基于超声测距的汽车防撞系统本科毕业论文.doc

本科毕业论文 设计 创作 题目 基于超声测距的汽车防撞系统 学生姓名 学号 所在院系 专业 入学时间 年 月 导师姓名 职称 学位 导师所在单位 完成时间 年 月 I 第 I 页 基于超声测距的汽车防撞系统 摘要 近年来 我国高速公路追尾碰撞事故频频发生 而汽车追尾碰撞预警系 统在道路行车安全中具有良好的发展前景 为了减少周围障碍物对驾驶员的干 扰 帮助驾驶员感知障碍物的位置能够提前有效的避开 因此本次设计采用超 声波测距系统 作为汽车的安全行驶辅助装置 该系统能够通过语言报警和更 为直观的 LED 显示功能提醒驾驶员注意安全 提高了停车的安全 本设计的硬件部分主要由主控制电路和超声波发射电路 接收电路电路构 成 以及辅助的显示电路 电源电路和语音报警电路等 软件部分则由超声波 收发子程序 计时子程序 显示子程序及语音报警子程序等部分组成 由于超 声波在空气中传播速度是固定的 因此本设计由 STC89C51 单片机来计算超声波 从发射到被接收的往返时间 从而计算出传输距离实现实时测量距离的目的 该设计的电路设计部分合理简单 操作稳定 性能优越 测距速度快 计算方 法简单迅速 容易达到实时监控的目的 并且达到了工业实用上的测量误差要 求 关键词 STC89C51 超声波 数码管 语音报警 II 第 II 页 The automotive anti collision system based on ultrasonic distance measurement Abstract In recent years highway rear end collision accident occurred frequently in our country the automobile rear end collision warning system has good development prospect in road safety Around in order to reduce obstacles to the driver s interference help the location of the driver s perceived barriers can effectively avoid ahead of time Therefore the design of ultrasonic ranging system as a car s safety driving assist device the system can alarm through language and more intuitive LED display to remind the driver pay attention to safety to improve the safety of parking Hardware part of this design is mainly composed of main control circuit and ultrasonic transmitting circuit receiving circuit circuit composition as well as the auxiliary display circuit voice alarm circuit and power circuit software part by ultrasonic transceiver subprogram timer subroutine and display subroutine and voice alarm subroutine and other parts Due to the propagation velocity of ultrasonic wave in air is fixed therefore this design by STC89C51 single chip microcomputer to calculate the round trip time of ultrasound from launch to be accepted and transmission distance is calculated to achieve the purpose of real time measuring distance Circuit design part of the design is simple and reasonable superior performance stable operation range fast computing method is simple and easy to achieve the purpose of real time monitoring and reached the industrial measurement error on the practical requirements Keywords STC89C51 ultrasonic digital tube voice alarm III 第 III 页 目录 第一章 绪论 1 1 1 课题研究的现状和发展历史及意义 1 1 2 汽车防撞系统的发展现状 2 1 3 本课题的主要研究内容 2 第二章 超声波测距的原理 4 2 1 超声波的基本理论 4 2 1 1 超声波的传播速度 4 2 1 2 超声波对声场产生的作用 4 2 2 超声波传感器 5 2 3 超声波测距系统原理 5 2 4 测量与控制方法 6 2 5 控制系统方框图 6 第三章 单片机主机系统电路 8 3 1 单片机主电路 8 3 2 复位电路 9 3 3 时钟电路 9 3 4 按键电路 10 3 5 蜂鸣器电路 10 第四章 系统主要硬件设计 12 4 1 方案论证与比较 12 4 1 1 超声波发射电路 12 4 1 2 超声波接收电路 13 4 2 最终方案确定 15 第五章 系统的硬件结构设计 17 5 1 单片机的功能特点及测距原理 17 5 1 1 单片机的功能特点 17 5 1 2 单片机实现测距原理 17 5 2 超声波发射电路 18 5 3 超声波检测接收电路 18 IV 第 IV 页 5 4 ISD1700 语言模块 19 5 4 1 接线说明 19 5 4 2 按键说明 19 第六章 系统软件设计 21 6 1 系统程序的结构 21 6 2 系统程序的流程 21 6 3 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 23 第七章 总结 24 致谢 25 参考文献 26 附录 1 源程序 27 附录 2 实物图 31 1 第 1 页 第一章 绪论 1 1 课题研究的现状和发展历史及意义 随着社会的进步和科技的发展 生活水平和生活质量也日益提高 家庭小 汽车拥有量也在随之增加 城市道路汽车拥堵的现状已经成为不可回避的问题 而在现今汽车拥挤的情况下 城市道路拥堵所引起的交通事故屡见不鲜 对人 民生命财产的威胁与日俱增 影响人民的正常生活 道路交通事故死亡率居高 不下俨然已经成为世界性的社会问题 当现代人在享受科技发展所带来便捷和 愉悦的同时 也面临巨大风险为此付出了惨痛的代价 我国道路交通事故频繁 发生 其中大部分都为碰撞事故 面临当今交通安全现状 设计了一个响应速 度快 稳定性好 经济实用的车辆碰撞预警系统迫在眉睫 技术的发展以及社会的需求催生了防撞预警自动测量技术的诞生 通常情 况下 如果现实要求或者技术发展达不到可以直接测量的地步 我们就不得不 采用非接触式设备来测量不能接触到的障碍物 随着物理学的发展超声波测距 被发现并广泛应用到测量领域 在汽车防撞系统的测量上十分常用 超声波在传播介质的分辨力高 能量小 传输距离长等 利用声波测距可 以实现实时控制 也使得计算更加便捷 由于测量精度高 因此超声测距在工 业设计和日常生活上被广泛应用 设计是基于声波反射原理 根据声波在空气中固定的传输速度来实现测距 功能 通过计算声波由发射到接收的时间差以确定测距距离 同时由于超声测 距受外界色彩效果 阳光强度和电磁场干扰的影响较小 具有性能稳定可靠性 结构简单 价格低廉 易于拆装等优点 在阴暗 能见度低 地形复杂和强烈 电磁干扰的情况下 依然可以正常工作 实现测距功能并能保持稳定性和可靠 性 相对于红外和无线电测距而言 采用超声波距离不仅能节约成本 而且可 靠性和稳定性更高 后期维护更加简单 由于声波在空气中速度较慢 但输距 离更远 反射的回波信号更容易被系统检测到 使得声波测距在生活中应用广 泛 超声波测距是简单快速 容易实现一点的实时控制 满足了日益发展的工 业和人类生活活动的要求 所以超声测距被广泛应用于车载倒车雷达方面 在 空气测距中应用广泛 超声波测距可以做到在避免与介质直接接触的情况下对 2 第 2 页 物体进行测距 是一种非接触测量方法 超声波测距在测距距离越短的情况下 受外界光线和磁场影响越小 因此该系统只适合短距离测距 由于超声波测距 的精度受环境的影响 使得很难在测量精度要求很高的领域应用 1 2 汽车防撞系统的发展现状 在二十世纪六十年代初期 欧洲和美国为首的发达国家掀起了一股对汽车 防撞系统研究的热潮 在科研机构和制造厂家合作下 在理论研究和实际制造 方面取得很大进展 然而 这一时期模拟器件仍然占主导地位 电子器件的集 成度还很低 这导致硬件系统体积大成本高 由于没有统一的国际标准 这使 得各国的汽车防撞系统在功能上良莠不齐 到了80年代中期 随着超声波理论及微处理器性能的不断提升 汽车防 撞系统研究性能不断提升而价格逐渐降低 德国奔驰公司发起并集中欧洲各国 的力量共同研制汽车防撞系统 并首次提出将传感器和人工智能技术融于汽车 防撞系统中 以用于改善了汽车的安全性 加强驾驶员对汽车的有效控制 帮 助驾驶员避免了交通事故的发生 在之后的二十世纪九十年代里 欧洲一些汽车制造企业开始研究新型的汽 车防撞雷达 并制作出一款可以计算出与车前障碍物距离 并根据后车的车速 提醒驾驶员留出必要的安全距离 若驾驶员驾驶失误超出安全距离时 车载防 撞系统会发出灯光和语音报警信号以提醒驾驶员合理驾驶 与此同时美国也开始着力研究防撞技术 虽然起步晚于欧洲各国 但目前 汽车防撞技术却是美国领先于世界 国内汽车防撞系统才刚刚起步 许多大学 和研究机构联合对汽车防撞系统进行深入研究 但大多数都处于理论向实践过 度的阶段 防撞系统的性能与国外还有很大差距 距离实现专业化和实现实际 应用还要一段时间发展 1 3 本课题的主要研究内容 本论文章节内容安排如下 第一章绪论部分主要分析国内和国际的研究现状及超声防撞系统发展阶段 充分理解对其进行研究的价值和意义 第二章主要介绍超声波基础理论以及其测距功能的原理 给出详尽的系统 框图 3 第 3 页 第三章主要介绍单片机主机系统以及辅助电路系统 了解整个系统的整体 构架 第四章主要介绍系统硬件设计 分析各种超声波发射和接收电路的优缺点 最终确定使用方案 第五章主要介绍系统软件组成 着重讲解语音模块在系统中的应用 第六章介绍系统的软件设计的结构与流程 并给出声波发射和接收中断子 程序 4 第 4 页 第二章 超声波测距的原理 2 1 超声波的基本理论 超声波是一门通用于各行各业的技术 在电子技术 机械应用 以及材料 科学方面都有着广泛应用 该技术在工业和生活中 对方便人们生活 提高生 产效率 保障生产安全有很大潜力 超声技术从产生声波再通过发射电路发送 最后被接收器接收来完成这个物理过程 在介质中传播的超声波具有透 反射 介质及能够聚束和定向等传输特性 按振动和辐射不同的可将声波种类分为功 率超声和检测超声 2 1 1 超声波的传播速度 超声波的传播速度是表示声波在介质中传播快慢的物理量 超声波在介质 中传播可以根据其传播方向的不同 分为三种不同的振荡波 横波 纵波 表 面波 三种波由于性质不同所能传播的介质也不同 横波在固体介质中才能传 播 纵波在固液气三态中都可以有效的传播 表面波传播会因为传播深度的增 加 而导致速度慢慢减小 超声波具有一般声波的固有特性 其在不同密度的 介质中传播速度也会有所差异 2 1 2 超声波对声场产生的作用 1 机械作用 超声波在介质内部传播运动会引起介质紧缩与扩张 导致介质内部压力的 骤变引起机械效应 超声波在介质中传播会引起其内部颗粒的运动 尽管运动 幅度和速率很小 但由于超声波振动的频率与质点加速度的平方成正比关系 这导致很小的振动频率也会有很大的加速度 有时足以达到破坏介质的程度 2 空化作用 根据流体动力学可知 存在于液体中的微气泡会由于声场的变化而发生振 动 当声场压强到达必需额值时 气泡会发生扩张 合拢的运动 在气泡合拢 运动的同时时会发生冲击波 这一系列动力学运动过程被称为空化 3 热学作用 超声波在介质内部传输会导致介质产生热量 在介质吸收超声波的同时也 会将热量吸收 这事实上也就是介质的能量吸收过程 从根本上讲 是由于超 声波在介质内部发生强烈振动 导致介质内部的粒子互相摩擦产生热量 这一 5 第 5 页 热量的产生过程被称为热学作用 2 2 超声波传感器 超声波传感器是根据超声波发射接收特性而制成的一种传感器 其主要由 发送和接收部分 供电和控制电路部分共同组成 其最主要的超声波探头则是 用压电晶片制作而成 能够控制超声波的发射与接收 一个好的探头是超声波 传感器必不可少的 超声波传感器大部分是由压电晶体或者镍铁铝合金制作而成 由于两种制 作材料的不同就产生了两种不同的特性 磁致 电致伸缩特性 其中由压电晶 体制成的传感器更加优越 能够在机械能与电能之间互相转换 具有很强的可 逆特性 也就是说 用压电晶体制成的是一种可逆的传感器 如果在压电晶片 两端加额定频率的电压时 晶体自身就会发生机械振动 时而也会发出声音 因此 本次设计采用压电晶体制成的传感器 传感器构造如下图 2 1 2 2 图 2 1 超声波外部结构 图 2 2 元件外部结构 2 3 超声波测距系统原理 在超声检测电路中 发射端发送一串固定间隔的方波脉冲 用以确定声波 来回传输的时间间距 其方波的脉冲宽度是根据与被测物的距离来决定的 不 同的距离其宽度也不相同 脉冲宽度与发射端距被测物的距离成正比例关系 超声测距大致有以下方法 根据电压与距离成正比例关系 可以先取输出脉 冲的平均值电压值 从而推算测得距离 测量超声波从发射到被接收端接收 的时间间隔 t 由于声波在空气中具有固定的速度 可根据 S 1 2vt 测得距离 由于超声波的传输速度与温度高低变化有关 在温度变化不大的情况下 我们 6 第 6 页 可以简单的认为声波速度是不变 但如果测量距离在精度上的要求很高 那么 我们必须通过采取温度补偿的方法对测量误差加以纠正 2 4 测量与控制方法 超声波测距的算法设计 已知超声波在空气中具有固定的速度 t 其中 t 为 340m s 假设 t1 是超声波从发射到被接收到的时间 t2 是超声波开始发射的时 间 则由 t1 t2 可得出超声波从发射到被接收器接收到的往返时间差 假定 S 为 超声波从发射端到障碍物的往返距离 从发射到接收的往返时间为 T s 在空 气中的传播速度为 V m s 1 则发射端到障碍物的距离可由关系式 2 4 1 测 得 S VT 2 2 4 1 若在系统对测距精度要求很高 则需要关注外界环境温度对传播速度的直 接影响 需按式 2 4 进行温度补偿对超声波速度予以校正 V 340 0 607T 2 4 2 2 5 控制系统方框图 超声波测距器由硬件控制和软件控制组成 如下图 2 3 7 第 7 页 显示器 按键 启动 复位 电路 电源 电路 STC89C51 超声波 发射电路 超声波 接收电路 语音 报警系统 图 2 3 系统框图 8 第 8 页 第三章 单片机主机系统电路 3 1 单片机主电路 本次设计我们计划使用 STC89C51 单片机 其主要特点如下 1 采用的 STC89C51 单片机是以 8051 为内核 又能够很好与 MCS 51 系 列单片机相互兼容 2 采用的 STC89C51 系列单片机有可编程闪烁存储器 在系统开发时可以 反复擦写 3 采用的 STC89C51 可以在全静态下工作 在电能消耗方面很低 4 采用的 STC89C51 的晶振频率高达 24M 在运行时速度更快 5 采用 STC89C51 是因其价格便宜 集成度及可靠性高 图 3 1 STC89C51 各个引脚的功能 P0 口是用来将显示信号数据送入给 LCD 显示器 P20 P22 口是将控制命令送给 LCD 以达到控制显示方式的目的 P34 口是为了 将采集到的温度数据传输到单片机的端口 P10 口是控制系统按键的端口 9 第 9 页 3 2 复位电路 实现单片机复位的方法有多 种 一般在只要 RESET 端加一 个正脉冲信号就可以很简单的实 现复位功能 单片机复位一般分 为 自动和手动两种 如图 3 2 手 动复位电路 系统想要实现上电 复位 只需在 RST 端口加一个正 脉冲信号 只要这个正脉冲信号 足够宽就能满足复位的条件实现 系统自动复位 一般要求脉冲信 号为 ms 其中20 RC 图 3 2 手动复位电路 R1 C22uF K 系统实现复位的另一种人为方法只需要手动按一下 S1 按键 是电容器 C1 快速的通过 R1 释放出电流 等 S1 手动弹起复位后 电容再次实现充电 这样 系统究完整的实现了手动复位功能 实现手动复位 一般要求 R1 200 3 3 时钟电路 单片机时钟电路是用来配合外部晶振实现系统振荡的电路 单片机内部则 是由许多触发器构成的时序电路组成 总之时钟电路是单片机的心脏 它控制 着单片机的工作节奏 如果我们要使用单片机内部的时钟电路 必须先将 XATL1 和 XATL2 两端先使用石英晶体或者微调电容连接起来才能正常使用 可以说如果没有时钟电路来驱动和调节单片机 那么单片机就不能实现正常的 工作 没有这个时钟电路 单片机也就不能实现定时和进行与时间有关的功能 操作了 STC89C51 10 第 10 页 图 3 3 时钟电路 3 4 按键电路 每一个系统都有其必不可少的按键电路 有其最基本的开关控制按键 本 次设计我们通过检测 P1 0 为 1 为 0 以辨别系统是否被启动 如果定义按下按键 时 P1 0 为高电平 那么当单片机检测到高电平时系统就会开始测量距离 当松 开按键时也就是为低电平时 则系统停止测量 按键电路图如图 3 4 所示 在人为按键的同时可能会造成机械抖动 从而影响系统对电平的检测 因 此 我们必须通过软件延时的方式 去除抖动对系统测量的影响 图 3 4 按键电路 3 5 蜂鸣器电路 蜂鸣器是一种被广泛使用的元器件 它主要被人们用于提示 报警等场合 由晶片构成的蜂鸣器 只要对其进行简单的供电 即将 5V 的直流电流加在其 两端上 就能够实现鸣响功能 用于对目标人群的提醒 设计目的是通过蜂鸣 STC89C51 11 第 11 页 器声音来告知使用者按钮已按下 目前正准备使用单片机对被测物进行测距 蜂鸣器电路如下图 3 5 所示 图 3 5 蜂鸣器电路 12 第 12 页 第四章 系统主要硬件设计 4 1 方案论证与比较 单片机采用 ATMEL 公司的 STC89C51 单片机作为控制核心 而常用的超 声波发射和接收电路有如下 4 1 1 超声波发射电路 1 分立元件组成的发射电路 如下图 4 1 a 4 1 b 图 4 1 a 发射电路 图 4 1 b 发射电路 图 4 1 是采用两个通用的小功率三极管共同形成的启动电路 并通过两个 三极管组成放大电路 超声波发射电路的主要功能是利用自身压电晶体的振动 来产生并发射超声波 从内部结构上来讲 它是由两个压电晶体和共振板共同 组成的 如果在其两端加上矩形脉冲信号 并保证其频率与振荡频率一致时 压电晶体会发生共振同时也将引起共振板振动 从而产生超声波输出 此时它 就具有了超声波发生器的功能了 2 由集成电路组成的发射电路 图 4 2 是一个由非门组成的一个振荡器发送电路 由于采用非门构成的电 路结构简单 调试起来非常容易 更加容易通过软件控制 此外为了提升发射 13 第 13 页 电路对电流的吸入能力 进一步提升电路驱动能力 我们可以通过将两个非门 的输出端口连接起来 以实现系统目的 图 4 2 由非门组成的发射电路 4 1 2 超声波接收电路 一 由运算放大器组成的接收电路 图 4 3 超声波接收电路是由一个运放组成的声波放大电路 这样电路组成 在日常生产生活当中非常常见 具有以下等特点 1 常见的采用运放构成的接收电路 一般都要求必须正负电源供电对称 然而 本设计我们采用单电源供电的方式 使得输出静态电压等于 1 2 电源电 压从而使两端电压得到平衡 2 如果采用同端口输入的方法输入电压 可能会导致系统的输入阻抗较高 然而 为了使超声波传感器能够发挥出接收稳定 迅速等优点 我们必须采用 接收器的输出信号端口连接在放大器的同相端的方法 3 超声波接收电路的反相端只能流过交流电 不存在对地的直流通道 因 此 如果要让直流电能通过反相端 必须加入隔直电容以创建直流通路 2 C 14 第 14 页 图 4 3 运放组成的接收电路 二 LM1812 收发集成电路构成 LM1812 集成电路是一种用来收发超声波信号的专用集成电路 如下图 4 4 所示 图 4 4 由 LM1812 构成的接收电路 三 CX20106 构成的接收电路 如图 4 5 所示 15 第 15 页 图 4 5 CX20106 构成的接收电路 4 2 最终方案确定 对于我们日常使用的收发电路而言通常由两种材料构成 由分立元件组成 的超声波收发电路 它由于自身体积结构大 电能消耗大同时容易受到外界因 素干扰 我们一般不采用这种材质制成的收发电路 而使用由集成电路组成的 超声波收发电路 具有小而轻 低能耗 抗外界干扰能力强等特点 因此 我 们选用集成电路组成的超声波收发电路 超声波发生器的主要功能是用来产生并发射超声波 其超声波的产生方式 主要有两种 第一种方法可以通过软件系统来产生超声波信号 而后通过输出 端口传输到驱动器上 从而推动探头产生超声波 第二种方法是通过系统控制 电路来产生超声波信号 从而直接推动探头产生超声波 对比两种方法可以发 现第一种方法更加灵活 因此我们采用第一种方法来产生超声波 超声波接收器是由信号放大器 波形转换器和接收探头三个重要部分组成 要做到超声波既能发射出去又要被被系统所接收 我们必须采用型号相同的接 收与发射探头 否则可能使得系统发射之后无法接收到信号 超声波在空气介 质中传播会有能量损耗 只导致接收器接收到的信号非常微弱 因此 我们必 须选用放大器来放大接收到的信号 为了节约设计成本 降低设计和调试的难 度 增强系统的稳定性 我们采用一种红外接收检波芯片 CX20106 其具有很 16 第 16 页 高的可靠性 只需要焊接少量的外部元器件就能够实现信号的接收与处理功能 设计采用集成电路来设计超声波收发电路 其中收发电路中的发射端 我 们使用非门来构成 而接收端口采用外界检波芯片来构成 这样的设计主要是 为了提高系统的稳定性 另一方面是为了节约成本 简化调试内容 17 第 17 页 第五章 系统的硬件结构设计 系统的硬件电路部分采用单片机主机系统 以及显示电路 语音报警电路 等外部电路组成构成 其中单片机电路 我们采用 24MHz 的 STC89C51 系列高精 度进的单片机 使得时钟电路频率更加精准 以降低系统误差带来的影响 5 1 单片机的功能特点及测距原理 5 1 1 单片机的功能特点 51 系列单片机具有高度灵活和低成本的特点 其可以在尽可能多的减少外 围电路的情况下 同时也可以构成一个功能完备的超声波测距电路系统 51 单 片机封装如图 5 1 所示 图 5 1 51 系列单片机封装图 5 1 2 单片机实现测距原理 超声波测距的根据是根据声波的回波特性 通过单片机不断检测超声波发 射后反射的回波 当检测到回波时时钟电路立刻停止计时 开始计算声波接收 时刻与发射时刻的时间差 t 由于声波在空气介质中的速度是固定的 我们可以 根据式 S Ct 2 计算出声波输出路径的一半距离 即发射端距被测物的距离 超声波测距的精准度不仅会受到自身器件的影响 也会受到外界环境因素 的影响 其中复杂的地形地貌 恶劣的气候环境对测量精度都有很大程度的影 响 我们要从多方面的来考虑 以减少外界对测量的不利影响 其中 自身元 器件的优劣更会对测距具有决定性影响 接收换能器在测距中扮演一个至关重 18 第 18 页 要的角色 对测距精度有决定影响 因此 我们为了增加测量的范围 减小测 量的误差 可以适当采用多个换能器来设计接收电路 超声波是声波的一种 同样也具有声波应有的特性 其速度的快慢也会受温度的影响 5 2 超声波发射电路 本次设计的发射电路原理图如下图 5 2 所示 其发送电路的由三个反相器 和两个发送换能器来组成 采用这种设计的目的是为了提高其驱动能力 缩短 其自由振动所用的时间 图5 2 超声波发射电路原理 5 3 超声波检测接收电路 此次设计采用红外检波来构成接收电路 它具有很高的集成性和抗外界干 扰的能力 这种设计更加方面能够提高改变电容的大小 来提升其灵敏度和抗 外界干扰的能力更加简单使用 能够满足不同要求的接收电路 检测接受电路 如下图5 3所示 图 5 3 超声波检测接收电路 19 第 19 页 5 4 ISD1700 语言模块 ISD1700 系列是一种新型单片机语言录放芯片 芯片具有扬声器驱动线路 振动器 自动增益控制 麦克风扩大器与内存等功能 在录音和播音上更加方 便 语言模块如图 5 4 所示 5 4 1 接线说明 ISD1700 语言模块的接线设计只需要提供外面供电系统 其内部电路接线 都采用焊接的方式来连接 本次设计我们只需在 DC005 电源接口提供 5V 电 源供电 实现语言报警功能需要外界小喇叭 可以将 SP 和 SP 外接喇叭的 和 相连接 5 4 2 按键说明 1 录音 REC 按住录音键 当系统的 LED 灯亮起时 我们对着麦克风说话就能够将语音 内容录进系统芯片里了 录完一段后松开此键 在 LED 灯熄灭后 再用相同方 法录制下一段 2 放音 PLAY 有边沿触发和电平触发两种方式 当我们按住播放键时就会播放指针所指 示当前段 在语音播放结束时播放指针仍然会停在刚刚播放的语言开始位置 3 快进 FWD 快进键的功能就是实现播放下一段语音的目的 当放音结束后如果不点击 快进键则仍会播放上一段语音 只有按住快进键才会将语音指针移到下一段话 的开始位置 播放下一段语音 4 复位 RESET 按住此键芯片就会执行复位操作 复位后 录音和播音功能指针都指向最 后一段 若此时录音会接着最后一段开始录 播音则播放第一段 5 调音 VOL 按住此键可以调节音量大小 系统默认音量为最大音量 每按一次 音量 会减小一次 循环往复直到回到最大音量 20 第 20 页 图 5 4 ISD1700 语言模块 21 第 21 页 第六章 系统软件设计 6 1 系统程序的结构 系统程序由如下几部分组成 1 基于 YB1602 的显示电路模块 由复位程序控制 写入程序编辑 显示 程序输出显示内容 2 声波发射控制程序与接收出来程序共同控制声波的收发功能 以用来计 算测量距离 3 本次设计采用 C 语言来编写软件程序 编译器则使用 Keil 来进行程序的 编译 其具有使用方便 使用范围广的优点 系统的主程序 可分为初始化和按键处理等各个子程序 如图 6 1 所示描 述了各个模块的关系 超声波发射 超声波接收 计算距离 LED 显示模 块 语音报警模 块 按键处理 图 6 1 系统软件方框图 6 2 系统程序的流程 超声波测距系统的软件程序部分 采用分块模块设计的方法来设计 通过 主程序来控制 超声波发射接收子程序在其中起到传输测距功能 再辅以计算 距离子程序 显示电路子程序和语言预警子程序等各个模块共同组成系统的软 件程序 如图 6 2 为主程序流程图 首先为系统供电 当系统上电后会立即进行系统的初始化 通过扫描开关 控制按钮 检测按钮 K1 是否开启 若尚未开启则系统不工作 检测到按钮开 启时 开始进行距离测量 开始测量的同时定时器开始计时 当系统检测到超 22 第 22 页 声波回波时 定时器立即停止定时并保存定时器计时值 然后根据定时器计时值来计算测量距离 计算得到测量距离后使用数码管 显示直观的展示出来 测量完毕后需要将显示电路和按键电路复位 才能重新 执行下一次测量 本次设计必须要记录测距的原始数据 测量后立即复位清零 进行下一次测距 系统初始化 K1 闭合 发射超声波 T1 计时 接收到发射波 T1 停止计时 保存定时值 根据计算距离 显示测量距离 N N Y Y 开始 图 6 2 主程序流程 23 第 23 页 6 3 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 超声波是通过发送端口发送出一段脉冲信号 来产生超声波发送出去 并 由定时器开始计时 当超声波回波被接收到时 立即执行接收中断子程序 使 计时器停止计时 并且将测距标志位赋值为 1 即表示测距成功 若未接收到 回波信号 在此时的标志位不变化依然为 0 即认为测距不成功 如图 6 3 所示 K1 闭合 发射超声波 T1 计时 接收到反射波 波 T1 停止计时 保持定时 值 开始 系统初始化 图 6 3 超声波发送及超声波接收程序流程图 24 第 24 页 第七章 总结 本文在了解掌握汽车工业发展的现状和道路安全的基础上 提出汽车防撞 系统在道路安全驾驶上的重要性 文中对超声波测距的基本理论原理和现实应 用进行了详尽的论述 并详尽的介绍了 STC89C51 系列单片机的系统内部结构 根据系统的设计要求 进行工作流程的描述 并对系统的主程序 显示子程序 和语言报警程序进行系统而有效设计 汽车防撞报警系统可以广泛的应用于汽车安全行驶 停车 倒车等场合 其能做到提醒驾驶员在行驶或停倒车过程中障碍物和行人所在的位置 是驾驶 员提前有效的避免交通意外的发生 具有很强的实用价值 然而 系统的测量 距离有限 只能在中短距离下预警以提醒驾驶员 另外 如果周围环境十分复 杂 那么该系统的测量精准度就会有所下降 从而影响驾驶员对周围的判断 随着科学技术的发展 汽车制造工业技术水平的上升 汽车防撞预警系统也会 随着元器件的改进 而提高自身测量性能及提前预警的性能 使得防撞预警系 统能完美有效的应用于汽车驾驶上 25 第 25 页 致谢 首先感谢我的指导老师刘 老师 论文从选题 结构安排 文字处理直至 最终定稿的全过程无一不是在刘老师的悉心指导 严格要求和亲切关怀下完成 的 我的导师刘老师从选题到开题报告 从写作提纲 到一遍遍地指出每稿中 的具体问题 为了论文倾注了大量心血 在此我表示衷心感谢 同时我还要感 谢在学习和生活上给我极大关心和支持的各位老师和朋友们 时光匆匆如流水 转眼便是大学毕业时节 离校日期已日趋渐进 毕业论 文的完成也随之进入了尾声 从开始进入课题到论文的顺利完成 一直都离不 开老师 同学 朋友给我热情的帮助 在这里请接受我诚挚的谢意 在此我向 安徽三联学院电子科学与技术专业的所有老师表示衷心的感谢 谢谢你们四年 的辛勤栽培 谢谢你们在教学的同时传授我们做人的道理 谢谢四年里面你们 孜孜不倦的教诲 在学校的四年中 所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识 更重要的是在阅读 实践中所培养的思维方式 表达能力和广阔视野 很庆幸这四年来我遇到了如 此多的良师益友 无论在学习上 生活上 还是工作上 都给予了我无私的帮 助和热心的照顾 让我在一个充满温馨的环境中度过四年的大学生活 感恩之 情难以用言语量度 谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意 最后 向所有关心我的亲人 老师 朋友表示衷心的感谢 我会铭记大学 的奋斗历程 今后工作中会努力拓展电子科学的领域 26 第 26 页 参考文献 1 朱月秀 单片机原理与应用 第二版 北京 科学出版社 2004 2 周良权 傅恩锡 李世馨 模拟电子技术基础 第 2 版 北京 高等教育出版社 2001 3 侯德藻 汽车纵向主动避撞系统的研究 北京 清华大学 2004 4 邱平 略论我国非金属超声波检测仪器的发展状况 工程质量 1998 5 超声波探伤编写组 超声波探伤 北京 电力工业出版社 1980 6 李鸣华 余水宝 单片机在超声波料位测量中的应用 电子技术应用 1998 7 李丽霞 单片机在超声波测距中的应用 电子技术 2002 8 荀殿栋 数字电路设计实用手册 北京 电子工业出版社 2003 9 戴曰章 基于 STC89C51 单片机的超声波测距系统 电气时代 2005 10 董敏学 汽车倒车防撞防止系统设计 上海汽车 2001 11 董子和 李永辉 超声波测距系统的建立及其在汽车防撞系统的应用 汽车电器 1997 12 李茂山 超声波测距原理及实践技术 实用测距技术 北京 机械工业出版社 1994 13 雷辉 基于 STC89C51 的智能防撞报警器设计 电气时代 2005 14 黄建兵 超声波精确测距的研究 南京理工大学学士学位论文 2004 15 李全利 迟荣强 单片机原理及接口技术 北京 高等教育出版社 2004 16 曾城 基于 CAN BUS 的汽车防撞报警系统控制单元的研究开发 西安 长安大 学 2004 17 胡铁红 高速公路追尾及侧向碰撞预警系统模型的研究 西安 长安大学 2004 18 赵纬华 高速公路碰撞预防报警系统传感器及电源研究 西安 长安大学 2004 19 Gabriel leen Dond H