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汽车泊车辅助系统设计【1张电路图】【优秀】

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关键词：: 汽车泊车辅助系统设计电路图

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汽车泊车辅助系统设计

49页 15000字数+说明书+任务书+开题报告+1张电路图【详情如下】

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摘要

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

ABSTRACT

With 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 else's 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

摘要………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………II

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1 课题的研究目的…………………………………………………………………1

1.2 课题的的研究现状………………………………………………………………2

1.3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………………………………4

2.1 汽车泊车辅助系统工作原理……………………………………………………4

2.2超声波测距原理………………………………………………………………4

2.3单片机控制芯片………………………………………………………………5

2.4超声波发射与接收芯片……………………………………………………8

2.5本章小结…………………………………………………………………………10

第3章泊车辅助系统电路设计……………………………………………………11

3.1超声波发射电路…………………………………………………………………11

3.2超声波接收电路…………………………………………………………………11

3.3报警电路…………………………………………………………………………12

3.4显示电路…………………………………………………………………………13

3.5 本章小结…………………………………………………………………………14

第4章软件设计………………………………………………………………………15

4.1汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计………………………15

4.2主程序…………………………………………………………………………16

4.3超声波发生子程序……………………………………………………………18

4.4超声波接收中断子程序…………………………………………………………19

4.5显示子程序………………………………………………………………………19

4.6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……………………………24

5.1系统硬件焊接………………………………………………………………24

5.2系统硬件的测试………………………………………………………………25

5.3系统软件调整……………………………………………………………………36

5.4 本章小结…………………………………………………………………………28

结论………………………………………………………………………………………29

参考文献…………………………………………………………………………………30

致谢………………………………………………………………………………………31

附录………………………………………………………………………………………32

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此次设计中，在进行实物制作中，遇到了很多的困难，经过调试与修改，使得系统能够工作。本设计有一个很好的理论基础。设计最终达到的效果是超声波发射模块能够发射超声波，超声波接受模块能够接受到回波，单片机能够运算出距离，并能够实现数码管显示模块的正确显示，在被测距离小于设定值时，报警模块的蜂鸣器发出提示。

汽车泊车辅助系统的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种：一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。

汽车泊车辅助系统的测距算法设计原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。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。

在元件及调试方面，由于本设计采用分模块设计，故在发生故障或需要系统调试的时候，对各模块分维护或调试，使得在调试的过程中减少了很多由于线路复杂，元件辨认等方面的麻烦。只要电路焊接无误，对系统进行调试后，就可以正常工作。

参考文献

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[15] G. E. Rudashevskii, A. A. Gorbatov. Ultrasonic ranging in air [J]. Measurement Techniques, Volume 12, Number 12

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名祁皓系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆B07-3班指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车泊车辅助系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、收集毕业设计有关资料，完成开题报告； 2、确定系统整体电路；3、绘制完成系统电路原理图；4、硬件焊接与调试。 1、电路及软件的设计，电路原理图的绘制；2、撰写设计说明书存在问题及努力方向对电路绘制软件进行学习，对软件设计仍需进一步学习。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计任务书学生姓名祁皓系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-3指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车泊车辅助系统设计一、设计目的、意义设计目的：以满足停泊车辆安全性为需要，提高学生对汽车安全及相关辅助系统的认识及运用所学知识进行相关设计的培养为目标，设计基于超声波的汽车泊车辅助系统。设计意义：培养学生资料收集、调研分析的能力和方案设计的能力；培养学生创新能力、工程实践能力和商品意识；综合训练学生设计计算、结构设计和控制系统设计能力。二、设计内容、技术要求（研究方法）内容：1、单片机及超声波传感器认识及选择2、辅助控制系统设计3、超声波发送和接受器设计4、主机电路及软件设计研究方法：要求对电路有深刻的了解和认识，要求对单片机有一定的基础以及有一定的C语言软件设计能力。三、设计完成后应提交的成果计算说明部分 1、毕业设计计算说明书。 2、主要参考文献目录。图纸部分说明书，传感器特性原理分析图、超声波发送和接受器电路图、主机（单片机）电路图等。四、设计（论文）进度安排1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第4周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用第56周（3.284.10）5、超声波发射和接收电路设计第79周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析第1013周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改第14周（5.306.5）8、设计审核与修改第1516周（6.66.19）9、毕业答辩第17周（6.206.21）五、主要参考资料1 有关汽车运用类、单片机及C语言类、电子技术类、信号模拟及电路设计制作的期刊杂志；2 汽车发动机电控维修手册、汽车电器及电控、单片机及C语言应用类、制图类及相关专业书籍；3 汽车控制、电子技术类、汽车电气与电控、单片机应用、C语言应用、传感器、电路设计及模拟等相关研究数据及相关著作，有关学位论文。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计开题报告学生姓名系部汽车交通与工程学院专业、班级车辆工程07-3指导教师姓名职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车泊车辅助系统设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义设计目的和意义：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。课题研究现状：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，泊车辅助系统可分为粘贴式、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，泊车辅助系统又可分为数字式、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。汽车泊车辅助系统发展到现在已经历经5代。第一代的泊车辅助系统是轰鸣器。泊车时，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。第二代泊车辅助系统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。结合一、二、三代泊车辅助系统的优缺点，本设计采用蜂鸣器与数字显示结合的设计。第四代魔幻镜倒车雷达，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。第五代倒车雷达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。第四、五代泊车辅助系统造价较高，结构复杂，所以不选用其设计作为参考。泊车辅助系统的测距方式有很多，（1）激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线传播，单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍，相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一直。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈振动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，故不选择此方式。（2）红外线方式：红外线可以人为制造，自然界中也广泛存在，一般的生物都会辐射出红外线，体现出来的宏观小樱就是热度。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体红外干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离不能满足要求。（3）毫米波方式：毫米波是微波的一个波段，品路在30-300G，显影波长为1-10MM。不易受电子干扰，多目标鉴别性能好，雷达分辨率高，但其价格昂贵，结构复杂，故不选用。（4）超声波方式：超声波是频率大于20khz的声波，具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中传播距离远等特点，用于测距计算方法简单，常用于非接触式距离测量，其传感器种类较多，用于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗慢，反射能力强，故选择超声波传感器测距。倒车雷达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。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、设计内容：单片机及超声波传感器认识及选择传感器：超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。单片机：抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。保证各模块之间协调工作软件的编写掌握零部件的焊接技术2、模拟解决的主要问题（1）学习有关编程的知识（2）单片机认识及选择（3）学习有关超声波传感器的知识（4）超声波发送和接受器设计（5）主机电路及软件设计研究方法：（6）系统总体设计（7）报警器设计（8）显示电路设计（9）总体电路焊接（10）调整与测试三、技术路线（研究方法）基于超声波防撞报警系统整体设计框图收集相关资料撰写开题报告学习超声波传感器相关知识学习单片机相关知识超声波发送和接受器设计单片机的选择显示电路设计软件设计系统总体设计主机电路设计报警器设计总体电路焊接成品雏形测试与调整四、进度安排 1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第4周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用第56周（3.284.10）5、超声波发射和接收电路设计第79周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析第1013周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改第14周（5.306.5）8、设计审核与修改第1516周（6.66.19）9、毕业答辩第17周（6.206.21）五、参考文献1 侯国章,赖一楠,田思庆.测试与传感技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,20002 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,20014 张鄂亮等.微型计算机原理与应用.武汉：华中科技大学出版社,20015 杨欣,王玉凤,刘湘黔.电子设计从零开始.北京：清华大学出版社20056 夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程PROTELL99SE.北京：北京希望电子出版社,20027刘启中李荣正王力生王威 P I C单片机原理及应用M北京: 北京航天航空大学出版社，2003，1-2058李学海 PIC单片机使用教程. 基础篇M北京:北京航天航空大学出版社，2002，1-3359李学海 PLC单片机使用教程. 提高篇M 北京:北京航天航空大学出版社，2002，1-34910高鹏安涛寇怀成电路设计与制版一 PROTEL99入门与提高M 北京: 人民邮电出版社，2000，1-30511赵晶电路设计与制版 PROTEL99高级应用M 北京:人民邮电出版社，2000，1-40512贾兴泉连续波雷达数据处理专著北京:国防工业出版社，2005，1-22313黄培康，殷红成，许小剑雷达目标特性专著北京:电子工业出版社，2005，1-33814丁镇生，传感器及传感技术应用.第1版. 北京: 电子工业出版社，1998，1-2315张志良单片机原理与控制技术.第1版.北京: 机械工业出版社，2001，1-5616褚东升，刘滨，茶声波，马志强.ISP技术在智能仪器远程升级中的应用.单片机与嵌入式系统应用，2002，1-4617 D. Tulone, S. Madden. PAQ: Time series forecasting for approximate query answeringin sensor networks. In Proc. of the 3rd European Workshop on Wireless Sensor Networks, pp. 21-37, Feb 2006.黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计本科学生毕业设计汽车泊车辅助系统设计汽车泊车辅助系统设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 07-3 学生姓名：指导教师：职称：实验师黑黑龙龙江江工工程程学学院院二一一年六月摘要黑龙江工程学院本科生毕业设计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。关键词关键词：超声波；报警；AT89S52；设计；调试黑龙江工程学院本科生毕业设计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 黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IAbstractII第 1 章绪论11.1 课题的研究目的1 1.2 课题的的研究现状2 1.3 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8 2.5 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24 5.1 系统硬件焊接24 5.2 系统硬件的测试255.3 系统软件调整36黑龙江工程学院本科生毕业设计5.4 本章小结28结论29参考文献30致谢31附录32 黑龙江工程学院本科生毕业设计- 0 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 1 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 2 -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黑龙江工程学院本科生毕业设计- 3 -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黑龙江工程学院本科生毕业设计- 4 -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: 00ccT T, 其中 T 为绝对温度数值, 0273.15Tk,0331.4Cm s。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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 5 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 6 - 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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 7 -（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 引脚图黑龙江工程学院本科生毕业设计- 8 -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Vcc22V差分输入电压Vdif13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25PD1100mW工作温度TOPR070NE5532 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-0.54.0mv输入失调电流IIO-10150nA输入偏置电流IBIAS-200800nA供电电流ICC-6.016mA输入电压范围VI(R)-1213-V共模抑制范围CMRRTA=2570100-dB电源抑制比PSRRTA=25输出电压范围VO(P-P)RL6001213-V输入电阻RITA=2530300-K短路电流ISC-38-mA过调OSRL=600,CL=100PF-1020%电压增益GVf=10kHz22.2-V/mv增益带宽GBWCL=100PF, RL=600810-MHz转换速率SRRL=1K,CL=100PFRL=600-68.0V/us黑龙江工程学院本科生毕业设计- 9 -输入噪声电压eNfo=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 21010 sec黑龙江工程学院本科生毕业设计- 10 -LM311 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, RS50k2.07.5mVInput Offset Current 输入失调电流（注 16）TA=256.050nAInput Bias Current 输入偏置电流TA=25100250nAVoltage Gain 电压增益TA=2540200V/mVResponse Time (Note 17) 响应时间（注 17）TA=25200nsSaturation Voltage 饱和电压VIN10 mV, IOUT=50 mA TA=250.751.5VStrobe ON Current (Note 18)TA=252.05.0mAOutput Leakage Current 输出漏电流VIN10 mV, VOUT=35V TA=25, ISTROBE=3 mA V = Pin 1 = 5V0.250nAInput Offset Voltage 输入偏移电压（注 16）RS50K10mVInput Offset Current 输入失调电流（注 16）70nAInput Bias Current 输入偏置电流300nAInput Voltage Range 输入电压范围14.5 13.8,-14.7 13.0VSaturation Voltage 饱和电压V+4.5V, V=0 VIN10 mV, IOUT8mA0.230.4VPositive Supply Current 正电源电流TA=255.17.5mANegative Supply Current 负电源电流TA=254.15.0mALM311 引脚图如下：黑龙江工程学院本科生毕业设计- 11 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 12 -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 倍上升时黑龙江工程学院本科生毕业设计- 13 -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 报警电路黑龙江工程学院本科生毕业设计- 14 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 15 -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 中断允许黑龙江工程学院本科生毕业设计- 16 - 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(ssj1) buffer2=0x40; buffer1=0x40; buffer0=0x40; else timeToBuffer(); else timeToBuffer(); /将值转换成 LED 段码黑龙江工程学院本科生毕业设计- 17 - offmsd(); scanLED(); /显示函数 if(ssj2) bg=0; bg=1; 4.3 超声波发生子程序1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射测距系统中的超声波传感器采用 UCM40 的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz 的脉冲信号，这由单片机执行下面程序来产生。#INCLUDE #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。IC2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 黑龙江工程学院本科生毕业设计- 18 -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 位黑龙江工程学院本科生毕业设计- 19 -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+;黑龙江工程学院本科生毕业设计- 20 -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; /盲区黑龙江工程学院本科生毕业设计- 21 -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;黑龙江工程学院本科生毕业设计- 22 -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，黑龙江工程学院本科生毕业设计- 23 -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。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 24 -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 系统硬件的调试黑龙江工程学院本科生毕业设计- 25 -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。在完成了以上各项检查并确认无误后，才可通电调试，但此时应注意电源的正、负极性不能接反。5.3 系统软件调整在程序烧写前，要对 AT89S52 单片机程序烧写的设备进行了解，本设计采用的汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的 CPU，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。所以本次设计选用 C 语言。对于目前普遍使用的 RISC 架构的 8bit MCU 来说，其内部 ROM、RAM、STACK 等资源都有限，如果使用 C 语言编写，一条 C 语言指令编译后，会变成很多条机器码，很容易出现 ROM 空间不够、堆栈溢出等问题。而且一些单片机厂家也不一定能提供 C 编译器。而汇编语言，一条指令就对应一个机器码，每一步执行什么动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制，调试起来也比较方便。所以在资源较少单片机开发中，建议采用汇编语言比较好。 C 语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。C 语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移黑龙江工程学院本科生毕业设计- 26 -植性，而且可以直接实现对系统硬件的控制。C 语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外，C 语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此，使用 C 语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用 C 语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统，用 C 语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。所以作为一个技术全面并涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本的 C 语言编程。使用 C 语言肯定要使用到 C 编译器，以便把写好的 C 程序编译为机器码，这样单片机才能执行编写好的程序。KEIL UVISION2 是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的 MCS51 架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和 C 语言的程序设计，它的界面和常用的微软 VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此本系统采用 KEIL UVISION2 进行软件的编写和调试。超声波接收发射调试过程把烧录好的芯片放置在电路中，接上电源，检验程序是否如自己所设计的那样可以实现所要求的功能。如果电路板上的结果和设想的不同，由于在硬件检查部分已经确定了硬件没问题。则应该是软件部分即程序方面的问题。需要检查程序。首先检查红外接收部分，用示波器检查红外接收管的输出口或是 INT0 口的波形是否正确。红外接收部分没有问题后再调试电机部分，看电机是否能按照遥控要求那样转动。然后是超声波部分，主要看数码管的现实是否正常，还有就是控制按钮是否按要求控制。因为前面已经确定硬件没有问题了，所以，在软件调试的时候可以结合硬件来在线调试，这样很直观，而且发现问题也很容易。调试程序如下：#define k1 P3_4#define csbout P3_5#define csbint P3_7#define csbc=0.034#define bg P3_3unsigned char csbds,opto,digit,buffer3,xm1,xm2,xm0,key,jpjs;unsignedchar convert10=0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/09黑龙江工程学院本科生毕业设计- 27 -unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1;bit cl;void csbcj();void delay(j); /void scanLED();void timeToBuffer();void keyscan();void k1cl();void k2cl();void k3cl();void k4cl();void offmsd();void main()EA=1;TMOD=0x11;ET0=1;ET1=1;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(ssj1)黑龙江工程学院本科生毕业设计- 28 -buffer2=0x40;buffer1=0x40;buffer0=0x40;else timeToBuffer();else timeToBuffer();offmsd();scanLED();if(ssj2)bg=0;bg=1;5.4 本章小结本章节是本设计中的重点章节，在完成了设计、焊接和软件设计之后。对系统的调整与测试是非常重要的。在测试过程中发现系统的问题，再通过调试来使系统达到最佳运行状态，保证系统的正常运行。在调试过程中，许先对硬件进行调试，再对软件进行调试。结论此次设计中，在进行实物制作中，遇到了很多的困难，经过调试与修改，使得系统能够工作。本设计有一个很好的理论基础。设计最终达到的效果是超声波发射模块能够发射超声波，超声波接受模块能够接受到回波，单片机能够运算出距离，并能够实现数码管显示模块的正确显示，在被测距离小于设定值时，报警模块的蜂鸣器发出提示。汽车泊车辅助系统的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种：一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。汽车泊车辅助系统的测距算法设计原理为超声波发生器 T 在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器 R 所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发黑龙江工程学院本科生毕业设计- 29 -生器与反射物体的距离。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。在元件及调试方面，由于本设计采用分模块设计，故在发生故障或需要系统调试的时候，对各模块分维护或调试，使得在调试的过程中减少了很多由于线路复杂，元件辨认等方面的麻烦。只要电路焊接无误，对系统进行调试后，就可以正常工作。致谢经过三个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师齐益强老师。齐老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，电路图设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，且需要制作实物，但是齐老师仍然细心地纠设计中的错误。除了敬佩齐老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面和设计中给予我的各种意见，对我的毕业设计有很大的帮助。黑龙江工程学院本科生毕业设计- 30 -正因为如此我才能顺利的完成设计，要感谢校方对我设计过程中提供的优良设计环境和技术支持，另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。参考文献1 吴银凤，等.红外线接收电路 CX20106 的应用J. 电气时代，2003 年第 9期2 马殷元基于新型单片机 P89C51RD2 的倒车雷达设计J. 甘肃科技，第 20卷 2004 年 9 月第 9 期3 刘凤然基于单片机的超声波测距系统J. 传感器世界，2001 年 5 月4 李茂山超声波测距原理及实践技术J. 使用测试技术，1994 年 3 月第 1期5 常春藤，51 单片机编程基础与开发实例详解M.北京：人民邮电出版社，2008 年 11 月6 康华光，陈大钦，电子技术基础，第 4 版，北京：高等教育出版社，黑龙江工程学院本科生毕业设计- 31 -1999.67 汪吉鹏，马云峰，于乃功，穆效江，微机原理与接口技术，北京：高等教育出版社，20018 藤志军，基于超声波策距雷达设计资料，今日电子网站9 贾兴泉连续波雷达数据处理专著北京:国防工业出版社，2005，1-22310 黄培康，殷红成，许小剑雷达目标特性专著北京:电子工业出版社，2005，1-33811 丁镇生，传感器及传感技术应用.第1版. 北京: 电子工业出版社，1998，1-2312 张志良单片机原理与控制技术.第1版.北京: 机械工业出版社，2001，1-5613 褚东升，刘滨，茶声波，马志强.ISP技术在智能仪器远程升级中的应用.单片机与嵌入式系统应用，2002，1-4614 Shirley P AAn introduction to ultrasonic sensingJSens0rs，1989，(11)：15一l815 G. 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