汽车测距警报系统设计毕业论文

1、 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）题 目 _汽车测距报警系统设计姓 名 * 专 业 电子科学与技术 学 号 * 指导教师 * 二二一五年五月一五年五月 目录摘要 IAbstractII1 绪论 11.1 汽车测距报警系统设计背景和意义 11.2 汽车测距报警仪的发展趋势 11.3 课题主要任务 22 系统总体方案设计 32.1 系统设计方案的论证 32.1.1 控制模块 32.1.2 测距模块 42.2 系统总体设计方案 43.系统硬件电路设计 63.1 系统主控电路设计 63.2 电源设计 73.3 超声波测试模块 73.3.1 超声波的特性 83.3.2 超声波换能器 93.4 超

2、声波传感器原理 113.5 测距分析 143.6 时钟电路的设计 153.7 复位电路的设计 153.8 声音报警电路的设计 163.9 显示模块 164 系统软件程序设计 174.1 系统主程序设计 174.2 系统子程序设计 175 实物制作与系统测试 225.1 实物制作 22 2 / 375.2 元器件的安装与焊接 235.3 系统测试 24总结 26致 27参考文献 28附录 1 系统硬件电路原理图 29附录 2 系统 PCB 图 30附录 3 系统实物图 31附录 4 元器件清单 32 I / 37汽车防撞测距报警器汽车防撞测距报警器摘 要伴随着我国社会经济的不断发展，人民生活水平

3、不断提升。汽车渐渐的走进寻常百姓家中，使的汽车数量在大副增加，造成的交通状况越来越拥挤，目前汽车撞事件时常发生，造成了较大人身伤亡和经济损失，针对目前这种情况，设计出一种既响应快，可靠性又高且较为经济的汽车防撞报警系统尤为重要。超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。汽车测距报警系统主要运用单片机的实时控制与数据处理功能，并与超声波的测距技术与传感器技术相结合，用来检测汽车运行中前后方障碍物与汽车的距离以与汽车的车速，通过数显装置显示出其距离，并由发声电路根据距离的远近情况发出警告声。本课题结合硬件电路与软件

4、电路，设计出一种汽车行车、倒车的报警系统。该系统结构简单，精度高，使用方便等特点。该系统采用单片机 STC89C51作为主，用超声波测距原理，通过发送和接收超声波信号，再由单片机进行数据处理，由数码管显示距离，当超过设定距离蜂鸣器报警，该系统采用软硬组合与结构多样性特征的方法。关键词：数显装置；报警器 II / 37THETHE AUTOMOTIVEAUTOMOTIVE ANTI-COLLISIONANTI-COLLISION RANGINGRANGING ALARMALARMAbstractAbstractAt presentour countrysocialeconomytells the

5、 development,constantly improve peoples standard of living.Carshave become an indispensable part ofmany peoplein daily life,The number of carsclimbs in the first mate,the traffic congestionis becoming moreand more serious,the carcrashed,frequently,resulting inunavoidablecasualtiesand economic losses

6、,according to this situation,Design of afast response,high reliabilityand a more economical vehicle collision warning systembe imperative.Ultrasonic Ranging method is a positioning method,The distance is the most common, a close distance, is applied to the low-speed car crash around the state, as we

7、ll as in automotive anti-collision alarm system of ultrasound as a special sound - basic characteristics of refraction, having the same physical transmission and reflection, interference, diffraction, scattering. Automobile-collisionalarmwillmicrocomputerreal-time control anddata processing function

8、 combined withultrasonicranging technology,sensor technology,distanceandvehicle speed detectionof rear obstaclescar operationobject and thevehicle,display the distancethrough the digital displaydevice,andis composed of asound circuitaccording to the distance warningsound.The subject ofthehardware ci

9、rcuit and thecircuitsoftware combined with organic,complete vehicle,the reversing alarmsystem. Due to the continuous development ofcomputertechnology and high-speeddevices,the digital III / 37acquisitionandanalysis of ultrasonicsignalbecome possible.At present domestic also emergedthe digital ultras

10、onicvarious types of testing equipment,andhas become the development direction ofultrasonicdetection.Ascholar at the Xiamen Universitystudied a kind ofechocontour analysis.The methodin the distancetwo timesobtainedbydetecting echo envelopecurve togetechostarting point,by these processes,the propagat

11、ion time of the ultrasonicaccuracy has been greatly improved.ItalyIntroduced anadaptive system,to obtain envelopeby goodemissionwaveformspecial,alsoused on the environmentnoiseestimation,set up certainechocircuit.This system has simple structure, high precision, convenient use, etc. This system USES

12、 STC89C51 as the main controller, combined with ultrasonic ranging principle, through the emitting and receiving ultrasonic signals, then for the data processing by MCU, through digital pipe display set distance, when more than buzzer alarm when distance. This system uses soft and hard of the method

13、 of combing has the characteristics of modular and muti-purpose. Keywords:DigitalKeywords:Digital displaydisplay device;Adevice;A burglarburglar alarmalarm 1 / 371 绪论随着社会经济的发展和交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大幅攀升。渐渐的越来越多的人都拥有了自己的汽车，与之带来的由泊车和倒车所引发的事故也卓见增多。针对此状况，设计出一种既响应快，又可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统尤为重要。因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车报警器应

14、运而生。本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距报警系统。本设计主要以 STC89C52 单片机芯片为核心，集合超声波的特点与优势，最后将俩者结合于一体，通过数据来显示超声波测距的距离。本设计主要阐述了超声波传感器的原理以与特性，对于整个电路采用的子程序设计包括：预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序、报警子程序等模块。论文介绍了系统的主要软件结构，通过编写程序来实现系统功能。硬件电路包括滤波电路、放大电路和整形电路。最后，分析影响系统的因素和通过对系统的误差分析，给出了系统的改进方案。这套系统软具有硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，最后可经过系统扩展和升级，实现汽车倒车

15、报警。1.1 汽车测距报警系统设计背景和意义伴随着我国科技与经济的飞速发展与进步，汽车已成为万千家庭的一部分，由此产生的交通问题也渐渐的被人们所关注，因为汽车倒车时视角有死角，司机目测距离有误差，视线不清楚，倒车事故的频率远超于汽车前进时的频率。倒车事故在对自己的车和他人的财产造成损伤的同时，也给家庭带来了巨大灾难，基于此专为倒车泊车而设计的倒车测距仪应运而生。经过调查，绝大部分非职业司机都希望能有一种发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。汽车测距仪的出现可以解决驾驶员的后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。为人们的安全和减少人们的财产损失做出贡献。1.2 汽车测距报警仪的发展趋势伴随着我国经济的发展和

16、科学的进步，使得人们追求行驶高速化，道路车流密集化和人类驾驶非职业化方向发展，与此同时汽车数量也在急剧增加。但 2 / 37相应的公交制度相对比较落后，由此造成的公交事故频繁发生，尤其在一些大城市尤为突出，倒车测距技术的问世尤为重要，汽车倒车测距目前最先进的便是超声波测距，超声波是频率大于 20 KHZ 的声波，具有方向性强，能量衰减缓慢等特点。由于超声波测量距离较短，因此主要用于倒车测距。这项功能在夜间尤其能显示出其价值。在所有测量方式中超声波测量具有指向性强，且能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在选择测距方案中，超声波测距的确是目前应用最广泛的一种，它广泛应用于汽车防盗、倒车雷达、以

17、与水位的测量、建筑工地与一些现代化的工业现场。在日本和美国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，研究最先进的超声波测距，中国车辆密集性较大，因此研究超声波测距仪对于减少我国交通事故更为重要。1.3 课题主要任务本课题主要是利用单片机 STC89C52 设计一款简易的倒车测距报警器，应用于汽车倒车位置监控与报警。在汽车倒车时，系统能实时显示汽车尾部与障碍物之间的距离，以便司机与时掌握倒车时车尾状况，做出正确的判断。当车尾与障碍物距离等于或小于 50cm 时，系统触发蜂鸣器报警电路进行报警提示，提醒司机与时停车。结合本课题的主要任务，提出系统总体设计方案，完成系统硬件电路图的绘制，软件程序设计以与

18、实物的制作，最后能够完成测试运行。 3 / 372 系统总体方案设计该系统由以下功能块系统主要构成：超声波传感器 T / R40-16，超声波发射和接收构成一个收发器系统；所述主机系统的中央控制处理器 STC89C52 组合；控制报警系统输出电压的稳定。主电路系统：电源电路，超声波发生器，超声波发射电路，超声波接收器电路，信号放大电路，复位电路，显示电路，报警电路等。2.1 系统设计方案的论证2.1.1 控制模块随着自动化技术的不断发展，在设计过程中的自动控制系统将面临核心控制元件的选择难题，对于大多数的控制任务。它是否能够完成单片机或 PLC 程序设计，但是最终的选择是基于实际工作需要。（1

19、）可编程逻辑控制器(PLC)PLC 发展的初级阶段，主要用于逻辑控制开关，采用 PLC 技术与其应用的进展字段中的扩展不仅可以用于开关控制，可用于模拟和数字音量控制，数据采集和存储，网络和通信。现在，PLC 已经成为在工业控制的核心部件之一。功能完善，高稳定性和较强的抗干扰能力，良好的扩展性，维护方便硬件的主要优点，编程简单。缺点是价格较高，较大。（2）单片机单片机和 PLC 在本质上是一样的，其发展是基于微处理技术和 PLC 实际上是建立一个产品基于单芯片和芯片实际是一个集成电路，相对体积小，成本低，经济效益，但采用单芯片实现主控制板通过软件的布局，环境温度，制版过程中的影响力，稳定性和抗干

20、扰性相对较弱。与核心部件，其每一个都有其优点和缺点的对照组比较，根据该项目的设计任务，汽车倒车报警装置体积小，便于携带，安装，不占空间的车，显然是由于大量的 PLC 和不符合设计要求，因此设计仪器采用 STC89C52 单片机为核心控制部件。 4 / 372.1.2 测距模块超声是人类无法听到超声波测距声音是电压转换和超声波，超声波发射出的超声波探测器的转换，接收所述超声波探头的超声波接收器超声换能器的电压返回到控制芯片叠层时。超声波具有高的振动频率，短的波长，衍射小和方向好也能抗射线定向传播，等等，在中长距离的测量，超声波测量精度和方向，以比红外线测量好得多。从安全性，考虑到成本，方向等，超

21、声波传感器更适合于设计要求。2.2 系统总体设计方案这样的设计主要包括两部分硬件和软件设计。该模块分为数据采集，控制按钮，四位数码管显示，报警模块。电路结构可分为：超声波传感器，微控制器控制电路，蜂鸣器。此模块的核心设计是以 MCU 为设计单元的中心，所以此系统是基于单片机的应用系统。是一个单片微型计算机应用系统的硬件和软件。硬件包括一个单片机，输入/输出设备以与由系统的外部应用电路，该软件是在一般的各工序。控制器MCU超声波驱动模块/电声换能超声波接收模块/声电换能信号调理信号调理障碍物距离显示模块声音提示模块时钟电路复位电路电源模块图 2.1 系统总体设计方框图超声波发送模块主要利用软件超

22、声波法，由相应的软件生成 40KHz 的超声波信号，通过输出端输入到驱动器，再由驱动探头驱动超声波。超声波接收模块包括超声波接收用探头，一个信号放大电路和波形变换电路 3。用蜂鸣器报警电路，反转，尾座和所述障碍物之间的距离的语音提示模块是小于设定安全 5 / 37值时，发出蜂鸣，以提醒驾驶员。鉴于 LED 数码管显示简单，价格便宜，距离显示模块，带 4 位 LED 数码管动态显示。 6 / 373.系统硬件电路设计根据整个系统的设计方案系统 STC89C52 单片机作为控制器，时钟电路，手动复位电路，电源和控制器一起构成主控制电路。使用单片机的定时器产生的超声波的周期方波信号，并通过 MCU

23、P1.0 口输出，通过信号调节和转换电路对发出超声波。利用单芯片 P3.2 端口中断接收回波信号，计算的时间差和距离信息的转换。距离显示电路采用四位 LED 数码管显示，单片机 P2 的高四位为数码管选择信号，P0 口的代码段数码管;报警装置中的语音报警和蜂鸣器报警，是由单片机的 P3.4 驱动蜂鸣器报警电路来发出语音提示。3.1 系统主控电路设计主控制最小系统电路如图 3.1 所示：P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3

24、.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37P23TrigEcho图 3.1 系统主控电路图如图 3.2 所

25、示的硬件电路设计。从上面的分析表明，在设计中使用以下设备：STC89C52，超声波传感器，钥匙，对数码管，蜂鸣器等的 MCU 的外围电路中的应用。其中，D1 是电源指示灯。电路中用到 3 个按键，一个是设定键, 一个加键，一个减键。 7 / 37E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HR1100R2100R3100R8100R9100R10100R11100R12100ABCDEFGDPP10P11P12P13P14P15P16P17Q18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR6

26、1KP34P35P36P37546231SW1sw-二二12P2GNDR151K12D1DVCCP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P

27、0.237P0.138P0.039VCC40U1U1Y112MC20.1uFC30.1uFVCCGNDR1410KC110uFVCC1234J1VCCS1P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P34P35P36P37S4GNDS3GNDS2GNDP20P21P22P23B1蜂鸣器Q58550VCCGND+R132KP231234P1VCCGNDTrigEchoTrigEcho图 3.2 总设计电路图3.2 电源设计电源是由 3 个 5 号干电池供电，电压为 4.5V。3.3 超声波测试模块超声波模块是使用模块组成，这种模块的主要功能是：2厘米到 400 厘米的非接触

28、式距离感测功能，这种模块测距可精确到 3 毫米。模块的组成成分有超声波发射器、接收器与电路控制器。其工作的基本原理：首先是先由 IO 口 TRIG 进行触发测距，然后再发出 10us 的高电平信号；同时模块可以自动发送出 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；若收到反馈信号，IO 口 ECHO 又重新发出高电平，高电平有一个持续时间，时间的计算是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。 8 / 37图 3.3 超声波模块超声波探测模块 HC-SR04 操作规：由 IO 口触发，给 Trig 口至少一个 10us的高电平，开始启动测量；同时模块自

29、动发送 8 个 40Khz 的方波，然后自动检测有无信号的返回；当模块检测到信号返回时，通过 IO 口 Echo 在产生一个高电平，高电平有一个持续时间，时间的计算是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/2，单位为 m。程序中测试功能主要由两个函数完成。实现中采用定时器 0 进行定时测量，8 分频，TCNTT0 预设值 0XCE，当timer0 溢出中断发生 2500 次时为 125ms，计算公式为（单位：ms）：T = （定时器 0 溢出次数 * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定时器 0 初值计算依据分频不同而有差异。3.3.1 超声波的特性声音额本质是一

30、种自然现象，声音与人来生活是联系紧密且必不可分的。但是人耳对于声音的接受是有频率围的，当声频率在 20000 赫兹以上时，声便超出人类识别的极限了，人们就会听不到声的存在。所以人们把这种超出人类接受围以外的高频率的声为“超”声。人类的听觉围如图 3.4 所示：图 3.4 人的听觉围 超声波的特性有：（1）束射特性声都有波长，超声也有波长，只不过超声波的波长较短，既然超声波有波，那么其在物理上就是“物”，所以超声波也有物理特性，例如超声波射线可以 9 / 37反射、折射和聚焦，像光一样遵守几何光学上的所有定律。即当反射时，入射角和反射角一样，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折

31、射现象，折射的特性是改变传播方向，若两种物质的密度差别越大，那么折射率也越大。（2）吸收特性当声波传播到各种媒介中时，传播距离的增加，强度将逐渐减弱，因为媒介会吸收部分能量。对于更高的声波频率一样的介质，介质吸收能量会更多，频率一定的声波在气体传播是表现的更为历害，在液体传播时稍弱，在固体中传播时吸收是最弱的。（3）超声波的能量传递特性超声波可广泛应用于各种工业领域的原因，主要是具有比声波大得多功率。为什么具有如此强大的力量呢？因为当声波进入的介质，由于随着声波使高分子的震动，物质在随之振动，振动频率和声波的频率一样，分子振动的频率决定的分子振动的速度，也就是说频率越高速度越快。由于高频率的超

32、声波，很多你想要超越了普通声波倍，因此它可以使物质元素获得相对大量的能量，总之，超声波物质的分子可以得到足够的动力。 （4）超声波的声压特性声波可以使物体受到压力,这是因为大声波带动物质分子震动，由于分子震动，那么分子之间会产生挤压，就会使物质产生额外压力。这种由于声波振动引起的物质额外压力叫做声压作用。3.3.2 超声波换能器超声波传感器的作用是产生和接受超声波，行业称为超声换能器，有的也常称超声波探头。超声波传感器是由压电晶片构成，这种组合晶片能发射超声波，也能接收超声波。现实生活中常用小功率超声探头应用于探测方面。超声探头有很多外形的结构，常见的有：直探头常用于纵波探测；斜探头常用于横波

33、的探测；表面波探头用于表面波的探测；兰姆波探头对兰姆波有良好的探测性能；双探头有两个探头，一个探头用作反射，另一个探头用作接收等。我们知道超声波传感器是由压电晶片构成，则这种晶片为传感器的核心配件。这种晶片的材料、大小、直径和厚度有着不同规格，因为有着不同规格， 10 / 37每个探头也有着不同性能。在选用探头时要先了解探头性能与参数。超声波传感器的主要性能指标包括：（1）工作频率。工作频率指的是晶片本身的共振频率。当它两端的交流电压的频率与晶片共振时，产生能量啊到最大，灵敏度也达到最高。（2）工作温度。由于超声波能是分子震动，会产生热量，但是一般诊断使用得超声波探头功率比较小，则产生的温度较

34、低，并不能影响一起工作，所以可以长时间工作。对于大功率超声探头使用时会产生较高温度，此时需要辅助设备给予降温。（3）灵敏度。灵敏度是探头本身的晶片决定的。探头的机电耦合系数越大，灵敏度也就相应的越高。人类可听到的声波频率围是 20Hz20kHz，若超出此频率围的人类是不可识别的，低于 20Hz 叫做低频声波，高于 20kHz 叫做高频声波。超声波与光线相似为直线传播，频率决定折射和反射能力，频率越高，折射越弱，反射越强。因为超声波的频率很高，所以可把超声波做成超声波传感器。超声波在空气中传播得更慢，因为 340 米/ s，这使得超声波传感器使用变得非常简单。我们采用压电式超声波传感器。压电晶体

35、和压电瓷的常用探针材料，是通过压电效应开展工作。再通过正压电效应，把超声振动波转换成电信号，便成为了接收探头。发明各种各样超声波发生器是为了产生超声波，有利于工作人员研究超声波。这些所有的超声波发生器中可分两类：第一类是利用电气产生超声波，另一类是机械产生的超声波。电气方式也有很多种，例如压电型、磁致伸缩型和电动型等；同时机械方式也可以分很多种，例如加尔统笛、液哨和气流旋笛等。因为型号和原理的不同，所以所产生的超声波的频率、功率、声波特性以与用途也不同。我们常用的是压电式超声波发生器。图 3.5 超声波传感器结构 11 / 37压电式超声波发生器的工作原理是利用压电晶体的谐振来产生超声波。超声

36、波图示为压电式超声波发生器部简图，可以看到压电式超声波发生器有两个压电晶片和一个共振板组成。在接收到该双极性脉冲信号，而频率和晶片此时的自然频率是一样的，在压电晶片转移到共鸣共振板，并且随后振动，则产生超声波。当仪器收到超声波并且两极无外电压，压电晶片将会产生共振，并传递到共振板上，并随之振动，这时会产生电信号，此时仪器成为超声波接收器了。3.4 超声波传感器原理生活中最常见的为开放型超声波传感器，它的结构如图 3.6 所示，它的底座是由复合式振动器被灵活地固定的。此复合双压电晶片元式振动器是由谐振器、金属片和压电瓷片组成。谐振器的外形为喇叭状，此形状的优点是有效地辐射振动所产生的超声波，并且

37、在中央部位聚集超声波。当电瓷通过电压时，就会产生机械变形，外形并随电压和频率的变化而变化。同理当电瓷受到震动作用时，它会产生一个电荷。通过这个原理我们可以给电瓷一个电信号时，电瓷会发射出超声波。相反，给电瓷超声振动时，它会产生电信号。所以我们便可以将压电瓷作为超声波传感器。图 3.6 超声波部结构在弹性介质机械振动的超声波振动，其振动频率超过 20KHz 的，分成水平和垂直振荡，超声波传播介质不仅可以是气体，液体也可以是固体的，但不同的媒体也具有不同的传播速度。它像光一样有折射和反射的现象，并且随着传播其能量也逐渐递减。超声波的基本特性如下所述：1.波长 12 / 37波有频率、波长和速度，频

38、率乘以波长等于速度。电磁波的传播速度等于光的传播速度为 3108m/s，声波在空气中的传播速度相对较慢，约为 344m/s (20时)。因为速度慢所以其波长也很短，那么我们可以分辨声的距离和方向。因为可以精确分辨，我们可以在测量中有更高的精确度。2.反射检测对象的存在，反射的超声波可以获得的对象。因为金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸反射大约 100%的超声波,可以很方便使用这些对象。因为布料、棉花、羊毛等吸收超声波,很难用超声波检测到它们。与此同时,由于不规则的反射可能经常很难检测粗糙表面和边坡表面的对象,这些因素确定超声波测试需要开放空间理想的测试环境和测试对象必须反映超声波。3.温度效应

39、声波传播速度“c”可以用下面的公式。c = 331.5 + 0.607 t(米/秒),t =温度()也就是说,声音的速度变化与环境温度变化有关。因此，要准确测量一个物体之间的距离，经常检查环境温度是非常必要的，尤其是在冬季室外温差大，那么超声波测距精度产生了巨大的影响，此时应温度 18 B20 为了补偿所造成的降低的温度变化，同时考虑到测试环境的设计是在室，但主要用于超声波测距功能，则不需要测量精度，和温度的影响，因此影响的系统是不深入讨论。 4.声压特性声压级 (S.P.L.) 是用来做音量单位，表示公式如下：S.P.L.= 20logP/Pre (dB)式中,“P”为有效声压 (bar)，

40、“Pre”为参考声压 (210-4bar)如图 3.7 所示为几种常用超声波传感器的声压图。 13 / 37图3.7 超声波传感器的声压图5.灵敏度特性声音接收级的单位是灵敏度特性，公式如下：灵敏度= 20log E/P (dB)式中,“E”为所产生的电压 (Vrms)，“P”为输入声压(bar)。系统测距围也受灵敏度的影响，如图 3.8 所示为几种中常见超声波传感器的灵敏度图，由图可得 40KHz 传感器的声压级是最高，则其灵敏度也是最高的。图3.8 超声波传感器灵敏度示意图6.辐射特性传感器安装完成后。测量角度与声压 (灵敏度) 之间的关系。为了更好地表示辐射，并与前面比较，当声压衰减 6

41、dB 的角度时，我们称这个角度为半衰减角度，用 1/2 表示。为了获得精确的辐射角度，我们常用外表面尺寸较小的传感器。图 3.9 为常见的传感器的辐射特性示意图。 14 / 37图 3.9 超声波传感器辐射特性示意图由图可得 40KHz 传感器的声压级是最高，则其灵敏度也是最高的。3.5 测距分析超声波发射器发射超声波的方向，而开始时间，在空气中的超声波的传播，障碍立即返回，超声波接收器接收反射波立即停止。在空气中的超声波的传播速度为 340m/ s 时，根据定时器记录显示时间 t，我们可以计算出发射机屏障（多个），即间距离：S =340 吨/2。 回波测距法是最常用的超声波测距法，发射器在一

42、个方向上发射超声波超声波发射器传送一个方向的超声波，同时开始启动时间，超声波在空气中传播，遇到障碍立即返回，超声波接收器收到反射波就立即停止。空气中的超声波传播速度为 340m/ s 时，根据定时器记录时间 t，我们可以计算出发射机屏障（多个），即间距离：S =340 吨/2。前面介绍过声速 V 与温度 t 有关。工作时介质的温度变化不大，那么可忽略温度影响，即速度不变。若工作需要较高的精度，那么此时应温度补偿，从而校正测量结果。然后距离便可由声速和时间求出，这就是声超声波测距仪的原理。（3.1） （3.2）式中:L-两探头之间中心距离的一半。并且超声波传播的距离为: (3.3) 15 / 3

43、7式中:v超声波在介质中的传播速度； t超声波从发射到接收所需要的时间。将（3.2）、（3.3）代入（3.1）中得： (3.4)其中，超声波的传播速度 v 在温度确定的前提下是常数(例如在温度 T=30度时，V=349m/s)；当需要测量的距离 H 远远大于 L 时，则(3.4)变为： (3.5) 所以，只要需要测量出超声波传播的时间 t，就可以得出测量的距离 H。3.6 时钟电路的设计XTAL1 和 XTAL2 表示的为逆向放大器的输入与输出，反向放大器可为片振荡器。此振荡器可以是石晶振荡或者瓷振荡均，如果有外时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。这时因为一个周期包括 6 个状态周期，另外状态

44、周期含有 2 个振荡周期，从而一个机器周期包含 12 个振荡周期，若外接石英晶体振荡器的频率为12MHZ，那么一个振荡周期为 1/12us，从而一个机器周期为 1us。如图 3.10 所示为时钟电路：CCX12MHZXTAL1XTAL2图 3.10 时钟电路图3.7 复位电路的设计复位方法包含上电自动复位和外部按键手动复位两个方法，单片机的复位需要时钟电路工作和 RESET 端连续给出两个机器周期的高电平。对于复位时间要根据频率来确定，例如 12MHz 的晶振频率，它的复位信号连续时间在 5us 左右。图 3.11 是自动复位电路。 16 / 37图 3.11 复位电路图3.8 声音报警电路的

45、设计如图 3.12 所示为声音报警电路，包括一个 Speaker、三极管、电阻。图 3.12 声音报警电路图3.9 显示模块显示模块的组成是数码管显示接口电路，如图 3.13：E1D2DP3C4G54H62H9F10A111H12B73H8DS1ABCDEFGDP1H2H3H4HQ18550Q38550Q48550Q28550VCC1H3H2H4HR41KR51KR71KR61KP34P35P36P37图 3.13 数码管电路4 系统软件程序设计4.1 系统主程序设计本系统硬件电路设计以单片机 STC89C52 为核心。程序设计主要使用模块化设计的方法，整个软件程序设计的子程序有：定时器中断子

46、程序、超声波发射子程序、显示子程序等模块组成。而主程序以键控循环为工作方式，当按下主电源按键时，首先启动主程序然后使用发射子程序、查询接收子程序、定时器中断服务子程序，最后测量结果由显示子程序显示出来。此程序虽然可以用一个单独的计时器电路测量出超声波的时间，但利用 STC89C52 单片机可以更简化设计，便于读数和操作。该系统主程序设计流程图如图 4.1 所示： 17 / 37系统初始化开 始延 时发送 40KHz 的方波信号启动定时器与外部中断调用显示程序图 4.1 系统主程序设计流程图4.2 系统子程序设计系统子程序所运用到的程序如下：void zhongduan0( ) interrup

47、t 1 /T0 中断用来计数器溢出,超过测距围 flag=1; /中断溢出标志void zhongduan1( ) interrupt 2 /T1 中断用来扫描数码管 TH1=0 xf8; /2ms 定时 TL1=0 x30; Display(); timer+; if(timer=400) /800ms 启动一次模块 timer=0; 18 / 37 TX=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

48、 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; void main( void ) TMOD=0 x11; /设 T0 为方式 1，GATE=1；TH0=0;TL0=0; 19 / 37TH1=0 xf8; /2ms 定时TL1=0 x30;ET0=1; /允许 T0 中断ET1=1; /允许 T1 中断TR1=1; /开启定时器EA=1; /开启总中断 while(1) while(!RX); /当 RX 为零时等待 TR0=1; /开启计数 while(RX); /当 RX 为 1

49、 计数并等待 TR0=0; /关闭计数 Conut(); /计算 数码管显示与计算程序程序如下：void Display(void) /扫描数码管if(posit = =0)P0=(discodedisbuffposit)&0 x7f;elseP0=discodedisbuffposit;P2=positonposit;if(+posit=4)posit=0;/*/void Conut(void) 20 / 37time=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0; S=(time*1.7)/10; /算出来是 mmif(S=1500)|flag=1) /超出测量围显示“-” fl

50、ag=0; disbuff0=10; /“-” disbuff1=10; /“-”disbuff2=10; /“-” disbuff3=10; /“-”else if(S=500)|flag=1) disbuff0=S%10000/1000; disbuff1=S%10000%1000/100; disbuff2=S%10000%1000%100/10; disbuff3=S%10000%1000%100%10; LED=LED; fmg=fmg; else LED=0; fmg=1; disbuff0=S%10000/1000; disbuff1=S%10000%1000/100; disb

51、uff2=S%10000%1000%100/10; disbuff3=S%10000%1000%100%10; 21 / 37 22 / 375 实物制作与系统测试5.1 实物制作首先使用 Protel99 SE 软件来完成系统硬件电路原理图的绘制，然后在Protel99SE 软件中生成 PCB 电路板图，系统 PCB 图如图 5.1 所示：图 5.1 系统 PCB 图 23 / 37PCB 板制作过程中应特别注意各个元器件之间的对应关系不要出错，连接线尽量粗些但不能影响导电，最后就是制作保证尽量美观，匀称。5.2 元器件的安装与焊接首先根据电路板上所显示的引脚功能和连接标注，进行对相关元器件

52、的安装和焊接。系统中的超声波发射与接收使用超声波换能器 TCT40-10F1 和TCT40-10S1，中心频率为 40kHz，在最终安装使用时应保持两换能器中心轴线平行且俩俩相距 3 到 4 厘米，剩下没有什么要求。如果想提高系统的抗干扰能力可以将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来。首先组装好每个模块然后再焊接各个模块，当焊接完每一个模块以后，再对每个模块进行测试，这样可以保证每个模块可以单独完成各项工作。先对电源模块进行焊接，采用的焊接方式是直接方式，注意电源的正负极，然后开始检查 PCB 和电路图，下面对单片机最小系统进行测试几次，如果焊接后没有问题，下面就可以对程序进行正常下载，接下来是焊接

53、超声波发送模块，最后进行通电测试，将测试的结果与理论结果进行对比，找出问题的所在。制作好的实物如图 5.2 所示： 24 / 37图 5.2 实物图5.3 系统测试硬件电路在制作完成后需要不断进行调试，先将编译好的可执行文件下载到单片机试运行。为适应不同距离的测量需要，可以根据实际情况来修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间。最后在调试完成后对测量误差和重复一致性进行多次测试和分析，并不断优化系统使其达到最终使用的测量要求。图 5.3 系统测试图多次实验记录测试数据并对测试数据进行对比，计算出测量的误差，并对误差进行分析，由超声波测距公式 L=vt/2，得误差与超声波的传播

54、速度误差和测量距离传播的时间有关。例如当测距误差小于 1mm 时，假设超声波速度v=340m/s，测距误差小于 0.001/3400.000002941s 即 2.941ms。只要测量距 25 / 37离的传播时间差值精度小于 2.941ms，便可以保证测距误差小于 1mm。而系统所应用的 12MHz 晶振的 STC89C52 单片机能达到 1 微秒的精度，所以本系统采用的 STC89C52 定时器能保证测量误差在 1mm 的测量围。 26 / 37总 结汽车防撞测距报警系统设计的研究对于人民的安全有着非常重要的意义，本设计研究的是基于单片机技术的超声波智能测距报警系统。该系统是通过以STC8

55、9C52 单片机为工作处理器的核心，超声波传感器是现代的一种新颖的被动式超声波探测器件，能够以非接触式测出与前方或后方物体的距离，并将其转化为相应的电信号输出，对于该报警系统设计的最大特点就是使用户能够安装方便、智能性高、误报率低；且操作简单、灵活、易懂。现如今随着现代人们对安全意识的增强以与现代科学技术的快速发展，相信报警器肯定会带给人们生活巨大的便利，同时也会因为它的实用性将会很快的传播与应用到社会中。这次的毕业设计使我收获很大，最大的收获是懂得了理论与实践相结合的重要性。以前只懂得理论是远远不够的，现在把理论与实际结合起来，才能对理论懂得更为透彻，同时也锻炼了自己的动手能力，对于自己在设计过程中所遇到的问题通过查阅资料，咨询指导老师，最终都一一解决。 27 / 37致 在我的毕业设计将要完成之际，我心中洋溢着成功的欢乐，但更多的是对老师和同学的感激，之所以我