辐射信号，但主要工作在室内，易受到温度及阳光的影响。方案二：采用震动开关，当车辆产生震动时，通过无线发射模块传送给接收端，接收端打开报警。因为用震动传感器容易误报警，当放鞭炮等震动都易引起报警，故采用方案一。2.5显示模块设计与论证方案一：采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机14个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。方案二:采用LCD的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小等优点,LCM1602可显示32个字符,采用LCD的缺点是亮度不够。比较以上两种方案：方案一成本低，显示亮度高；方案二虽然硬件简单、功耗小，但成本比较高，且显示字符不方便读取，权衡两种方案，选择方案一。3 系统硬件的设计根据上述所确定的系统方案构想，下面进行系统硬件电路的具体设计，系统的具体设计在下面会详细介绍。3.1 STC89C51单片机STC89C51单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。STC89C51引脚图如图2所示。图2 STC89C51单片机引脚图（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;（2）工作频率范围：040MHZ，相当于普通8051的080MHZ;（3）STC89C51RC对应Flash空间：4KB;（4）内部存储器（RAM)：256B;（5）定时器计数器：3个16位；（6）通用异步通信口（UART）1个；（7）中断源:8个；（8）有ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；（9）通用IO口：3236个；（10）工作电压：3.85.5V；（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。（二）STC89C51单片机的引脚说明：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。 P3.0 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） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。STC89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 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。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 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。（三）STC89C51单片机最小系统：最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。时钟电路复位电路STC89C51单片机I/O口图3 单片机最小系统原理框图(1) 时钟电路STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图4所示。在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。图4 STC89C52内部时钟电路(2) 复位电路当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图5。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10k。本设计就是采用按键复位电路。图5 STC89C51复位电路（四） STC89C51中断技术概述中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。图6为整个中断响应和处理过程。图6 中断响应和处理过程如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。3.2报警电路的设计与性能分析3.2.1 SC2262发射模块性能简介SC2262 最多可有12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441 地址码,SC2262 最多可有6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片SC2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，SC2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，SC2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于SCPT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100%的调幅。73.2.2 SC2262接口电路设计由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。SC2262的电源端与发射模块的电源端受制于震动开关，一旦车体发生震动就会开启SC2262芯片与发射模块的电源，一但SC2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去。其原理图如图7所示。图7 SC2262外围电路3.3报警接收模块设计与性能分析3.3.1 SC2272性能简介SC2272是一款用以解码的芯片，编码芯片SC2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片SC2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，SC2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，SC2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于SC2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅3.3.2 SC2272接口电路设计SC2272接收电路如图8所示。图8 接收报警电路图3.4 数码管显示模块3.4.1 数码管的特性及使用说明1显示器及其接口显示器是最常用的输出设备，其种类繁多，但在单片机系统设计中最常用的是发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）两种。由于这两种显示器结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛的应用。下面介绍发光二极管显示器（LED）的结构、工作原理及其接口电路。（1）LED结构与原理图9为典型的数码管。图9 LED数码管如图9，LED显示器又称为数码管，LED显示器由8个发光二极管组成。中7个长条形的发光管排列成“8”字形，另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。（2）LED显示器显示方式点亮LED显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。这种电路的优点在于：在同一时间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。从图9可以看出，每位LED显示器需要单独占用8根端口线，因此，在数据较多的时候，往往不采用这种设计，而是采用动态显示方式。本设计采用的便是此种显示方式。由于所有的段选码连在一起，所以同一瞬间只能显示同一种字符。但如果要显示不同字符，则要由位选码来控制。3.5 超声波测距模块本模块的任务是在倒车环境下通过超声波测距仪测出车后危险的障碍物距离车身后部的距离以提示驾驶员随时停车。3.5.1 超声波原理人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20Hz-20kHz。超声波传感器范围内，超过20kHz称为超声波，低于20Hz的称为次声波。常用的超声波频率为几十kHz-几十MHz。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十kHz，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差 ,就可以计算出发射点距障碍物的距离 ，即： （3.1）这就是所谓的时间差测距法。由于超声波也是一种声波, 其声速与温度有关。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 , 声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T时, 超声波传播速度的计算公式为： （3.2）超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。3.5.2 超声波模块接口电路本设计采用自己焊接超声波发射和接收电路，发射和接收电路图如图10所示。图10 HC-RS04超声波4 系统软件的设计本设计的程序主要完成超声波的测距，和数码管显示距离，首先通过发射频率为40kHz的脉冲，同时打开定时器定时，待接收到返回信号时，立刻停止计时器，读出定时器数据，通过运算得出汽车到障碍物的距离，将此距离数据解码送至数码管显示。4.1主程序的设计主程序流程图如图12：接收无线信号声光报警人体感应发射无线信号转换开关开始初始化发射按键是否按下发射超声波脉冲停止定时器计时，并且计算出时间，根据时间计算出距离是否有外部中断通过数码管显示出距离结束YNYN175 系统的机体设计及调试超声波测距仪的制作和调试都比较简单，其中超声波发射和接收采用HC-RS04模块，中心频率为40kHz，超声波模块安装的时候尽量避免离万用板过近，这样容易引起声波的干扰。5.1系统的模块组成图13实际效果图5.2系统软件调试硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为0.205.0m，测距仪最大误差不超过10cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。按照设计的硬件电路和软件，做成成品，调试好后，对系统进行测试，测试数据如表1所示。表1 测距数据实际距离32.634.538.639.045.048.651.260.763.572.9测量距离32.533.237.538.144.247.550.258.962.971.1误 差1111111111实际距离102.6108.1130.5142.2158.6159.2173.5180.2184.5197.5测量距离102107.5129.2140.1156.9158.4171179.2183.0195.6误 差0111212112实际距离200250300350400450500550600650测量距离197.9247.2297.1345.8398.7446.8494.9545.2590.9639.1误 差23242454712图14 程序运行图235.3系统硬件调试在本次设计中，主控模块是非常重要的部分，它不仅是本次设计的核心，在本次硬件调试中也遇到了很多问题1、接上电源的时候，数码管不亮，没有任何显示，于是我做了如下的工作：（1）检查电源是否通电，发现单片机有5v电压；（2）编程使P1为低电平，检查到P1输出为低；（3）检查P0口未接上拉电阻，接上数码管发亮了。2、数码管显示乱码，于是我做了如下的工作：（1）首先确认程序的显示码表对不对，经检查正确；（2）检查电线有没有短路和断路，经检查发现排阻与p0口有短路，断开就显示正常了。3、显示的数据一点不正确，于是我做了如下的工作： （1）检查单片机的IO口数据正不正确，经检查正确； （2）检查超声波的接收和发射焊接的正不正确，经检查发现超声波的发射和接收焊接反了，经过重新焊接，可以显示正确的数据了。4、显示的数据有跳动，于是我做了如下的工作：（1）经过查资料，得知自己焊接的没有买的成品抗干扰能力强；（2）经过反复测试，得出经验：测距时障碍物不能太多，手要伸直，避免操作者本身就是个干扰体。5、当距离小于50cm时，蜂鸣器不响，距离大于50cm时接收板的小灯亮，于是我做了如下的工作：（1）首先检查无线发射模块有无信号输出，经检查发现无线号输出，正常情况下当距离小于50cm时，整个无线系统得电工作，同时sc2262的10脚应该有高电平，可是检查发现根本无电压； （2）检查电路的焊接，经检查正确无误；（3）最后发现驱动的三极管9012在实际电路中是9013，马虎大意酿成的大错，换上9012接收板的小灯显示在正常了。6、无线的传输不灵敏，于是我做了如下的工作：（1）确定芯片是否好使，经过换块芯片效果一样；（2）经过查阅资料，发现天线接的短，正常应该是23cm左右，换了个天线，无线系统正常。系统原理图如图15：图15系统原理图25总结对所设计的电路进行测量、校准发现其测量范围15cm250cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为2cm，显示最小分辨率为0.01 m，测量盲