汽车倒车测距仪设计论文

密级学号院、(系)题目：汽车倒车测距仪设计学位申请人：指导教师：学科专业：学位类别：2011年06月I汽车倒车测距仪设计摘要随着科学技术的快速发展，超声波在传感器的应用中越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。本文介绍一种基于AT89C2051单片机的超声波测距仪系统，该系统根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为接口部件，应用单片机技术利用超声波在空气中的时间差来测量距离，从而设计了一套超声波检测系统。本文提出了微处理器控制的超声波汽车倒车测距系统的设计方案。微处理器计算超声波从发射到接收的时间，在数据处理中采用温度补偿技术对超声波在空气中的传播速度进行修正，计算出距离，并根据障碍物与车尾的距离远近情况发出不同等级的报警声，同时显示车后障碍物与车体的距离。文章概述了超声波探测器的发展状况及基本原理。对测距系统发射、接收、检测、显示等部分的设计方案进行了分析。从系统的性能需求、实用要求出发，对系统组成、检测原理和方法做出选择并对软硬件进行了设计。本文详细叙述了系统的硬件设计过程，并给出了系统软件设计程序流程图，通过误差分析，说明了系统应用的实用性。关键词：超声波；测距仪；单片机IIThedesignofCarparkingrangefinderAbstractAsscienceandtechnologyisdevelopingrapidly,ultrasonicsensortotheincreasingapplicationofCanton.However,thepresentleveloftechnology,peoplecanusethespecificsensortechnologywasverylimited.Therefore,itisaboomingandhaveunlimitedprospectsforthetechnicalandindustrialfields.ThisarticleintroducesanultrasonicrangefinderbasedontheAT89C2051microcomputer,thesystemaccordingtoultrasoundintheairreflectionprinciplesofthedissemination.anditusestheultrasoundsensorasinterfacecomponentsfortheapplicationofthedistancemeasurebasedbymicrocomputertechnologyandthemarginoftimethatultrasoundtransmitinair,therebythesystemsofdesignofultrasoundtestcomesintobeing.ThispaperintroducesthedesignofultrasonicrangesysteminBackCarbasedonmicroprocessorThemicroprocessorcontrolthetimeandtransmittingandreflectingbackofultrasonic，thedistancecanmeasurethroughcalculatingthespeedofultrasonicincar,andusethetemperaturecompensationamendmentinthedataofthespeedprocessingThesystemcanalertaccordingtothechangingdistance,thedistancecouldbedisplayedonrealtimeaswellThispapersummarizesthedevelopmentandfundamentalprincipleofultrasonicdetection.Andthenthetransmission,receiver,detection,displayschimeofthisdistancemetersystemisbroughtout.Startingfromtheperformancedemandandrequirementofutility，theopinionistochoosethesystemcomponent，testingtheoryandmethods，designboththehardandsoftwareItdescribesthehardwaredesignofthesystemindetail，andprovidestheproceduralflowchartofsoftwaredesignItexplainstheappliedfunctionofthesystemthroughtheerroranalysisKeywords:ultrasonic;rangefinder;microcomputerIII前言在现代信息高度发达、生活节奏如此快的社会中，电子信息技术的应用随处可见。在本文的生活中，已投入使用的有：电视机、手机、电脑、先进的工业控制系统、通信雷达系统和卫星遥感系统，甚至是汽车倒车、无人侦查飞机等无一例外的不使用到电子信息技术。现代信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术。其中，计算机相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。由于传感器的重要性，各发达国家都将它视为现代高新技术发展的关键，我国在20世纪80年代以来也已将其列为国家高新技术发展的重点。21世纪是人类信息电子化的时代，作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有更大的发展空间。有专家认为，我国今后传感器方面的研究和开发应是：微电子机械系统、汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生和食品业检测传感器以及新型敏感材料等。本文设计了一种基于AT89C2051单片机控制的超声波汽车倒车测距仪。用超声波传感器发射和接收超声波测距，DS18b20芯片进行温度补偿，经过单片机处理数据并计算声速及距离，用LED数码管显示距离，并适时报警。根据以上，本文的主要研究内容有以下几个方面:(1)概述超声波汽车倒车测距仪设计的目的和意义，发展现状及意义。(2)简要论述超声波汽车倒车测距仪的工作原理、基本组成，以及系统的方案，工作流程和系统的性能要求。(3)重点对超声波汽车倒车测距仪硬件部分进行了分析与设计。主要是对超声波发射、接收、温度测量，报警及显示电路的分析与设计。(4)较为详细的分析了超声波汽车倒车测距仪的测量误差及精度控制，并给出了流程图和相关程序。(5)最后对超声波汽车倒车测距仪的研究作了结论。IV目录摘要.IABSTRACT.II前言.III1绪论.11.1选题目的及意义.11.1.1超声波概述及其应用.11.1.2超声波汽车倒车测距仪的应用和发展现状.21.2本章小结.32方案设计与论证.42.1测距及提示方式介绍.42.1.1测距方式.42.1.2报警提示方式.52.2方案确定.62.2.1测距仪测距方案.72.2.2发射方案.72.2.3接收方案.82.2.4温度补偿方案.82.2.5显示及报警方案.82.3本章小结.83系统硬件设计.93.1系统硬件框图设计.93.2单片机选型及复位电路设计.10V3.3超声波发送电路设计.113.4超声波接收电路设计.123.5温度补偿电路设计.143.6报警电路设计.153.7显示电路设计.163.8电源电路设计.173.9本章小结.174系统软件设计.184.1系统软件实现.184.1.1超声波信号控制.184.1.2误差分析及超声波信号处理.184.1.3数据显示.194.2主程序及系统初始化子程序设计.194.2.1主程序设计.194.2.2系统初始化子程序.204.3超速波测距模块子程序设计.214.3.1超声波测距模块子程序设计.214.3.2数据处理子程序设计.224.4温度补偿子程序设计.224.6本章小结.365结论.37参考文献.38致谢.39毕业设计（论文）知识产权声明.40VI毕业设计（论文）独创性声明.41附录.421绪论11绪论1.1选题目的及意义随着汽车产业的发展和人们生活水平的不断提高,汽车的数量逐年增加,例如截止2010年年底,我国汽车产销量双双突破1800万辆,不仅蝉联世界第一，且创全球历史新高。这样就造成了公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤不堪。汽车驾驶员越来越为驾车的安全担心了,其中倒车就是一个典型。比如在繁忙、拥挤、狭窄的地方倒车时,驾驶员即要“瞻前”,又要“顾后”,往往一不小心,就会与汽车尾部障碍物发生碰撞事件。因此，泊车就成为很多车主头痛的问题，这时汽车倒车测距仪,即倒车雷达就成为了你的好助手，这样可以使驾驶者倒车时做到心中有“数”，使倒车变得更轻松。1.1.1超声波概述及其应用自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。经过一个多世纪的发展，超声波应用技术十分广泛。人们可听到的声音频率为20Hz20kHz，即为可听见波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为低频声波，20kHz以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围为100Hz8kHz。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，为此，利用超声波的这种性质就可制成超声波传感器。另外，超声波在空气中传播速度较慢，大约为340m/s，这就使得超声波传感器使用变得非常简单。理论研究表明,在振幅相同的条件下,一个物体振动的能量与振动频率成正比,超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大.在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气湿度.这就是超声波加湿器的原理.如咽喉炎、气管炎等疾病,很难使药物通过血流到达患病的部位.利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够提高疗效.利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛，像现在的彩超、B超、碎石（例如胆结石、肾结石祛眼袋之类的）等等。根据超声波沿直线传播的特性，本文可以利用它进行定向发射。例如，“声纳”可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度。根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变。而且，很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官。以昆虫为食的编幅，视觉很差，飞行中不断发西安工业大学毕业设计（论文）2出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。现代的无线电定位器-雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器。本文主要是利用超声波反射的特点，来研究超声波在测距方面的应用。1.1.2超声波汽车倒车测距仪的应用和发展现状倒车测距仪(倒车雷达)的快速发展始于20世纪末21世纪初，经过几年的时间，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达在几年的时间里大致经过了六代的演变。第一代：倒车时通过喇叭提醒。想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，只要司机挂上倒档，它就会响起“倒车请注意”的报警声，提醒周围的人注意，不能算真正的倒车雷达，已经属于淘汰产品。第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8m1.5m处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，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。第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8m开始显示；如果是人，在0.9m左右的距离开始显示。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3种颜色来区别：绿色代表安全距离；黄色代表警告距离；红色代表危险距离，必须停止倒车。第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，但安装在车内影响美观。第四代：液晶屏动态显示。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障碍物的距离，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LCD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。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，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2m以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：专为高档轿车生产。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还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。对于汽车倒车雷达来说，目前后装市场上倒车雷达品牌多达几十种，基本上国产品牌占90%，而进口产品较少，以采用24探头的产品居多，价格在2002000元之间。探头越多，价格越贵。西安工业大学毕业设计（论文）3因此有很多厂家生产倒车雷达，比如，主要品牌有铁将军、奇科、固地、泊车宝、豪迪、伊莱、全安、CISBO视博、佐敦、PLC、车侣、赢时通、飞达、视安、永泰和等。1.2本章小结本章为课题的准备部分，主要对超声波这一技术进行阐述。并对超声波汽车倒车测距仪的应用和发展现状进行了介绍，为后期工作做好准备。西安工业大学毕业设计（论文）42方案设计与论证52方案设计与论证2.1测距及提示方式介绍2.1.1测距方式测距方式发展到现在已经有很多种，但由于测量精度和稳定性的要求，选择一种合适的测距方式对系统的性能提高有很大帮助。目前，汽车倒车测距仪的距离测量方式多种多样，主要有超声波测距、激光测距、红外线测距、CCD摄像机这几种，下面对它们各自的特点进行详细的介绍：（1）超声波测距超声波一般指频率在40KHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置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。超声波在空气中传播的速度会受到温度、湿度、大气压力等因素的影响，在这些因素中，温度对其速度的影响更大一些，而且环境温度的变化更为经常。研究表明，声速c与热力学温度的平方根成正比，温度越高声速越大，温度越低声速越小。0时，空气中声速的实验值为331.45m/s，而空气中声速的近似表达式为：(m/s)，根31.4/273c据计时器记录的时间t，可以计算出发射点距障碍物的距离s，即:s=vt/2=ct/2。这就是所谓的时间差测距法。（2）激光测距激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内的光电二极管，利用计数器计算激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成像速度。在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值。同成像西安工业大学毕业设计（论文）6式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境是处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。（3）红外线测距红外线的波长比可见光线长，是肉眼看不见的光，波长为0.751000m。有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。车载传感器通过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。但其由于波长及大小很难准确分辩，因此红外传感器角度分辨率高，而距离分辨率低。由于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。但是,它比较容易受到光源和热源影响。（4）CCD摄像机CCD(ChargeCoupledDevice)摄像机即电荷耦合器摄像机，它是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。通过以上介绍可以看出，超声波测距仪原理简单，在自身特性谐振点40KHz附近可获得较高的灵敏度；谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计；超声波测距系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常用于在短距离测距，最佳距离为45m，一般应用在汽车倒车防撞系统上。综上，通过几种测距方式相比较，超声波测距根据其特点，它在短距离和低速测量上更具优越性。因此本设计采用超声波测距这种方式。2.1.2报警提示方式报警提示方式好坏是设计的汽车倒车探测器是否实用的重要标志。目前主要有轰鸣器提示、数码波段显示、液晶荧屏显示，魔幻镜显示，音响提示等单个或多种方式相结合的提示方式，下面对这几种报警提示方式进行介绍：(1)轰鸣器提示西安工业大学毕业设计（论文）7车体与障碍物距离的改变使电路中电压或电流变化不同给蜂鸣器不同信号，轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。此方式没有语音提示，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，对司机帮助不大。(2)数码波段显示数码和波段组合在一起，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别：绿色代表安全距离，一般表示障碍物与车体的距离有0.8m以上；黄色代表警告距离，一般表示与障碍物的距离只有0.60.8m；红色代表危险距离，一般表示与障碍物之间只有不到0.6m的距离。这种方式比较实用，一目了然，但没有声响，警示效果不好。(3)液晶荧屏显示动态显示，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。(4)魔幻镜音响提示其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置，颜色款式多样。语音提示比较方便，避免驾驶员过度关注显示器，分散注意力。但需要专业集成芯片，技术上较为复杂。此方案造价较高，比较适合高档汽车，可以按照个人需求和车内装饰选配。(5)声音数码距离显示指示灯数码管显示距离，声音、指示灯提示，比较实用，直观，方便。通过对预警提示方式的分析，综合其特点，采用声音、LED数码管相结合的提示方式。2.2方案确定根据超声波测距其特点，本方案采用AT89C2051单片机作为主控制器，利用DS18b20测温芯片进行温度补偿来达到一定测量精度要求，用LED数码管显示距离，用扩音器报警提示。当驾驶员在倒车时挂入倒档，测距仪系统启动。AT89C2051单片机控制由555定时器及超声波换能器NU40C16-T组成的发射电路发射超声波，同时启动内部定时器T0开始计时。本方案确定系统结构框图如图2.1所示。图2.1系统结构框图超声波换能器NU40C16-T超声波换能器驱动电路AT89C2051单片机扩音器报警电路超声波换能器NU40C16-R隔直滤波三级放大电压比较器阀值可调温度测量DS18b20数码管显示距离西安工业大学毕业设计（论文）8当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，经过超声波换能器NU40C16-R接收，然后经滤波电容，放大器，电压比较器传给单片机的INT0口。如果INT0接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返回，微处理器进入中断，关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算结合由所测温度值换算出的声速值就可以得出车体与障碍物之间的距离。根据计算的车体与障碍物之间的距离值及其与设定距离值的比较结果给显示电路及预警提示电路不同提醒信号，产生不同的声音效果，以便能够引起驾驶人员注意，并且能够采取相应的措施和行动。2.2.1测距仪测距方案除了上述方案分析比较中讲述的超声波测距所独有的优点外超声波测距在某些特定场合还有着显著的优点，超声波测距系统是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量，所以它能够在某些特定场合或环境比较恶劣的环境下使用。考虑到所设计产品是主要服务于普通用户，而且要求结构简单、制作方便、成本低廉实用性强。因此本设计选择利用超声波传感器来作为探测器。由发射波束特性知，由于扩散角的原因，超声波的角度分辨率较低，但距离分辨率较高(1cm左右)，目前最大探测距15m，最小盲区0.3-0.4m。超声波传感器具有反应灵敏、探测速度快(一个测量周期仅需几十毫秒)的优点，而且结构简单，体积小，成本低。传感器的工作频率是测距系统的主要技术参数，它直接影响超声波的扩散和吸收损失，障碍物反射损失、背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。工作频率的确定主要基于以下几点考虑:(1)如果测距的能力要求很大，声波传播损失就相对增加，由于介质对声波的吸收与声波频率的平方成正比，为减小声波的传播损失，就必须降低工作频率。(2)工作频率越高，对相同尺寸的换能器来说，传感器的方向性越尖锐，测量障碍物复杂表面越准，而且波长短，尺寸分辨率高，“细节”容易辩识清楚，因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看，工作频率要求提高。(3)从传感器设计角度看，工作频率越低，传感器尺寸就越大，制造和安装就越困难。综上所述，由于本测距仪最大测量量程不大因而选择测距仪工作频率在40KHz，发射角与接收角均为60度的锥角。这样传感器方向性尖锐，且避开了噪声，提高了信噪比；虽然传播损失相对低频有所增加，但不会给发射和接收带来困难。所以本方案选用的探头是收发分体式40KHz的超声传感器。2.2.2发射方案发射电路通常有调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈(有时装在探头内)，调谐频率由调谐电路的电感、电容决定。发射出的超声脉冲频带较窄。在非调谐式电路中没有调谐元件。发射出的超声频率主要由压电晶片的固有参数决定，频带较宽。本文采用非调谐式。为了将一定频率、幅度的交流电压加到发射传感器的两端，使其振动发出超声西安工业大学毕业设计（论文）9波，电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率40KHz。这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的特性。发射电压从理论上是越高越好，因为对同一个发射传感器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，这样能够在接收传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收电路的设计就相对简单一些。但是，每一个实际的发射传感器有其工作电压的极限值，即当工作电压超过了这个极限值以后，会对传感器的内部造成不可回复的损害。因此，工作电压不能超过这个极限值。发射部分的点脉冲电压很高，但是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压只达毫伏级，甚至微伏。要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。本文采用由555定时器构成的多谐震荡器驱动超声波传感器，驱动频率为40KHz。2.2.3接收方案在超声波发射完毕后，再延迟一小段时间才能进行接收，目的是保证超声波距离测量的精度。超声波回波经过超声波接收传感器，电容隔直滤波，三级增益放大后进入比较器LM324，这样在比较器的输出端将得到40KHz的方波输入到单片机INT0引脚以产生中断。但是由于超声波传感器固有特性，即盲区的存在，对回波的接收和处理造成了一定程度的影响。2.2.4温度补偿方案温度对超声波波速影响非常大，极大的影响测距精度，需要进行温度补偿。本设计采用DS18b20芯片进行测温。由单片机处理后进行补偿。DS18b20芯片是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，温度测量范围是-55到+125，可编程为9位到12位A/D转换精度，测温分辨率可调。2.2.5显示及报警方案倒车探测器在其侦测区内检测到障碍物时，扩音器会根据车与障碍物的距离发出警告声。同时数码管显示相应距离。这样用户不仅可以很快的判断出障碍物的大概距离，还可以清楚的知道详细距离。本方案采用以下3个频率段进行预警提示（通过软件实现）：A段：测量距离50cm扩音器则长鸣。B段：测量距离为50cm100cm扩音器以相应较高的频率的报警提示；C段：测量距离为100cm150cm扩音器以相应较低的频率报警提示；距离大于150cm报警器则关闭。本方案采用555定时器组成电路驱动扩音器。显示器由四个八段数码管组成，由串行输入显示接口芯片MC14499驱动。2.3本章小结本章主要是对课题研究方案的阐述。分别对测距及提示方式进行了介绍，并且对方案进行了确定。包括超声波测距仪测距方案、发射及接收方案、温度补偿和显示报警部分的西安工业大学毕业设计（论文）10方案作了详细阐述，为后面的硬件部分研究工作做好准备。3系统硬件设计113系统硬件设计对一个系统的硬件设计来说，其设计的好坏决定着控制效果、精度和成本等问题。随着时代科技的迅猛发展，传感器技术水平的不断提高，在非接触测量领域中，利用超声波传感器测量距离的技术也日趋成熟。基于单片机的超声波测距仪具有很强的抗干扰能力、高精度、低功耗、体积小等优点使得它在勘探测量领域、汽车倒车雷达、机器人定位和其他安全防范等领域中得到了广泛的应用。本文根据第2章的设计方案及要求，综合设计系统的硬件部分，再结合后面的软件部分使系统控制达到最佳效果。3.1系统硬件框图设计根据第2章方案的设计与论证，结合超声波测距原理，本文采用AT89C2051单片机作为主控制器，XTAL1和XTAL2接12MHz晶振构成的时钟电路。P1.3口控制由555定时器及超声波探头NU40C16-T组成的超声波发射模块发射超声波。P1.0P1.2口控制显示电路部分，P1.4口控制报警电路，P1.5口控制测温电路。当超声波信号碰到障碍物时，经过超声波探头NU40C16-R接收信号立刻返回，经滤波电容，放大器，电压比较器传给单片机的INT0口一个低电平。超声波声速经过温度补偿后，再根据发射和接收的时间差来计算距离，然后根据距离大小来驱动LED数码管显示，并根据实际所测得的距离报警提示。系统硬件框图如图3.1所示。图3.1系统硬件框图+5VAT89C2051超声波接收模块超声波发送模块测温电路报警电路复位电路晶振电路显示电路GND西安工业大学毕业设计（论文）123.2单片机选型及复位电路设计对一个设计方案来说，单片机的选择的好坏对整个系统的影响，包括系统硬件和软件方面的影响，而且对设计的可行性和设计成本影响很大。根据设计要求和考虑成本等问题，综合其他因素，本设计选择AT89C2051单片机。AT89C2051系列单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。AT89C2051还有以下特点：15根I/O线、2个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外，AT89C2051还支持二种软件可选的电源节电方式。空闲时，CPU停止，而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。可掉电保存RAM的内容，但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。AT89C2051单片机可提供许多高性价比的应用场合。单片机复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。复位电路的好坏直接影响单片机的系统工作的可靠性。单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，复位后PC0000H，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位的条件是：必须使RST引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)以上的高电平。本文中时