无线遥控小车论文

姓 名 王延大 专 业 班 级 12 电子 4 班 论 文 名 称 智能 遥控 小车 指 导 教 师 梁召峰 毕业设计（论文）任务书 专业（班）： 13 电子 1 班 姓名： 陈仕泓 课题名称、主要内容和基本要求 课题名称： 超声波测距离 主要内容： 小 小 测量超声波到反射物的距离，此设计中关键的是计算从超声波发出到途中遇到障碍物反射回来的往返时间，然后利用有关参数根据距离计算公式算出所测距离，要求测距的范围是 10 米，所测到距离要能够实时显示 。 基本要求： 1、 收发传感器均选用超声波传感器； 2、 距离要 求显示； 3、 探测距离 10m； 4、 工作温度 45。 进度安排 周次 工作内容 执行情况 2定题目、明确题目要求、开题报告 5件设计与程序编制 9硬件调试与软硬件完善 11统硬软件联合调试 13写论文、教师审阅论文、完成论文的修改、定稿及评审工作 15 参加毕业答辩 指导教师评语 指导教师签名： 评阅教师评语 评阅教师签名： 毕业设计（论文）成绩 答辩委员会主任签名： 目 录 摘要 . 6 .未定义书签。 第一章 方案的论证 . 7 . 7 . 7 . 7 片机的选择 . 7 片机简介工作原理： . 7 51单片机用于智能小车的优点： . 7 51单片机用于智能小车的缺点： . 8 片机用领域： . 8 . 9 第二章 系统硬件设计 . 系统硬件总体框图 . 各个组成模块 . 总体电路原理图 .未定义书签。 控电路设计 .未定义书签。 动电路 .未定义书签。 第三章 系统软件设计 . .障框图 .四章系统调试 . 1 测试工具： .设计制作与安装 .试过程 .束语 .谢 .考文献 .要 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中 ，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 本文 主要是根据 超声波传感器的原理和特性 ，利用传输中距离与时间的关系 ，计算 从超声波发出到途中遇到障碍物反 射回来的往返时间，然后利用有关参数 ，由距离计算公式算出所测距离，此次设计 采用 片机 为核心器件， 形成相应的测距电路，信号处理电路，自行编制单片机控制程序，并进行硬件调试、软件调试，最后进行软硬件联调，达到性能要求。 该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温 度检测电路及显示电路构成 。 关键词： 超声波 测距 ， 51 单片机 ，传感器 ， 示屏 等 前言 随着我国汽车产业的高速发展，我国已开始进入私家车时代，而随之增加的是交通事故的发生的频率。为了提高汽车运行的安全性，倒车雷达预警系统的问世不仅受到了广大顾客的青睐，也使电子产业成汽车行业中的新兴热点。尤其是近年来倒车雷达受到了商家的热捧， 很多防盗器的生产商纷纷涉足倒车雷达，使得我国汽车电子行业逐渐繁荣起来，倒车雷达俨然形成一个较大的商机，市场也开始呈现出一派竞争的态势。倒车雷达系统经历了三个阶段，六代技术的改良。 最早的是倒车防撞仪，功能单一只能测试车后限定范围内的障碍物，然后发出警报。慢慢的倒车雷达发展到可以根据距离远近程度分段报警。前两个阶段的倒车雷达一般采用集成电路，所以功能比较单一。 随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离，并采用不同间歇鸣叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能 ，能够把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为智能可视倒车雷达系统，它在车尾部装上针孔摄像头，倒车时可以在显示屏上显示车后的真实图像。而倒车雷达控制 系统 的 核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 第一章 方案的论证 片机用于 超声波测距仪 的优点： 1)高可靠性、作用强、低功耗和低价位。 2)多种频率的内部 电自动复位、看门狗、启动延时等作用，零外围电路也可以工作。 3)在相同的系统 时钟下 行速度最快。 片机用于 超声波测距仪 的缺点： 1）功能寄存器多，不适合初学者。 2）供货不稳定，导致价格起伏波动较大，对于长期产品的成本核算不利。不过总的说来这几年还是处于价格下降趋势，毕竟是较新的芯片系列。 3）型号较少，且价格在 15 以下的型号均没有开放总线，对于低成本应用比较困难。 片机的选择 片机简介工作原理： 司生产的一种低功耗、高性能 微控制器，具有 8K 在系统可编程 储 器。 用经典的 核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 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： 8k 字节 512 字节 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4位电路， 3 个 16 位定时器 /计数器， 4个外部中断，一个 7向量 4级中断结构，在本系统中定时器 来测量超声波的传输时间。 51 单片机用于 超声波测距仪 的优点： 1）集成度高，体积小，简单易操作，可靠性好。 2）性价比高，控制能力强。 3）开发装置多。 4）低功耗，低电压，便于生产便携式产品。 51 单片机用于 超声波测距仪 的缺点： 1)解密容易。 2)不具备自编程能力 , 使用不够灵活。 3 )改变延时间受到硬件设置的限制 片机 的应用与设计方案 ： 片机广泛应用于：温度控制系统，电子密码锁，智能风扇设计，宿舍门禁管理系统，自动电阻测量仪等。 本系统主要是基于单片机的测距系统，以 片机为核心控制器件， 分 为超声波发射电路和超声波检测接收电路、显示三部分。 超声波测距电路的设计框图如图 1方案采用单片机作为控制系统，用单片机产生 40超声波，脉冲持续时间为 右，时隔 复进行。此脉冲信号作为计时的起始脉冲，由单片机输出的端口的高频脉冲经过 74反相器功率放大、升压后与超声波探头产生共振，使超声波探头工作，则超声波由超声波发射头发射出去。接收电路由超声波接收器、 成电路组成。使用 成电路对接收探头收到的信号 进行放大、滤波。当 收到反射 40信号时，会在第 7 脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入，停止计数器 数，并读取 射超声波时，压电传感器中的压电晶片受发射电脉冲激励后产生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。接收超声波时，两电极间未外加电，共振板接收到超声波，将压迫压电晶片作振动将机械能转换为电信号。 图 1超声波测距电路的 设计框图 74相器 超声波发射器 超声波接收器 片 机 显 示 屏 因及结果 1） 性价比高，控制能力强 ，开发装置多 。 2）低功耗，低电压，便于生产便携式产品。 3）有众多芯片制造厂商加盟，可广泛选择。 4）利用 简单快速解决和实现我没想要的各种功能。 对于 列单片机和 片机哪个更适合超声波测距仪 的控制芯片。就 片机而言： 首先在价格方面比较昂贵 ，在优化与使用性能上较低，如 它的 32 个通用寄存器中前 16 个寄存器都不能直接与立即数打交道。 因此我决定使用 列单片机：片机作为我们本次智能小车的控制芯片。 第二章 系统硬件 电路 设计 统硬件总体框图 本系统的硬件电路主要分为单片机系统、显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路四部分。 图 2体设计方框图 片机系统 电路超声波发射电路 超声波接收电路 片 机 显 示 电 路 电源 图 2片机 片机 片机最小系统电路是整个硬件电路中非常重要的一部分。单片机系统主要起控制电路中的各部分能够按照设计要求正常工 作的作用，在本电路中单片机采用 用了 12精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机 主要性能如下： 1. 增强型 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051.2 2. 工作电压： 5V 单片机） /3V 单片机） 0 40当于普通 8051 的 0 80际工作 频率可达48. 用户应用程序空间为 8K 字节 5. 片上集成 512 字节 . 通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： 1/3 是准双向口 /弱上拉， 是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. 系统可编程） /应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（ 接下载用户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有 能 9. 共 3 个 16 位定时器 /计数器。即定时器 路，下降沿中断或低电平触发电路， 式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口（ 还可用定时器软件实现多个 2. 工作温度范围： +85（工业级） /0 75（商业级） 钟电路 常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种为外部时钟方式，本系统采用的是内部时钟方式。 51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚 出端为引脚 这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容。这里晶振的振荡频率为 12路中的 2个电容选为 30 位电路 本系统设计是的上电自动复位电路，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，当电源接通时只要 上升时间不超过 1可以实现自动上电复位。 在本系统的显示电路的设计中主要采用的是 4 位共阴 码管，根据 码管内部发光二极管的连接方式，数码管结构可以分为共阳极型和共阴极型两种，共阴极型的内部发光二极管是由阴极连在一起接高电平。由于 输 出电压很低，无法驱动数码管点亮，在此用 74动；显示电路如图 2 图 2示电路 超声波发射电路主要由六反相器 74声波发射电路如图 示。单片机 口向外输出超声波脉冲信号，该信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两极反相器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度 。输出端采用两个反相器并联，用以提高驱动能力。其中的上拉电阻 2 一方面可以提高反相器 74出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。 图 2声波发射电路 相器 在本系统的超声波发射电路中采用的反相器是六反相器 74片，其引脚结构如图： 图 2片 74脚结构 由其引脚结构可知， 7 脚接地， 14 脚接电 源，剩下 12 个管脚可分为六个反相器，其中 Y 为输出端，例如： 11Y 输出。 声波传感器 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率通常在 20围内，超过 20于 20用的超声波频率为几十 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它的波形有纵波、横波、表面波三种。质点的振动与波的传播方向一致的波称为纵 波；质点的振动与波的传播方向垂直的波称为横波；质点的振动介于纵波与之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减的波称为表面波。横波、表面波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体及气体中传播。 超声波检测接收电路主要是由红外线检波接收的专用芯片 及超声波接收传感器 R 构成的，其电路图如图 示。考虑到红外遥控常用的载波频率 380为接近，而且 载波频率可以通过其 5 脚与电源所接的电阻大小调整到 40以可以利 用它制作超声波检测接收电路。用 信号时输出高电平），具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。以集成片 7 脚做为指今输出端，利用单片机外中断 0 口监测超声波接收电路输出的返回信号； 5 脚与电源之间所接电阻 大小决定着它本身的带通滤波器的中心频率 的大小，在本系统中选择 阻值为 200k ，此时的中心频率 =40声波接收传感器 R 接在 1脚与地所接电容 两端，根据测量范围要求不同，可适当更改接于超声波接收传感器 R 电极两端的电 容 大小，以改变接收电路的接收灵敏度和抗干扰能力 。 1 2 3 4 5 6 7 8超声波接收电路图 2声波接收电路 红外线检波的专用芯片 8脚单列直插式塑封结构，示，它的主要功能是对接收到的超声波信号进行放大、滤波。它主要是由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器（ 峰值检波器和波形整形器等组成。其主要特点如下： （ 1）低电压供电（ V），低功耗（ V 时，典型功耗为 9 （ 2）带通滤波器在集成电路内部，滤波特性由 5脚和电源之间外接电阻的阻值来决定，可不必进行调整，带通滤 波器的频率范围为 30 60于没有使用电感，可免受磁场的影响。 （ 3）集电极开路输出，能直接与 路相连 使用 0106A 集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80下是 引脚注释。 1 脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为 40 2 脚：该脚与地之间连接 联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻 1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但 改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为 。 3 脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为 f。 4 脚：接地端。 5 脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率 值越大，中心频率越低。例如，取 R=20042取 R=220中心频率 38 6 脚： 该脚与地之间接一个 积分电容，标准值为 330果该电容取得太大，会使探测距离变短。 7 脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为 22有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。 8 脚：电源正极， 5V。 第三章 系统软件设计 程序 的 设计 ： 系统初始化后就启动定时器 0开始计数，此时主程序进入等待，当到达 60 1 溢出进入 断服务子程序；在 断服务子程序中将启动一次新的超声波发射，此时将在 脚上开始产生超声 波脉冲信号，同时开启计数器 数，为了避免直射波的绕射，需要延迟 1 再开 断允许； 断允许打开后，脚出现低电平则代表收到回波信号，将提出中断请求进入 断服务子程序，在 断服务子程序中将停止计数器 取计数器 数值到相应的存储区，同时设置接收成功标志；主程序一旦检测到接收成功标志，单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离；此后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将报警；如果没有检测到接收 成功标志，则继续等待回波；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将再次启动 溢出，进入下一次测距。主程序的流程图如图 3示： 图 3程序框图 开始 系统初始化 启动定时器 时 调用距离计算 显示距离 清回波接收成功标志位 回波接收成功标志 位置 1 N Y 启动计数器 始计数，开外部中断 整个系统的设计当中，首先就是要进行硬件设计，硬件设计以及焊接完成后，就是硬件调试部分。总体来说，超声波测距系统的制作和调试都较为简单，其中超声波发射和接收选用的是 16 的超声波传感器 T/中心频率为 40焊接时应保持两传感器的中心轴线平 行并相距 4 8余元器件无特别要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。下面就来说明一下本系统的硬件调试部分。 在焊接显示部分时，跳线太多结果把数码管两个引脚焊反了，在调程序时数码管有两段示反了。后来重新焊接后解决问题。 用万用表检测硬件电路是否有断接、短接等情况，同时重点检查一下高、低电平的连接有没有错误。在此检查中由于焊接的过于密集发现在 74出现短接，后将短接处的锡吸掉后重新焊接后解决，改正后继续检测，没有发现其它的错误了，硬件调试结束。 在编程时提示有错误产生，提示说不可以调用延时程序，检查发现是在主程序中的显示部分用到的延时程序放在了主函数的后面，而前面又没有定义，导致无法调用，后来将程序调到前面后解决。 软件程序是在 片机仿真系统中完成的，软件程序的主程序以及各部分子程序都编完后，进行软件编译，编译不通过，提示说在发生脉冲程序中的 _没有定义，原来是头文件中没有定义，加上 #文件后，继续编译。之后没有太大的问题。 所以本程序在设计中并没有太大的逻辑上的错误，只是有一些语法上的错 误，比如重复定义等，经过调试修改后，没有了语法上的错误，软件调试结束。 # /头文件 #10; /发射超声波端口 32; /接收超声波端口 0= 0, /接收变量 /接收标志 ; /初始化函数 /延时子函数， 2 个空指令 _; _; /延时 1 i; i=0;i=3000); ; 总结 通过这次的单片机设计，我获益良多。在做设计的这段时间里，我深刻的体会到自动化专业是一门工程特点和实践性很强的学科，加强工程训练，特别是技能的培养，对于工程人员的素质和 能力具有十分重要的作用。使我在设计电路的过程中提高了自身运用知识的能力，也为将来的工作打下了坚实的基础，同时也让我对电子技术产生了更加浓厚的兴趣，更加深了对本专业知识的热爱与追求。 在做单片机课程设计的过程中，我将这几年里所学的有关本次设计的基础知识和专业知识又复习了一遍，特别是单片机方面的知识，对单片机的原理以及接口方面的知识做了进一步的理解，以便能够更加顺利地完成此次毕业设计。同时在焊接过程中，一定要先弄明白且读懂原理图。搞明白整个电路图的原理，还要细心和仔细，因为每一个焊点你都要牢固以保持它的耐用性， 更不能出现虚焊和漏焊的事情发生。同时你必须对芯片的特性都非常清楚，这样你才能让你的实际电路达到你所要求的性能，双列直插的芯片引脚彼此都挨得很近。而每一个引脚都有不同的功用，有的是输出端，有的是输入端，所以在焊接时这些点都是应该特别注意的地方。否则轻者电路的功能实现不了，重者会造成芯片永久的损坏。所以在以后的学习和工作中，当我要使用某个器件时一定要先查资料，将它的工作原理搞清楚，然后再进行实际的操作。这样往往会事半功倍。还有我体会到的一点是电路仿真和实际有一定的差别，在仿真中我们只需要明白电路的工作原理即可， 在实际组装电路时，我们要根据实际器件的性能和仿真图的原理来进行调试，二者都很重要。 根据以上设计的完成功能来看，已基本上完成了本次设计的题目要求，但由于个人能力有限，设计中也难免会有错误和疏漏，所以还肯请各位老师以及同学多多批评指正。 致谢 首先感谢我的专业老师梁召峰，在梁老师的耐心指导、帮助下，我才能顺利完成毕业设计。从电路的设计到调试整个过程中，我都从 梁 老师那里学会了很多专业方面的知识。 其次 感谢 郭志林师兄 ，在我的毕业设计中给单片机烧录程序 和焊接电路的过程中给予了我帮助。最后感谢在这整个设计过程中帮助过 我的所有朋友们 。 参考文献 1高光天 M学出版社， 2004 2赵负图 M学工业出版社， 2003 3 林渭勋 . 现代电力电子电路 M江大学出版社， 2005. 4 陈国成 M国电力出版社， 2004. 5陈平、罗晶 M子工业出版社， 2003 6夏继强 . 数据采集系统实用设计 J. 自动化学报 , 2001， 19(4):318 410. 7徐惠民、安德宁 单