基于单片机的超声波车间距测量系统-汽车服务工程毕业论文

0本科毕业设计（论文） 基于单片机的超声波车间距测量系统设计学院名称： 汽车与交通工程学院 专 业： 汽车服务工程 班 级： 13汽车卓越 学 号： 2013352130 姓 名： 孙 彭 宇 指导教师姓名： 李丽 指导教师职称： 讲师 二一七 年 六 月江苏理工学院毕业设计说明书(论文)基于单片机的超声波车间距测量系统设计摘 要：本文基于STC89C52单片机设计了一种超声波车间距测量系统。系统设计包括硬件电路设计和软件程序设计两部分，其中硬件电路设计部分主要包括单片机系统电路、超声波发射电路、超声波检测电路、显示电路、电源电路，复位电路和LED控制电路。软件程序设计部分主要包括主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序和显示子程序。系统工作时，由超声波发射器发射出超声波，单片机的计时器开始计时；超声波接触到障碍物反射回来,被超声波接受装置接收；接收信号被传送至单片机，计时器停止工作并得到时间，结合温度测量模块对周围环境温度的测量提供较为准确的超声波波速，最终计算出合理的车距。此外，该系统还具有适时声光报警的功能。关键词： STC89C52；超声波；测距Design of Ultrasonic Vehicle Spacing Measurement System Based on Single Chip MicrocomputerAbstract: In this work, an ultrasonic vehicle spacing measurement system is presented based on STC89C52 single-chip microcomputer (SCM). The system design includes the hardware circuit design part and the software program design part. The hardware circuit design part mainly includes the SCM system main circuit, the ultrasonic emitting circuit, the ultrasonic detection circuit, the display circuit, the power supply circuit, the reset circuit and the LED control circuit. The software program design part mainly includes the main program, the ultrasonic transmitting subprogram, the ultrasonic receiving interrupt program and the design of a subroutine. When the system is working, the ultrasonic transmitter transmits ultrasonic, and the ultrasonic will be reflected back to the ultrasonic device when it encounters the obstacle. SCM is used to record the time difference of launching ultrasonic wave and receiving the echo and then calculate the vehicle spacing based on the obtained temperature-dependent ultrasonic velocity. Besides, the present system also has an additional function of the acousto-optic alarm in time.Keywords: STC89C52; Ultrasonic; Vehicle spacing measurementii目 录第1章 绪论11.1 课题背景及重要意义11.2 课题主要研究内容21.3 课题需要解决的问题5第2章 超声波测距原理与方法62.1 超声波简介62.1.1 超声波的产生方式62.1.2 超声波的主要特点62.1.3 超声波的主要应用72.2 超声波传感器的结构与原理72.3 超声波传感器的特性102.3.1 频率特性102.3.2 指向特性102.4 超声波传感器的选择112.5本章小结12第3章 系统硬件设计133.1 超声波发射电路设计143.1.1 发射电路设计方案153.1.2 超声波发射器的注意事项163.2 接收电路的设计173.3 显示电路的设计183.3.1 LCD显示部分193.3.2 温度补偿20I3.4 报警部分223.5 单片机主控电路233.6实物焊接与运行展示263.7本章小结28第4章 软件程序设计294.1 主程序设计294.2 外部中断子程序324.3 定时器中断子程序334.4 实现重要功能的程序分析354.4.1 读取温度354.4.2 温度与声速的转化364.4.3 距离计算364.5本章小结37结 论38参考文献39致 谢40II江苏理工学院毕业设计说明书（论文）第1章 绪论1.1 课题背景及重要意义据交通管理部门统计的数据显示,到2016年年底为止,国内登记在册的机动车超过2.89亿,其中汽车类占了半壁江山，大约占总量的67%不可谓不多;全国共有3.58亿人拥有机动车驾驶证,其中驾驶汽车的人数更是高达总数的85%，显而易见汽车逐渐成了我们生活中不可或缺的一环。去年新增登记注册的车辆和年度增长百分比都达到了历史最高水平。随着经济基础发展和人民生活水平的增长,群众们对汽车品质和汽车数量的追求也在不断的提升,没有车的家庭要买车,有车的家庭考虑买第二辆车,仅2016年一年内新增注册的车辆数目就达到了2750万辆,而去年车辆报废538万量，也就是说去年一年全国车辆数净增2212万辆,这也是史无前例的增长。由于汽车数量的不断增加,许多小县城都出现了车辆拥堵的现象,更不论说国内的一线城市,像北京上海等城市早就出现的限行的政策.汽车数量的疯狂增长直接导致交通事故发生的数量不断增加。由于驾驶人员的不专心驾驶,很多本来可以避免的轻微事故天天都在发生.比如倒车的时候撞到墙体撞坏后尾灯、倒车的时候掉入坑里、拥挤的路段与其他车辆擦碰、大角度转弯时看不清A柱前车辆距离导致车大灯前报撞坏，这些事故比比皆是，虽然人生安全不会受到威胁，但是经济方面的损失确实不少。目前来说,虽然基本上所有高档轿车都已经装配了全方位泊车雷达用来检测车辆与障碍物的距离,但是在大部分中低档轿车、客车和货车上只有一个后置泊车雷达,甚至于处于成本考虑这些车辆上根本没有装配泊车雷达。所以出于以上各种原因,设计一套成本造价低并且实用的超声波车间距测量系统是很有必要的。1.2 课题主要研究内容硬件电路的设计和软件程序的编写是本课题主要研究的内容,硬件电路设计主要有单片主控电路、超声波收发接口电路、LCD1602液晶显示电路和18b20温度传感器电路,另外还有设计按键电路、蜂鸣器报警电路和电源接口电路等。软件程序的编写主要包括主程序、超声波接收外部中断程序、定时器的中断保护和显示子程序的设计。传统的模拟电路可以构建出电路来进行超声波测距,已往的超声波测距电路就是这样的数字电路,不过在这些传统电路基础上构建的系统都有这样的缺陷,它们的可调性、稳定性和扩展性往往都很差,所以而今的超声波测距仪器大都以单片机为基础开发。课题所研究的系统经过简略的外围电路产生和接纳超声波,从单片机内部计时器中断读取数据，获取到超声波从受到激励产生到被接收器接收产生电信号这一阶段所经历的时间,在已知超声波速度的情况下用编写的算法来计算出超声波在这一时间内通过的路程,并且通过18b20采集当前测量环境下的空气温度对超声波速度进行矫正,这也是对测距精度的补偿,其测量电路较传统电路具有精度高,体积小,可靠性好,反应速度快等一系列优点。系统工作时,由超声波发射器HC-SR04发射出超声波,单片机的内部计时器开始计时,超声波接触到目标物反射回来,超声波接受转换成电信号对其过滤放大, 将信号通过p3.3端口传送至单片机,计时器停止工作并得到时间,结合温度测量模块对周围环境温度的测量而提供的较为准确的超声波波速,最终计算出合理而准确的车距,并具有和设定距离对比的适时蜂鸣器报警的功能。系统设计总框图如1-1所示。图1-1系统设计总框图基本要求：（1）精通STC89C52单片机开发板,了解超声波换能器、温度传感器、显示器、各种不同的单片机,掌握它们各个引脚的作用。 （2）理解利用超声波的反射特点测量物体间距离的方法,分析外围电路如何将数字信号转变成发射超声波，在接收到超声波又是怎么转换成数字信号,并对超声波的特性有一定的了解。（3）熟悉毕业论文的格式和撰写软件的操作。本课题设计的内容是以 STC89C52 单片机为核心设计的单片机系统,用来实现对距离信号的测量,基本要求达到:(1)液晶屏显示显示当前的环境温度，测量的距离信息和设定的报警距离;(2)所测量的距离小于初始设定的警界线时,蜂鸣器会报警;(3)测距范围 5 m,误差范围液体气体，这就是为什么它在空气中传播的不远，而在固体和液体中传播较远。因为它在不同介质中衰减快慢的不同，我们可以设计各种不同的超声波传感器应用到不同的测量环境下。图2-1 超声波传感器外观图 图2-2 超声波传感器剖视图超声波探头主要是一块压电晶片，它在收到电压激励时会发出超声波，在接收到超声波时能够产生电流。对于用作测量的探头，我们一般选择小一点的功率。它有多种不同的结构（如纵波探头、栏目波探头、横波探头、表面被探头），它们使用的条件和环境不一样。压电晶体和磁至伸缩效应的磁性物质是制作本传感器两类主要材料。金属网,锥形喇叭,压电晶片,底座和引脚是构成传感器的几大不可缺少的部件。其中,传感器的核心是压电陶瓷晶片。锥形喇叭的作用有两个，其一 ，不让超声波的能量过早的扩散，在收集的时候也让能量更加集中；其二，使超声波以想要的角度发射。它在超声检测中被用来实现电能和声能的转换，也是实现数字型号与模拟信号相互转换的主要部件,在超声波车间距测量系统中是不可或缺的一环。压电材料具有将这种材料放在电场中产生某种应变的特性，相反，外加外力施加到材料上，在应变方向上产生电场。当交变电场被施加到这种具有特殊性质的材料，它会产生不同的应变振幅，从而产生超声波。因此，目前的广泛使用超声波传感器大都用这种材料。压电晶片是传感器的主要组成部分,它一般是陶瓷作的，当压电晶片受到外力作用时，它内部的电荷会发生极化现象，分散到两个相对的表面，我们把这种现象称为正压电效应，晶片的极性与施加的作用力方向有关。而逆压电效应则是在压电晶体上施加电场，其内部电介质的运动会使压电晶体发生形变，并且这种形变是有方向性的。超声波传感器收到激励发射利用的后者，接收时转换成电信号利用的前者。制作这种超声传感器只需较少的压电材料，并且在液体和气体介质中被广泛使用。在压电陶瓷中加入交变的交变电压的方向和幅值时，压电陶瓷会产生逆压电效应，并且发生的这类机械形变的偏向和大小与外加电压的正负极和大小是成正比的，在某一程度上说。同理，应用正压电效应，在压电陶瓷晶片上施加具有一定频率的交流电压，压电晶片就会产生与之相同频率的机械振动，这种机械振动与外界相接触的介质发生力的作用，推动空气等媒介震荡，便会发出超声波。图2-3 双压电晶片示意图双压电晶片示意图如2-3所示，AB两极接上同一个交流电源，可知AB两极的电场方向一个与极化方向相同一个与极化方向相反。压电晶片就会产生同向的的形变，这种形变的频率和交流电频率相同，形变变成机械振动，机械振动与外界相接触的介质发生力的作用，推动空气等媒介震荡，便会发出超声波。2.3 超声波传感器的特性超声波传感器的基本特性有两个，他们分别是频率特性和指向特性。2.3.1 频率特性图2-4 超声发射传感器频率特性如图2-4所示,在频率特性图中我们可以看出发射灵敏度与频率呈现这样的关系:随着频率的增加，声能级先升高后降低，在频率f=40khz时，发射灵敏度达到他的峰值116dB即此处发射的超声波最强，这个频率就是超声波传感器的中心频率f0，从中心频率两侧的曲线可以看出，发射灵敏度迅速减弱。超声波接收传感器的频率特性图像的横坐标也是超声波频率，只不过纵坐标是输出放大过的电压信号，他的图像曲线形状和超声波发射传感器的频率特性图相似，在中心工作频率处，电信号输出最大，在f0两侧曲线迅速降低。因此,选择超声波收发传感器首先要看他的中心工作频率是否符合系统设计的要求。输出端外接的电阻R是影响超声波收发传感器频率特性曲线形状的主要原因。如果设定的电阻R很大,那么频率特性曲线会受到影响显得和山峰一样很尖锐,并且在共振频率上振幅很高。如果设定的电阻R较小,频率特性曲线就会变得不那么突出,并且在很大范围内有平滑的带宽,同时灵敏度也不高。并且最大灵敏度出现的位置也会向左平移。2.3.2 指向特性超声波传感器中的压电晶片一般都是圆形,压电晶片做出圆形的结果就是我们可以认为压电晶片上的每一个点都会向四面八方发出振动，辐射出一个个球面波。这些子波因为是一个个球面所以它们是没有方向性的。但是压电晶片外任意一点的声强级却是是这些子波相加的结果(衍射),这些衍射是有指向性。图2-5表示了论文中所选择的发射传感器的指向角与声强级之间的关系。图2-5 超声波发射传感器指向特性2.4 超声波传感器的选择在超声波测量系统中，对工作频率选择如果取得太低，那么外界其他频率的声波对测距效果的干扰就会很明显;如果工作频率取得太高，超声波在传播的过程中又会快速的衰弱，虽然说分辨力变强，但是传播的距离会因此变得很短而不能用长距离测量。本课题中选用的探头是工作频率为4OKHz的收发分体式超声传感器，由深圳科比电子科技有限公司生产的HC-SR04超声波测距模块。它可以测量2cm-500cm内的任意长度，属于非接触方式的距离感应检测，测距精确程度可达到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。其特性参数如表2-1所示。表 2-1 传感器特性参数表电气参数HC-SR04超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40kHz最远射程5m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10uS的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例图2-6 HC-SR04超声波测距模块实物图四个端口的功能：1、VCC 电源端，外接5V的电源2、GND 接地线3、TRIG 数据信号传输端口，触发控制信号输入4、ECHO 数据信号传输端口，接收回响信号输出2.5本章小结本章对超声波测距原理与方法的概述主要分类五个部分。首先从产生方式、主要特点和主要应用三个方面对超声波做了一个基础的介绍;进而去剖析了超声波传感器的内部结构以及压电晶片的正逆压电效应；然后接着从超声波传感器的两个重要参数频率特性和指向特性分析，确定本系统设计中使用的特征参数；根据这些特征参数去选择合适的超声波传感器。第3章 系统硬件设计目前来说用超声波测量技术在不断的更新，但是无论它怎么变，目前所用的工作原理都是不变的，都是应用的压电晶体的压电效应来激励产生超声波。大多数超声波测量系统的关键还是在测量的精度和方便率方面，这就需要从超声波发射电路和接收电路切入，优化发射与接收的电路。另外，组成系统的硬件部分还有单片机系统和显示电路、矫正电路（即温度补偿）。以下逐个分析系统硬件。因为仅靠单片机端口输出的触发控制信号功率是非常弱的，它会直接影响到超声波的有效传输距离，所以在发射电路上都会加上一个功率放大电路。超声波反射回来遇到接受探头，激励探头会发出十几毫伏的电信号，电信号很小的同时还会伴随着其他噪声信号的干扰，所以接收电路上也需要加上一个功率放大电路和滤波电路，过滤掉噪声并将接收信号放大从p3.3端口输入单片机。 单片机接收到输入信号，内部计时器统计超声波传播时间，通过单片机内部编程将时间数据转换成距离，采用TC1602a字符型液晶显示显示当前的环境温度，测量的距离信息和设定的报警距离。蜂鸣器连接着单片机的P1.4接口，接收发出的信号，当测量距离小于设定距离时，蜂鸣器接收信号，发出警报。STC89C52是STC公司生产的一种能耗低、高性价比的CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程的Flash存储器，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、高效率的解决方案。其中发射与接收部分整合成一部，直接用的市场上的HC-SR04超声波模块，显示部分也直接用的TC1602液晶显示屏，温度补偿部分采用的DS18B20温度传感器。硬件原理图如3-1所示。图3-1 硬件原理图3.1 超声波发射电路设计有两种方式发送40KHz的方波脉冲，到外面的世界：硬件方面是555的冲击，而软件是由单片机软件编程。系统采用单片机软件编程的方式由p1.0端口向发射电路输出40khz的触发控制信号，信号放大后送入tct40-16t超声波发射器。电路的发射部分,如图3-2所示。两个一千欧姆的电阻R31和R32被称为输出端上拉电阻，他们的作用有两个，其一是提高反相器74ls04输出高电平的驱动能力，其二是让超声换能器的阻尼效果得到提升，缩短自由震荡持续的时间。图3-2 超声波发射电路图3.1.1 发射电路设计方案发射波形用多少的电压主要和传播过程中的综合损耗有关，另外是需要考虑到发射电路的最大可容许输出电压（20v）和单片机正常的工作电压（5v），发射波形的功率则影响着超声波传播的距离，所以设计发射电路最主要考虑如何在控制发射电压的时候尽可能的去提高发射探头的功率。发射波形保持很好的重复性可以减少滤波是噪音的干扰和反射时波形的能量损失，超声波的发射方式直接影响着发射波形的重复性，本设计测距选择的是间断单脉冲发射，每测距一次，发射接收一次超声波。我们知道发射波形的电压和功率最为关键，所以在这里加入单电源b互补对称功率放大电路,如图3-3所示。图3-3 超声波发射电路3.1.2 超声波发射器的注意事项超声波的振幅、反射的质地、入射波与反射波的夹角和换能器的灵敏度四个条件直接决定了系统的量程。测量的误差主要是下面几个方面的原因：(1)超声波束入射角度对目标检测的影响。(2)当前测量环境下的波速对测量的误差影响，因为无法直接获取当前介质温度，压力，密度下的超声波传播速度，而且进行声速矫正的过程也不能说得到特别准确的波速。(3)入射波和反射波的夹角，因为我们上述一直是把超声波看成是垂直入射，垂直反射的，但是实际测量中不可避免地存在传输和反射之间的夹角，其大小为2a，当a小时，可以直接由S=CVt/2计算距离;当这个角度很大时，必须进行距离校正，修正公式为： （3-1）（4）换能器的灵敏度，接收换能器的灵敏度直接影响系统最小的可测距离和测量误差。实际的调试过程中,在选择入射波与反射波的夹角和提高换能器的灵敏度两个方面做了优化。一,综合考虑每个超声波探头的有效测量角度，这里使用的是发射和接收有效测量角度为45 ；二，使用多组超声波换能器做超声波的发射与接收，多组测量数据综合计算 。超声波接口电路如图3-4所示。图3-4 超声波接口电路图3.2 接收电路的设计接收传感器接收到超声波时，其内部的压电晶片发生逆压电效应，在晶片两侧出现交变的异种电荷，但是电荷数量非常小并且不足以提供电流信号，只能产生微弱的交变电压信号。我们需要将此微弱的交变电压信号放大，所以在接收电路上增加一个前置放大电路，前置放大电路在将有用信号放大的同时还能起到过滤可能的干扰信号的作用。接收电路作为一个承上启下的电路，还承担启动后面的比较器输出电压跳变电左右。这个输出的电信号才是作为判断接收到超声波的标准，同时也是外部中断的基准。图3-5 前置放大电路图前置放大电路如图3-5所示， TL082的输入阻抗需要足够大，因为超声换能器的输出电阻很大（大概有几百兆欧）；同时,设备的输出电压很低(几十毫伏),这也要求前置放大器精度足够高,已提供一个很小的输入补偿电压。R2、R3、Rp决定了信号放大的倍数。通过电路的基础,可以列出:I（3-2）I （3-3）放大器的两个理想化概念告诉我们:在线性区域内工作时1、理想运算放大器的差模输入电压等于零因为开环电压放大倍数AUO为无限大，同向输入端电压和反向输入端电压近似相等，即U-=U+。好像前后两点之间短路一样，但这只是等效意义上的短路，这种现象被称之为“虚短”。2、理想运算放大器的输入电流等于零输入电阻R为无限大，I-=I+=0。可以看作没有电流经过运算放大器，好像两端之前被断路一样，这种现象被称之为“虚断”。故可知本电路中:U+=0，U-=U+=0，且Ii=If所以有 （3-4）上式表明,U0和Ui电压方向相反且成比例关系，比例大小与R2,R3有关。电路的电压放大倍数为: （3-5）不论输入的是交流电压信号还是直流电压信号，经过反向比例放大电路都会输出放到了一定倍数的信号,信号放大电路的原理非常简单,只需要调整R2和R3的电阻大小，就可以实现不同倍数的电压放大。在图中,运算放大器的反相输入与电阻Rp连接。参数选择应该平衡外部直流等效电阻的两个输入的路径,也就是Rp=R2/R3,输入级的偏置电流的偏置电流输入级运算放大器的两个输入的外部电阻产生相等的电压降为了消除放大器偏置电流的输出漂移的影响,所以Rp也被称为平衡电阻。应为要求的输出电压很小只有几十毫伏，这边取R2为1千欧，R3为200千欧，Rp为1千欧。3.3 显示电路的设计输入设备将模拟信号转变成数字信号，输出设备将数字信号转变成模拟信号。两者是目前市面上大多电子产品的基本组成。显示器就是典型的输出设备，在本单片机系统中是不可或缺的一环。在本系统中，显示器要完成这样的工作：显示当前的环境温度，测量的距离信息和设定的报警距离。显示器有各种不同的结构类型，简单的有靠二极管通电发光显示的LED屏显示，复杂的有CRT显像管显示或者TFT液晶显示。综合考虑，这边选择TC1602a字符型液晶显示。3.3.1 LCD显示部分采用TC1602a字符型液晶显示显示当前的环境温度，测量的距离信息和设定的报警距离。 TC1602a显示器可以显示上下2行，一共32个字符长度的内容。 把液晶屏与数码管放在一块进行比较，液晶屏具有如下优点：功耗低省电，占用空间小，显示字符多，使用方便，操作简单，美观。使用时，可以将P0与液晶电缆连接，P2口连接到LCD的线路，如图3-6所示。图3-6 TC1602a液晶显示电路TC1602A它有16个引脚可与外界相连，各引脚功能如下：1脚VSS:接地；2脚Vdd:接5V电源；3脚VO:对比度调整端，LCD驱动电压范围为VddVO。当VO接地时，对比度最强；4脚RS:寄存器选择端，RS为0时，选择命令寄存器IR;RS为1时，选择数据寄存器DR；5脚：读写控制端，为1时，选择读出；为0时，则选择写入；6脚Enable:使能控制端，Enable为1时，使能；Enable为0,禁止；7脚14脚D0D7:数据总线；15脚LED：背景光源，接5V；16脚LED：背景光源，接地。LCD液晶显示屏实物如图3-7所示。图3-7 LCD液晶显示屏实物图3.3.2 温度补偿声速与温度的关系表如下图所示：表3-1 声速与温度的关系表温度（摄氏度）3020100102030405060声速（米秒）312318325332340344350356361368因为不同温度下，超声波的传播速度有差异，所以我们在编写程序的时候不能把波速定义为一个常量而是一个随着当前测量环境温度变化而变化的量。这就是所谓的温度补偿，目的是为了使测量的结果更加精确。这里所使用的是由深圳科比电子有限公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，这种温度传感器具有占用空间小，灵敏度高，受外界影响小，电路简单，价格便宜等优点。DS18B20引脚如图3-8所示图3-8 DS18B20引脚图它的三个引脚功能分别是1、GND为接地端2、DQ为数字信号输入/输出端3、VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图3-9 温度传感器接口电路图温度传感器的2号引脚DQ为数字信号输入/输出端，此引脚与单片机P1.5端口连接，控制DS18B20与向单片机输入温度信号。同时数据总线上还接10千欧的电阻R16。本系统对DS18B20采用外部供电。温度传感器DS18B20实物图如3-10所示。 图3-10 温度传感器DS18B20实物图3.4 报警部分蜂鸣器是一种结构简单的电子发声器，需接直流电源对其供电，大部分的电子产品都有使用，如：汽车的倒车雷达、家用电器的定时报警、电子玩具的发声器件、电话机。目前市面上的蜂鸣器主要有两类：压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器。报警部分主要由一个蜂鸣器B1，一个放大器和一个电阻构成。蜂鸣器连接着单片机的P1.4接口，接收发出的信号。蜂鸣器的下端连接着Q58550三极管放大器，他起到放大音量的作用，与之串列链接R13 一个2千欧的电阻。当测量距离小于设定距离时，蜂鸣器接收信号，发出警报。具体连线如图3-11所示。图3-11 报警电路蜂鸣器实物图如3-12所示。图3-12 蜂鸣器实物图蜂鸣器的长脚是正极，短脚是负极。3.5 单片机主控电路微处理器又称中央处理器，它集成电路发展到一定阶段的产物，一片集成的电路芯片上集成了运算器、控制器以及各种寄存器。单片机是一种高度集成化的芯片，它很像冯洛伊曼提出的经典的计算机结构。计算机经典机构有五个部分组成，分别是运算器、控制器、输入设备、输出设备和存储器。单片机集成了微处理器和存储器（也就是ROM和RAM），没有输入设备和输出设备，但是可以外接，因为它集成了输入/输出接口电路。本课题中的温度补偿电路就属于通过输入接口连接的输入设备，LCD液晶显示电路和蜂鸣器报警电路就属于通过输出接口连接的输出设备，而超声波接口电路既有输出又有输入。另外单片机还把定时器/计数器集成在了一起。本系统所选用的STC89C52单片机是STC公司推出的80C51系列典型产品资源配置中的增强型配置，这一系列的单片机优化了存储器技术，加入了flash存储器，它相比于基本型有多方面的增强：一，片内的程序存储器从4KB增加到了8KB，片内数据存储器从128B增加到了512B；二，16位定时/计数器从2个增加到了3个；三，中断源由5个增加到了6个，其中优先级四个，另外包括4个8位并行口、一个全双工异步串行口。采用PDIP封装，引脚图如3-13所示。图3-13 单片引脚图STC89C52各引脚功能说明如下：几个特殊引脚：RESET：复位端，高电平有效，宽度在24个时钟周期宽度以上，使单片机复位；XTAL2：接外部晶体振荡器的一端，片内是一个振荡电路反向放大器的输出端；XTAL1：接外部晶体振荡器的另一端，片内是一个振荡电路反向放大器的输出端；VSS：接地端；VCC：外接5V电源；EA/VPP：访问内部或外部程序存储器选择信号和提供编程电压；ALE/PROG：地址锁存信号端，复用功能是片内程序存贮器编程的编程脉冲输入；PSEN:输出外部程序存贮器的读选通信号。P1口：P1口的位结构如图3-14所示。图3-14 P1口的位结构p1.0-p1.7:8位准双向I/O口，负载能力为三个LSTTL门；此外p1.0与p1.1这两个引脚有特殊的复用功能，如表3-2所示，这也是51单片机不具备的功能。表3-2 P1.0和P1.1引脚复用功能引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P3口：P3口的第一功能是作为通用的8位I/O准双向接口使用，负载能力为三个LSTTL门。使用条件：向锁存器写入1，内部上拉电阻让引脚高阻抗状态。P3口的位结构如图3-15所示图3-15 P3口的位结构此外P3口也有复用功能，如表3-3所示。表3-3 P3口引脚复用功能引脚号复用功能p3.0RXD:串行口输入端p3.1TXD：串行口输出端p3.2INT0：外部中断0输入端p3.3INT1：外部中断1输入端p3.4T0:定时器/计数器0外部输入端p3.5T1：定时器/计数器1外部输入端p3.6WR：片外数据存贮器写选通信号输出端p3.7RD：片外数据存贮器读选通信号输出端P3口处于复用功能应满足使用条件：1、外部中断处于打开状态；2、串行口处于运行状态；3、定时器/计数器处于外部计数状态；4、需要执行片外数据存贮器的读写指令。P0口： P0口的第一功能是一个8位漏极开路的双向I/O口，使用条件：向锁存器写入1，内部上拉电阻让引脚高阻抗状态。P0口的复用功能是作地址/数据总线使用，当它作为地址数据总线时是一个真正的双向口。3.6实物焊接与运行展示PCB板，又称印刷电路板，作为电子元件电路的提供者。它从诞生起已经发展了一百多年，它主要设计整个电路的版图。采用PCB电路板焊接能够大大减少因为布线问题和人员装配问题引起的不必要的差错，提高了自动化水平和生产劳动率，参考图3-16 电路PCB图与图3-1硬件原理图对电路进行焊接。图3-16 PCB图实物焊接图如3-17所示。3-17 实物焊接如图3-18所示是实测的实物图，从实物图上我们可以看出当前测量环境下的温度为30，我们设定的报警距离是0.30m，系统测定的距前方障碍物的距离是0.41m，这个时候蜂鸣器没有报警。图3-18 实物图3.7本章小结本章的硬件采用模块化设计，将整个系统分成5个部分：单片机系统、发射部分、接收部分，显示部分（包括温度显示）、报警部分，使整个系统的稳定性得到提升，在出现小故障时也方便检查。其中发射与接收部分整合成一部，直接用的市场上的HC-SR04超声波模块，显示部分也直接用的TC1602液晶显示屏，温度补偿部分采用的DS18B20温度传感器。可以说整个硬件部分在满足测距要求的同时价格也是尽量的低，并且模块与模块之间的连接也是很简单，方便焊接与批量生产. 第4章 软件程序设计4.1 主程序设计图4-1 主程序流程图系统工作时,由超声波发射器HC-SR04发射出超声波,单片机的内部计时器T1开始计时,超声波接触到目标物反射回来,超声波接受转换成电信号对其过滤放大, 将信号通过p3.3端口传送至单片机,计时器T1停止工作并得到时间,结合温度测量模块对周围环境温度的测量而提供的较为准确的超声波波速,最终计算出合理而准确的车距,并具有和设定距离对比的适时蜂鸣器报警的功能。各个模块之间的关系如图4-2所示：图4-2 各模块关系图系统主程序：本设计主程序的思想如下：(1)温度显示占两个字符长度，单位，距离显示占4个字符长度，单位为m；(2)每隔900ms测量一下当前环境温度，DS18B20在12位精度下只需要750ms就能完成一个周期测量 ,所以温度传感器满足每隔900ms测量一次温度的要求；超声波传感器间断单脉冲发射，每隔60ms发射一次超声波。(3)按下S,系统自启进行距离测量；(4)系统采用STC89C52的内部计时器：晶振频率12MHz；void main()temperature = read_temp();beep = 0; / delay_1ms(200);P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff; init_1602(); send_wave(); time_init();init_eeprom(); write_sfm3(2,7,set_d); send_wave(); send_wave(); delay_1ms(480);while(1)if(flag_300ms = 1)flag_300ms = 0;temperature = read_temp(); send_wave(); clock_h_l(); if(menu_1 = 0)write_sfm3(1,7,distance); write_sfm2(1,13,temperature); key(); if(key_can 40000) TR0 = 0;flag_csb_juli = 2;distance = 888;break ;else flag_csb_juli = 1;if(flag_csb_juli = 1)TR0=0;distance =flag_time0;if(temperature 500)distance = 888;