基于单片机的倒车检测及报警系统设计

诚信承诺书本人慎重承诺和声明本人在毕业设计（论文）过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在指导教师的指导下独立完成，没有剽窃和抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，若有违规行为的发生，我愿接受学校处理，并承担一切法律责任。论文作者签名年月日重庆邮电大学本科毕业设计（论文）I摘要随着我国经济的飞速发展，汽车的需求量急剧增加，现在家家户户拥有汽车已经成为现实。但是随着汽车数量的增加，其引发的事故也不断在增加。倒车引发的汽车事故也占不小的比重，而倒车时车尾存在的盲区是其主导因素，因此解决倒车盲区是安全驾驶必须要解决的问题。本设计采用以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、数据处理子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。该设计通过模块的组合和软件的控制，实现了设计要求的功能。本设计在使用上面方便，成本较低。不但完成了这些功能，还达到了汽车倒车的安全指标。【关键词】STC89C52超声波测距蜂鸣器LCD重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFOURECONOMY,THEDEMANDFORCARSHASINCREASEDDRAMATICALLY,ANDNOWEACHANDEVERYFAMILYHASACARHASBECOMEAREALITYBUTWITHTHEINCREASINGNUMBEROFCARS,THEACCIDENTSAREINCREASINGREVERSINGREARBLINDSPOTISTHEDOMINANTFACTORANDFINALLYSOLVEDREVERSEDEADZONESBESAFEDRIVINGHAVETORESOLVETHISPROBLEMATTHECOREOFTHEDESIGNUSINGSTC89C52LOWCOST,HIGHACCURACY,MICROFIGURESSHOWTHATTHEULTRASONICRANGEFINDERHARDWAREANDSOFTWAREDESIGNMETHODSMODULARDESIGNOFTHEWHOLECIRCUITFROMTHEMAINPROGRAM,DATAPROCESSINGSUBROUTINE,DISPLAYSUBROUTINEMODULESFORMSCMCOMPREHENSIVEANALYSISOFTHEPROBESIGNALPROCESSING,ANDTHEULTRASONICRANGEFINDERFUNCTIONTHEOVERALLSYSTEMDESIGN,HARDWAREANDSOFTWAREAREPRESENTEDTHEDESIGNOFTHECONTROLMODULESANDSOFTWARE,ACHIEVETHEDESIGNREQUIREMENTSOFFUNCTIONTHEDESIGNISEASYTOUSE,LOWCOSTTHESEFEATURESARENOTONLYFINISHED,ALSOREACHEDTHEAUTOREVERSESAFETYINDICATORS【KEYWORDS】STC89C52ULTRASONICRANGINGBUZZERLCD重庆邮电大学本科毕业设计（论文）1目录前言1第一章绪论2第一节研究背景与意义2第二节倒车防撞系统的发展3第三节研究目的及可行性分析4第四节研究内容与文章结构5第五节本章小结6第二章系统方案设计7第一节系统整体方案7第二节控制系统介绍8第三节测距系统介绍10第四节显示报警系统15第五节本章小结18第三章系统硬件设计19第一节系统总电路图19第二节超声波测距模块设计22第三节LCD1602显示模块设计22第四节蜂鸣器的硬件设计23第五节PCB板的制作23第六节本章小结24第四章系统软件设计25第一节主程序设计25第二节测距模块的设计28第三节显示模块的设计29第三节蜂鸣器报警程序31第四节本章小结32第五章系统调试及误差分析33第一节硬件的调试33第二节软件的调试34第三节误差分析35重庆邮电大学本科毕业设计（论文）2第四节本章小结36结论37致谢38参考文献39附录41一、英文原文41二、英文翻译51三、程序58重庆邮电大学本科毕业设计（论文）1前言随着我国经济的建设、社会的进步、人们生活水平的提高，汽车已经与老百姓的生活密不可分，而其作为重要的交通工具，在人们生活中的作用也越来越重要。但是伴随着汽车数量的增加，同时也由于驾驶者本身技术的不熟练，或是道路及停车条件的影响，导致了交通事故频发。在汽车事故中，由倒车引发的比重所占较大。因为在倒车时汽车后视镜有死角，驾驶员目测距离的误差、视线模糊等原因使汽车倒车存在极大的安全隐患，因此解决倒车盲区是关乎安全驾驶的首要问题。因此汽车产品家族中“倒车防撞系统”应需而生。通过调查，我们发现很多汽车驾驶员都希望自己的车具有发现汽车尾部障碍物的设备，并能为自己提供驾车提示，以此来减少事故的发生，保证行驶安全。倒车检测及报警系统的产生不仅满足了广大驾驶员的需求，从一定程度上帮助人们解决了一些汽车驾驶的问题，同时也大大降低了倒车时事故发生的概率。随着汽车技术的不断发展，人们对于倒车防撞系统的要求也越来越高，为了满足人们的需求，倒车防撞系统在短短的几年中完成了飞速的发展，并还有很大的发展空间。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）2第一章绪论第一节研究背景与意义一、研究背景随着社会的进步，工业经济的发展，汽车作为一项重要的代步工具，已然成为了人们生活中不可或缺的必需品之一。然而，汽车除了在生活中能为人们带来便利之外，也同时带来了巨大的问题1。一方面，随着人们经济实力的增强，汽车数量激增，不仅使道路交通承受巨大压力，也使得停车场等公共交通场所变得拥挤不堪，给人们开车、停车增加了难度；另一方面，随着汽车的普及，学习驾驶技术的人员也大幅增加，这就使得道路上增加了许多新手司机，因车辆碰撞而产生的纠纷变得越来越多。而在这其中，倒车问题就是一个典型的问题。倒车在汽车驾驶过程中有着重要的作用，我们知道，在停车的时候需要用到倒车，在移位时也需要用到倒车，让行时或者掉头而宽度不足时，都需要用到倒车，如果倒车技术不过关，会给人们的开车生活带来困扰。一方面，倒车需要回转面积，如果技术不过关，需要的回转面积就会增大，这样一是会增加停车时所需面积，减少实际停车数量，同时会增加停车时间，造成停车场拥堵；另一方面，新司机通常不善于掌握停车时的方面角度，也不善于判断障碍物离车身距离，因此会在停车倒库时带来麻烦，不仅浪费时间，也容易发生车辆碰撞事件2。为了解决倒车难的问题，人们经过不懈的努力，研制出一些倒车辅助装置在人们倒车的时候提供帮助，例如雷达警报系统、后视辅助倒车系统等。这些辅助装置虽然能够在一定程度上帮助驾驶人员完成倒车过程，但是也存在一些缺点，因此，能够研制出一个好的倒车防撞系统就显得十分重要了。二、研究意义1、理论意义倒车测距仪涉及到的是单片机控制领域和超声波测距相关领域。在完成该课题时，必须在单片机控制方面做大量的研究，包括了单片机的内部软件设计和单片机的外围电路设计。2、实际意义能使倒车测距仪广泛投入生活使用。通过汽车倒车仪的距离提示和蜂鸣器产生不同频率的声音警示来提醒驾驶员进行安全倒车，为驾驶员提供倒车的安全性和降低驾驶员倒车的难度，从而减少汽车倒车事故的发生，保证广大驾驶员的生命财产安全和减少汽车安全事故带来的损失。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）3第二节倒车防撞系统的发展倒车测距仪也就是倒车雷达，在国际和国内上都有很多，超声波倒车测距系统是其中的一种比较简单实惠的倒车测距仪。在短短的几年时间里，就从第一代发展到了第五代，并在不断的继续发展之中。但无论是如何发展，其结构通常包括几部分，分别是控制器、超声波传感器俗称探头和显示器或蜂鸣器等3。第一代倒车雷达倒车时通过喇叭提醒。在90年代的时候，人们经常能够听到“倒车请注意”这种声音，这就是第一代倒车辅助系统。在司机开始倒车的时候，蜂鸣器发出这种提醒语句，引起路人的注意。这代产品现在的使用范围很小，只有少部分的汽车还在使用。这代产品并不能够算作是真正的倒车辅助系统，它只是引起了周围人的注意，并没有真正帮助到驾驶员操作汽车。这种产品价格低廉、技术落后，基本属于淘汰了的产品。第二代倒车雷达蜂鸣器声音提示。从倒车辅助系统的意义上来讲，这才是真正的倒车辅助系统的开始。在倒车时，汽车在遇到障碍物时，蜂鸣器会发出声音，这种声音并不是一成不变的，越是急促的蜂鸣器声音代表障碍物与汽车之间的距离越短。这代倒车辅助系统虽然能够让驾驶员知道有障碍物的存在，但由于没有语音或者是数字的显示，驾驶员并不能知道障碍物与汽车之间的准确距离，在倒车时对驾驶员帮助的实际意义不大。第三代倒车雷达距离显示在数码波段上。这代产品比起第二代产品的主要优点就是将具体的距离表示了出来。如果是物体，在18米开始显示；如果是人，在09米左右的距离开始显示。这一代产品主要有两种显示方式，一种是数码显示，这种显示值显示距离，另一种是波段显示，通过三种不同颜色表示不同距离，绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，而红色则代表危险距离，此时应该停止倒车4。第四代倒车雷达液晶荧屏动态显示。这一代产品在屏幕显示时出现了动态显示系统，与之前的产品相比较有了一个质的飞跃。只要汽车挂在倒档上时，液晶屏幕上就会显示出汽车的图案，还会将周围的障碍物情况也形象的显示出来。这代产品显示的图案清晰漂亮，产品外观也很美观，安装时也很方便。这代产品的优点就是安装方便、精度较高，但是这代产品的抗干扰能力不强，有时会发生误报的情况。第五代倒车雷达智能轨迹倒车系统。这代产品能够弥补第四代产品的诸如抗干扰能力不强等缺陷和不足，在外观上也做到了更加的小巧精致，不仅帮助驾驶员更加方便的操作汽车，也对汽车起到了装饰的作用。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）4第三节研究目的及可行性分析一、研究目的本次设计的研究内容是根据超声波测距原理，设计出合适的电路，并由单片机协调控制整个系统的模块，来完成超声波脉冲测距的倒车雷达。在汽车以较低的速度进行倒车时，它可以识别出汽车后面的障碍物，测量出车尾与障碍物之间的距离进行实时显示，发出声音报警来提醒驾驶员倒车。本设计有望成为汽车驾驶员，尤其是公共汽车以及货车驾驶员的好帮手，可以有效的减少甚至避免那些视野不良的公共汽车、集装箱车、食品车、冷藏车等大型汽车的倒车交通事故，尤其适用于夜间辅助倒车、倒车入库和进入停车场停车到位。本设计对提高汽车行驶安全性具有较大的意义。二、可行性分析倒车雷达一般都是近距离测量，而激光测距和红外测距主要用于远程，比如测月球到地球距离，或者远距离无障碍测距，且成本要比用超声波大，因为光速为3108M/S，而市场上的一般单片机的最高频率在十几至几十兆，假如测量的距离在十米左右，即使单片机别的都不做只用来计数，出射光大约在0033S后返回，要求单片机CLK为1/0033MHZ，也就是说时钟频率为30M的单片机刚刚发出出射激光的命令，反射光就已经在它的下个CLK脉冲来到了，更别提计数了，即使用频率很高的单片机或者其他器件如FPGA等都并不能满足实际所需要的精度。通常精度与收发间隔中得到的计数脉冲个数成正比，超声波的速度要比光速小的多，传播时间就比较容易检测，能够满足倒车雷达在精度上的要求，并且超声波强度容易控制，方向性好，容易实现定向发射虽然超声波在空气中传播时，能量会缓慢衰减，有个最远测距范围，但仍能满足倒车雷达等近距离测量。值得注意的是声波在空气中传播速度容易受到温度的影响，气温每升高1OC，声波速度就会增加06MPS，需要进行温度补偿修正，来减少测量误差，超声波测距是利用声波传播特性和单片机的定时/计数相结合实现来非接触式距离测量的。总之，基于超声波测距汽车倒车雷达用起来会更加方便，更加令人放心。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）5第四节研究内容与文章结构一、研究的主要内容设计一个拥有微控制系统的倒车测距仪，该测距仪在汽车尾部一定距离范围内能够对汽车尾部距离尾部障碍物的距离做出显示和提醒。本设计是使用LCD显示屏显示距离和蜂鸣器的不同频率进行报警。因此研究的基本内容如下选择合适的测距方法使该设备实现其功能；合理的选择传感器使设备达到其功能；控制系统单片机的合理选择，使该设备既达到功能又最简化和成本最低化；硬件电路设计；单片机系统编程的设计以及优化；对设计进行调试以及实际检验。二、需要解决的问题为了达到课题的要求，在设计中需要解决的问题如下所列测距方式的选择。满足近距离的小误差测量，需要采用何种测距方式来实现呢，这是首要的测距方法选取。单片机的选择。由于当今的单片机种类很多，每种不同类型的单片机均有不同的侧重点，因此需要根据所需来选择一种比较有优势的控制中心，使该测距仪更加完善。报警系统的设计。由于报警系统需要实时性的要求，因此在控制系统设计时必须保证报警系统的快速响应。传感器的硬件。一切都应该建立在传感器采集到信号的基础上，所以必须保证传感器在快速反应同时能达到信号的准确性。这些要求能通过硬件电路的设计来实现，因此这部分硬件关系到整个系统的优劣。三、文章结构该论文的组织构造主要由以下部分组成第一章绪论。在这一章中讲述了该课题研究的背景、发展、意义、目的和可行性分析以及研究内容。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）6第二章为系统方案设计。这一章中对整个倒车系统进行设计，其中包括单片机、超声波测距模块、LCD显示模块、蜂鸣器报警模块等。第三章为整个系统的硬件设计。这一章中介绍了本设计的整体电路，所选用的最小系统、显示模块、超声波收发模块等各个模块的电路以及各个模块在使用中需要注意的事项和选择要求。第四章为整个系统的软件设计。这一章包括了软件系统的整体设计和介绍，同时也包括了各个模块的软件设计。第五章为整个系统的调试部分。在这一章中介绍了各个模块的调试，在调试的时候应该注意的问题，比如调试的顺序，如何对调试结果进行分析总结最后再做出修改。第五节本章小结本章是在查阅了相关文献资料后，对该课题研究的背景和意义、倒车雷达的发展、此次设计的目的和可行性作了分析，并详细叙述了研究的内容。为本次设计作了充分的前期准备工作，同时为设计的顺利进行打下了基础。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）7第二章系统方案设计本设计是由控制系统（STC89C52单片机）作为数据的处理中心和整个系统的控制中心，再由显示报警系统（LCD1602显示模块和蜂鸣器报警模块）、测距系统（超声波收发模块）等来组成整个系统，最后达到设计的目的。单片机是整个系统的核心部件，协调各部分的工作。在这一章中将对整体系统的结构进行介绍，并且对各个部分进行详细的介绍。第一节系统整体方案倒车检测及报警系统是由超声波发射端发射信号、超声波接收端接收信号，再通过端口送到控制中心及单片机内部进行数据的处理判断以及最后进行显示报警等。具体是由单片机控制超声波收发模块的TRIG口产生时间大于10US的高频TTL信号来驱动超声波模块内部连续发出8个40KHZ的周期脉冲，超声波收发模块的ECHO脚检测回波信号的脉冲宽度。ECHO脚与单片机的P11口相连。当出现回波信号时，计数器便开始计数，在检测到回波脉冲结束的瞬间，计数器停止计数，得到从发射端到接收端的时间T后，利用测距公式ST340/2单位米可计算出距离量，同时由显示器显示。整个系统的方案框图如图21所示。图21系统总体结构框图从图21结构框图可以看出来整个系统的模块比较少，因此在使用起来比较方便、容易操作，比较有使用价值。超声波收发模块STC89C52单片机声音提示模块LCD显示模块重庆邮电大学本科毕业设计（论文）8第二节控制系统介绍在这一节中将对单片机的发展历史和功能进行总体介绍，并对本设计使用的STC89C52单片的内部结构和功能进行了详细的介绍。一、单片机概要单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、只读存储器、随机存储器、多种端口和中断系统、定时/计数器等功能一起集成到一块硅片上，从而构成一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域应用广泛。二、单片机发展历史从1971年单片机的问世，发展至今经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，在早期的单片机及SCM都是4位或者8位的。8051是其中最成功的单片机之一。但随着工业的扩展，16位单片机也开始出现，但早期因为价格昂贵使用较少。到了90年代的时候电子产品飞速发展，单片机技术迅速发展，32位的出现很快代替了16位。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的WINDOWS和LINUX操作系统。三、STC89C52STC89C525是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可系统编程的FLASH只读程序存储器。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8051指令系统及引脚。它集FLASH程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位STC89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。STC89C52单片机引脚定义图如下图22所示。主要管脚有XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHZ晶振。RST/VPD（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）9VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。图22STC89C52单片机引脚图主要性能参数与MCS51产品指令系统完全兼容8K字节在系统编程（ISP）FLASH闪速存储器1000次擦写周期4055V的工作电压范围全静态工作模式0HZ33MHZ三级程序加密锁1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源全双工串行UART通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模唤醒系统看门狗（WDT）及双数据指针重庆邮电大学本科毕业设计（论文）10掉电标识和快速编程特性灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）除此以外STC89C52还提供一个5向量两级中断结构，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C52可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。第三节测距系统介绍目前汽车倒车雷达预警系统测距技术主要有激光、毫米波雷达、摄像系统、红外线、超声波等，不同的目标探测方式其工作过程和原理有不同之处，但它们的主要目的都是通过前方返回的探测信息判断前方车辆和本车间的相对距离，并根据两车间的危险性程度做出相应的预防措施。下面对五种不同的测距技术方案进行介绍和比较。一、不同方案介绍1、激光测距激光测距装置6是一种光子雷达系统。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。非成象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光电二极管，利用计数器计数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；成象式激光雷达又可分为扫描成象激光雷达和非扫描成象激光雷达。扫描成象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。2、毫米波雷达测距毫米波7是指波长介于110MM之间的电磁波，雷达是利用目标对电磁波的反射来发现目标并测定其位置的。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）113、摄像系统测距CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。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；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象，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8。4、红外线测距红外线测距9和激光、超声波测距在原理上基本相同，均是根据发射波和反射波的时间间隔来判断目标距离的，车载仪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。5、超声波测距超声波10简单的说就是音频超过了人类耳朵所能够听到的范围。在弹性媒质中，如果波源所激起的纵波的频率在20HZ到20KHZ之间，就能引起人的听觉。在这一频率范围内的振动称为声振动，声振动所激起的纵波称为声波；频率高于20KHZ的机械波称为超声波；频率低于20HZ的机械波称为次声波。与光波不同，超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。电磁波的传播速度为3X108M/S，超声波在空气中的传播速度约为340M/S常温下，其速度与电磁波相差5个等级，其速度相对电磁波是非常慢的。二、优缺点对比超声波技术主要用于短距离探测，成本低，制作安装简便，适应恶劣环境；红外线技术一般用于夜间环境，对环境适应性差微波雷达测距和激光测距相对于超声波测距来讲精度更高，定位更准确“摄像系统技术价格较贵；毫米波雷达技术和激光技术的成本很高，所以运用其原理进行测量的设备价格也是相当高的，因而现在只是在比较高级的轿车中才有所应用。综合以上考虑和实际应用条件，本系统的测距模块采用的是第五种方案超声波测距，并在超声波测距技术方案的设计上进行了简化和改进。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）12三、超声波测距1、超声波测距原理超声波测距的方法有多种，如相位检测法11、声波幅值检测法和渡越时间检测法12,13等。相位检测法通过测量接收波和发射波的相位差来判断距离的，其测量精度高，但检测范围有限，只适合短距离测量；声波幅值检测法是根据反射波的幅值大小来判断距离的，优点是电路简单且成本低，缺点是测量精度不高，抗干扰能力差；渡越时间检测法是通过接收从超声波发射到接收到超声波之间的时间差，来判断距离的，此检测法介于两者之间，电路也比较简单，且有较远的测量距离和较高的测量精度，所以得到了较为广泛的应用。考虑到倒车雷达对测量距离和测量精度的要求，本论文采用渡越时间检测法来检测车尾要和障碍物之间的距离，其测距原理如图23所示。测距时由安装在相同位置的超声波发射器和超声波接收器完成超声波的发射和接收，由定时器计时。定时器记录下超声波往返传播经历的时间TS。常温下，超声波在传播速度约为340M/S，所以发射点距障碍物之间的距离为340/2LT（21）L为车尾与障碍物的距离，单位为米；T为计时器记录的时间，单位为秒。TLR图23超声波测距原理图单片机内部定时器的计时，实际上是机器周期T的计数，设时钟频率FOSC取12MHZ，而定时器TIMB的计数频率为系统时钟频率的1个机器周期，设计数值为N，则，重庆邮电大学本科毕业设计（论文）13或222、超声波模块HYSRF05超声波模块HYSRF05超声波测距模块可提供2CM到450CM的非接触式距离感测功能，测距精度可高达2MM。模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。（1）、基本工作原理采用IO口TRIG触发测距，给一个至少10US的高电平信号；模块自动发送8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测量距离（高电平时间声速（340M/S）/2。（2）、主要的技术参数使用电压DC5V静态电流小于2MA电平输出高5V电平输出低0V感应角度不大于15度探测距离2CM450CM最高精度可达02CM接线方式VCC电源正接线方式TRIG控制端接线方式ECHO接收端接线方式GND电源地接线方式OUT开关量输出（3）、实物图实物图如图24所示，VCC接5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）14图24实物图（4）、超声波时序图超声波时序图反映了整个超声波测距模块的测距是如何进行的，当然也显示了测距的原理。超声波时序图如下图25所示。图25超声波时序图对图25的解说当TRIG脚发出持续时间为10US以上的TTL触发信号，模块内部便连续发出8个40KHZ的周期电平并检测回波，一旦检测到回波信号就通过ECHO输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。触发信号模块内部发出信号输出回响信号重庆邮电大学本科毕业设计（论文）15第四节显示报警系统在这一节中，将介绍该倒车测距仪的提示方式与报警模式。用LCD液晶屏显示距离障碍物的具体距离来警示驾驶人员，同时由蜂鸣器响叫频率的不同以此来提醒驾驶人员使其在心里有一定的判断。一、显示部分在单片机系统中，最常用的显示器有发光二极管，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器，简称VFD。由于液晶显示器有显示质量高、数字式接口、功耗低、体积小、重量轻等突出优点，所以此次设计中选择LCD1602进行显示。1、液晶显示简介液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。2、液晶显示模块LCD1602（1）、LCD1602简介LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线，此次设计中采用的是16引脚的LCD。LCD1602的实物封装及引脚图如图26所示。图26LCD1602的封装及其引脚图重庆邮电大学本科毕业设计（论文）16（2）、各引脚功能第1脚VSS为地电源。第2脚VDD接5V正电源。第3脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚D0D7为8位双向数据线。第15脚背光源正极。第16脚背光源负极。（3）、LCD1602时序图图27读操作时序图在进行读操作的时候，RW置于1，RS则根据读的内容（状态或数据）置为1或0，注意看图中的A和B两根红线，在A位置，E置为1，经过TD时间后，可以在数据口读到正确的数据，由于TD的时间极短（NS级），我们的单片机操作一般是US级，所以可以不考虑这个时间差，在将E置为1之后，就可以紧跟着指令去读取数据，在读到数据后，再将E置为0，经过THD2时间后，数据口上的数据失效。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）17图28写操作时序图在进行写操作的时候，RW要置为0，RS根据写的内容不同（指令或数据）置为1或0，同时需注意C和D两根红线，我们在将E置为1之前，要先将数据送到数据口上，然后在C位置，将E置为1，经过TPW延时后，再将E置为0，在这个时间段内必须保证数据口上的数据稳定不变，为有效的数据。同理，由于TPW这些延时相对较短（NS级），所以在单片里也不必考虑延时问题。三、蜂鸣器1、蜂鸣器相关知识蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要直接接上额定电源就可连续发声；而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声，须用2K5K的方波去驱动它。2、有源蜂鸣器的结构及工作原理压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器和外壳组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（工作电压为1515V直流）,多谐振荡器起振时输出1525KHZ的音频信号，再由阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）18因有源蜂鸣器内部自带振动源，直接接上额定电源就可连续发声，所以控制方便。本设计就是使用有源蜂鸣器。第五节本章小结在这一章中对整个系统的设计方案和所用器件类型分别进行了介绍。其中超声波测距模块是关键模块之一，它关系到测距方法的确定以及最终测距误差等的产生原因提供了分析切入点。最终确定使用超声波测距模块进行距离测量，使用LCD1602作为显示模块，使用蜂鸣器进行提示报警。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）19第三章系统硬件设计倒车测距仪由超声波传感器（俗称探头）、控制器、显示器等组成，采用超声波测距方法，在控制器的控制下由传感器发射超声波信号，当遇到障碍时，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，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并根据距离发出警报信号，从而达到安全倒车的目的。第一节系统总电路图根据系统的方案设计，设计出系统的电路框图如31所示。以及各个模块器件的接口性质，运用PROTEL软件14画出系统电路图如图32所示。图31系统的电路框图图32系统电路图HYSRF05超声波收发模块单片机LCD1602有源蜂鸣器蜂鸣器报警电路显示电路重庆邮电大学本科毕业设计（论文）20一、系统工作原理当电池安装好且位于PCB板子上的电源开关已经被按下，系统供电。整个系统的运作为超声波在标准空气中的传播速度为33145米/秒，约为340米/秒。单片机通过P10口控制超声波收发模块的TRIG脚发出超声波，模块内部发射脉冲信号并检测回波，当接收端一检测到回波信号计数器就开始计数，回波信号结束则计数完成。数据被送入STC89C52中进行处理计算，并将计算结果显示到LCD液晶显示屏上，同时控制蜂鸣器的鸣叫。二、最小系统电路单片机最小系统包括了单片机、晶振电路、复位电路以及电源电路。下面将会介绍每部分电路的设计。1、晶振电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚X1和X2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路所示，在X1和X2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。电容值30PF，电容值的大小可对频率起微调的作用，晶体振荡频率为110592MHZ。晶振电路如图33所示。图33晶振电路图重庆邮电大学本科毕业设计（论文）212、复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。RESET引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期即二个机器周期以上。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号RESET送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位电路的电路图也如上图33所示。3、电源电路此次设计中，我使用的是6V（15V4，即使用4节15V的电池串联得到需要的值）干电池电源通过引线接口GND和5V连接到PCB板子上的，这样方便直接供电；通过发光二极管是否亮起判断整个系统是否在工作的，因为二极管工作电压很低（有的仅一点几伏），工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光），所以需接入一个阻值为1K的电阻分压，使其正常工作；来自干电池的电源用六脚开关控制，当按下开关，给系统供电，且接入的电源是处于STC89C52单片机所需要的工作电压范围内的。电源电路图如图34所示。图34电源模块电路图重庆邮电大学本科毕业设计（论文）22第二节超声波测距模块设计由STC89C52的P10、P11、P12接口出来，分别接超声波收发模块HYSRF05的TRIG、ECHO、OUT脚，以此来达到脉冲触发以及数据传输处理的目的。图35是超声波模块与单片机连接的电路图。图35超声波收发模块电路图第三节LCD1602显示模块设计系统具体的显示电路如图36所示。R2为上拉电阻，其作用为输入状态下保护电平的稳定；因为LCD的8位双向数据口是连接到单片机的P0口的，而P0口是开漏的需外接电源来提高单片机端口的驱动能力，且需要通过上拉电阻进行限流保护。驱动LCD显示屏显示就必须要有电源驱动，否则亮不了。图36显示模块电路图重庆邮电大学本科毕业设计（论文）23第四节蜂鸣器的硬件设计在这一节中，介绍的是整个系统中的另外一个具有提示功能的器件有源蜂鸣器。蜂鸣器的具体电路图如37所示。由于此次设计使用的是有源蜂鸣器，我们可以知道蜂鸣器需要一个驱动电路，这里用三极管进行驱动。同时在电阻左侧接一个上拉电阻到单片机电源端。图37蜂鸣器电路图第五节PCB板的制作PROTELDXP15是由多个模块组成的系统工具，它的功能强大，具有了SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、AUTOROUTER（自动布线器）和FPGA设计等功能，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。使用ALTIUMDXP09版软件进行PCB板的绘制。绘制出PCB图后，经过打印图片、使用图片使感光板曝光、显影、腐蚀，制作出PCB板子16，如图38所示。而后，按照设计摆放好原器件并进行焊接，得到成品。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）24图38PCB图第六节本章小结在这一章中我们介绍了STC89C52单片机最小系统及其周围电路的电路设计，其中包括了复位电路、晶振电路、电源电路、显示器电路和蜂鸣器电路。通过本章节的详细介绍不仅对硬件设计有了直观的了解，还对设计中需要注意的地方都一一考虑到了，做到了硬件功能的实现。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）25第四章系统软件设计本次设计的软件设计部分采用C语言进行编程，运用模块化的程序设计思想，对具有不同功能的模块程序进行分别编程，其他模块程序包括数据处理的程序、显示程序和蜂鸣器报警程序等，以便移植或调用。这样使软件层次结构清晰，有利于软件的调试和修改，在完全正确之后再进行组装、调试17和烧录。第一节主程序设计一、系统软件实现原理整个设计的关键即是对距离的测量，再通过单片机处理测量得到的数据，就能精确的实现测距。在测距中，各种信号对声速的影响都将干扰到测距的准确性，其中超声波的余波信号对整个设计中测距的干扰的影响比较大。超声波接收回路中的超声波信号一共有两种第一种波信号为余波信号，就是当发射探头发射出信号之后，超声波接收探头马上就接收到的超声波信号，实际就是超声波的发射信号；另一种波信号就是有效信号，即经过障碍物表面反射回来的超声波回波信号，也是所需要测量的距离数值。在进行超声波测距时，由于使用的是超声波测距模块HYSRF05，按照本系统的测距需要，需要得到超声波的传输时间T，进行运算以得到车子与障碍物的距离S。如何得到超声波的传输时间T呢采用单片机的P10口与TRIG连接，控制发射端产生10US以上的TTL触发电平；模块内部自动产生8个40KHZ的脉冲串并检测回波；P11口与ECHO口连接，当接收端检测到回波单片机内部的计数器T0就开始计数，回波的宽度就决定了计数值大小，由此便得出超声波的的传输时间T。二、系统程序构建1、系统设计框图超声波测距系统软件部分采用模块化设计思想，将系统分为主程序、初始化处理模块、中断检测模块、延时处理模块、数据处理模块和显示模块，其软件程序系统结构图如下图41所示。重庆邮电大学本科毕业设计（论文）26图41系统软件设计框图2、主程序流程图整个系统的组成在进入主函数后将进行初始化，打开显示刷新中断利用中断进行刷新。再进入测距函数后，每一次测距都是单片机进行扫描实现，同时定时器也在这里开启。在处理接收到的数据信号后就关闭发射中断处理完后再开启中断，最后记录下来计数器的时间再由处理数据程序进行计算。最后由操作程序进行相应的操作。根据该软件系统结构框图，得到系统的主程序实现流程图。整个程序的编程环境是在KEIL环境下用C语言进行编程。而用C语言作为编程的主要原因是其编程比较简单，对编程者要求不是很高；C语言编出来的程序可读性很高；编出的程序可以广泛的进行移植和借用等。图42为系统的主程序流程图。图42主程序流程图开始系统初始化延时等待显示屏初始化启动T0、T1，发射超声波，开始计数设置中断方式调用测距子程序调用显示子程序、控制蜂鸣器鸣叫是否有回波T0、T1赋初值开中断NY主程序报警模块显示模块测距模块中断控制模块块延时模块初始化模块重庆邮电大学本科毕业设计（论文）273、系统主程序系统的主程序首先是显示屏初始化，设置定时器T0的工作模式为MODE1，并且STC89C52的定时器计数器为16位。延迟一段时间之后，开启中断，开启定时器，位总中断EA置到允许位。在超声波接收端一接收到回波信号时，计数器就开始计数，直到回波高电平结束。回波信号的宽度与计数值成正比。然后利用计数器得到的值计算超声波发射和接收之间所用的时间，并调用测距公式对距离进行计算。经过单片机的处理得到的距离S，送至显示器，并将距离显示出来；同时判断S的大小，看蜂鸣器是否鸣叫。之后进行下一次的测距工作。VOIDMAINVOIDINITLCD/LCD初始化TMOD0X11/设T0为方式1，GATE1；TH00TL00TH16553620000/256/20MS定时TL16553620000256ET01/允许T0中断ET11/允许T1中断TR11/开启定时器EA1/开启总中断WHILE1WHILERX/当RX为零时等待TR01/开启计数WHILERX/当RX为1计数并等待TR00/关闭计数CONUT/计算距离SHOWSTRING0,DISBUFFIFS700|FLAG1/超出测量范围显示“”FLAG0SHOWSTRING0,ERRORSHOWSTRING1,TEST1DISBUFF20“BEYONDTHERANGE“ELSEBUZZ0DELAYMSS5IFS50BUZZ1重庆邮电大学本科毕业设计（论文）29第三节显示模块的设计一、显示部分软件设计思想具体流程图如图43所示。图43LCD1602显示流程图DISBUFF20“DISTANCE000CM“DISBUFF9S1000/1000X30DISBUFF10S1000100/100X30DISBUFF11S100010100X30SHOWSTRING1,DISBUFFSHOWSTRING0,TEST1入口返回延时2MS写LCD指令读数据并显示取显示首地址写显示行列地址写16次次写16次写数据行1写数据YNNY重庆邮电大学本科毕业设计（论文）30二、显示模块程序VOIDSHOWCHARUNSIGNEDCHARPOS,UNSIGNEDCHARCUNSIGNEDCHARPIFPOS0X10PPOS0XB0/是第二行则命令代码高4位为0XCELSEPPOS0X8