汽车倒车测距仪电路设计

1、 毕业设计论文 汽车倒车测距仪电路设计 系 xxxxxxxxxxxxxxxxx 专业 xxxxxxxxxxxxx 学号 xxxxxxxxxx 姓名 xxxxx 班级 xxxxxxxxxxxxxxx 指导老师 xxx 职称 xxxx 毕业设计时间 2009年11月-2010年1月 摘要：本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。利用所设计出的汽车倒车测距仪，能比较精确测量车后障碍物距离。 关键词：单片机；超声波；LED；收发电路目录1 引言42 基本工作原理53 硬件电路63.1电原理图63.2 40kHz超声波

2、发射电路73.3 报警电路73.4 超声波反射信号接收电路83.5 报警指示84 软件程序104.1 主程序与INT0中断程序104.1.1 主程序114.1.2 INT1中断服务子程序124.2 显示与延时子程序124.2.1 扫描显示程序124.2.2 延迟子程序124.3 信号处理程序WORK134.4 内RAM分配155 结语17参考文献191 引言 随着中国经济的快速增长和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车。然而，在享受汽车给人们带来便利的同时，由于倒车时驾驶员视觉上存在死角或视线模糊而引起倒车困难而让人难以忍受。因此，人们迫切需要有倒车后视装置辅助驾驶员快速准确地倒车

3、。目前，倒车后视系统主要采用超声波测距或后视摄像技术。超声波测距的优点是可以测得准确的距离，缺点是对车后的路坑、山崖、凸出的某些障碍物无法感应；摄像技术却可以获得这些障碍物的直观图像，但无法测得准确的距离。结合这两种技术的特点，本文设计了一种能同时显示障碍物的图像及准确距离的可视系统。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time  of  flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波

4、在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。  由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。2

5、基本工作原理超声波在空气中的传播速度与声速相当，约340m/s。从发射信号到遇到障碍物反射接受，有几毫秒的时间间隔，根据这个时间可以计算出障碍物距离。这一原理很早就被人认识和运用，但由于把时间换成距离需要较为复杂的电子线路，因而早期的汽车倒车防撞仪只能反映车后一定距离范围内有无障碍物，后来发展到分段报警，反映障碍物在哪一段距离范围内。随着电子技术和单片机应用技术的发展，能比较精确测量车后障碍物距离的汽车倒车测距仪终于问世了。主要技术指标：1） 最大探测距离：不小于5m。2） 测距相对误差： ±5%。3） 工作环境：-10 +55ºC。电路流程图： 超声波发射电路超声波接收电

6、路报警指示嘟声音响电路3 硬件电路3.1电原理图图1为汽车倒车测距仪电原理图。P1口输出8段段码，低电平有效；P3.0、P3.1、P3.2输出位码，低电平有效，VT1VT3（PNP管）作为显示位码驱动；数码管选用0.5共阳高亮红色LED数码管。当P3.0、P3.1、P3.2输入低电平时，选中相应显示位；P1口输出低电平时，选中相位笔段；小数点固定在第二位。P3.4控制超声波发射；P3.3接收超声波反警指示。 图1 汽车倒车测距仪电原理图3.2 40kHz超声波发射电路图2为40kHz超声波发射电路。1）4011两个与非门E、F组成多谐振荡器，调节RP1可调节谐振频率。2）P3.4控制多谐振荡器

7、的振荡。输出高电平时，电路振荡，发射40kHz超声波；输出低电平时，停发射。 图2 40kHz超声波发射电路3.3 报警电路图3为嘟声音响电路。1）4011另两个与非门G、H组成多谐振荡器，谐振频率约800Hz左右，作为嘟声音频率，P3.5控制多谐振荡器振荡，高电平时发出嘟声，低电平时无声。CPU可根据距离远近控制P3.5输出方波的频率，即控制嘟声间隙时间。2）LM386作为功率放大，驱动扬声器发声。图3 报警电路3.4 超声波反射信号接收电路图4为超声波遇障碍物反射信号接收电路。1）LM324三个运算放大器A、B、C组成三级回波信号放大电路。其中L1C9组成选频电路，滤除40kHz之外的干扰

8、信号。VD2C 12组成信号半波整流滤波电路，将接收到的40kHz反射波交流信号转化成直流电压信号。2）LM324第四个运算放大器D作为电压比较器，将信号直流电压与设定的基准电压比较，信号电压大于基准电压，比较器输出正脉冲，VT5导通，P3.3接收负脉冲信号，CPU中断，记录发射信号与接收信号之间的时间，并转换为距离。3.5 报警指示P3.6控制报警指示灯。当障碍物距离小于某一数值（例 50cm）时，输出高电平，VT4导通，发光二极管VD1导通。此输出端也可作为安全距离自动制动的控制端。 图4 障碍物反射回波接收电路4 软件程序4.1 主程序与INT0中断程序图5为主程序流程框图。程序在初始化

9、以后，发射40kHz超声波1ms，并立即启动定时/计数器T0，CPU接收到回波信号后，立即中断，T0停。定时/计数器T0专用于记录CPU发射脉冲信号的前沿至回波脉冲信号前沿之间的时间，这个时间就作为换算障碍物距离和控制嘟声间隙的数据。由于汽车倒车测距精度要求不高，为简化计算，取超声波传播速度为340m/s，考虑到信号来回，速度为170/s，即17cm/ms。因此障碍物距离d=T0×17cm/ms，相对误差可达±2%以内。开始初始化发射1ms显示、T0计时等待回波中断有回波否?信号处理图5主 程 序 流 程 图4.1.1 主程序ORG 0000H ;复位地址 LJMP MAI

10、N ;复位转主程序 ORG 0013H ;INT1中断入口地址 LJMP LINT1 ; 转INT1中断 ORG 001BH ;T1中断入口地址 LJMP IT1 ;转TI中断 ORG 0100H ;主程序首地址 MAIN:MOV SP,#60H ;置堆栈指针 MOV P1.#0FFH ;停显示 CLR P3.4 ;不发射 SET P3.6 ;灯亮 SET P3.5 ;开机发嘟声 MOV 40H,#7EH ;显示符号“- - -”显示单元 MOV 41H,#7EH ; MOV 42H,#7EH ; MOV 32H,#160 ;置显示循环数 LCALL DIR ;调用显示子程序 MOV IP,#

11、00000100B ;置INT1为高优先级 MOV TMOD,#00010001B ;置T0、T1定时器方式 MOV TH1,#9EH ;置T1时间常数25ms。用于控制嘟声方波脉宽 MOV TL1,#58H ; SETB TR1 ;T1运行 MOV IE,#10001100B ;INT1、T1开中 MOV 20H,#00H ;各标志位清零 MOV 21H,#00H ; MOV 22H,#00H ; MOV 23H,#00H ; MOV 44H,#FFH ;置嘟声方波初值255×255ms=6.375s MOV 45H,#04H ;置闪烁间隙时间4×25ms=0.1s MO

12、V R2,#04H ;置信号计数器初值 MOV R3,#04H ;置连续无回波信号计数器初值 TLOOP:MOV TH0,#00H ;T0值清零 MOV TL0,#00H ; SETB P3.4 ;开始发射40kHz超声波 SETB TR0 ;启动T0，开始计时 LCALL DELAY ;延时1ms,即发射1ms CLR P3.4 ;停发射 MOV 32H,#20 ;置显示循环数 LCALL DIP ;显示3ms×20=60ms LCALL WORK ;信息与数据处理 SJMP TLOOP ;循环4.1.2 INT1中断服务子程序 LINT1:CLR TR0 ；T0停 SETB 01

13、H ；信息与数据处理 RETI ；说明： 开机后先显示“- - -”，并亮灯、发声约0.5s,表示开始工作。 5个中断源中，INT0、串行口不用；T0用于记录发射接收时间，不中断；INT1用于回波信号中断；T1定时25ms,用于控制嘟声间隙时间和闪烁显示时间。 CPU发射40kHz超声波1ms,然后显示60ms，1ms和60ms时间均由延时子程序控制，在显示60ms期间等待INT1中断，INT0中断后立即关断T0。60+1=61ms是一个工作周期。在这个周期内完成一次信号探测，然后进行数据处理。由于选用晶振12MHz，T0定时最大时间为65.5ms。大于61ms，当T0时间常数为0时，T0尚未

14、溢出中断。第二周期又开始。因此T0不开中，也不会产生中断。超声波往返速度为17cm/ms，61ms可达10.37m，已超过本装置选用的超声波传感器能探测到的最大距离。4.2 显示与延时子程序4.2.1 扫描显示程序 DIR: SETB P3.2 ;百位停显示 MOV P1,40H ;输出个位段码 CLR P3.0 ;个位显示 LCALL DELAY ;延时1ms DIR1: SETB P3.0 ;个位停显示 MOV P1,41H ;输出十位段码 CLR P3.1 ;十位显示 LCALL DELAY ;延时1ms DIR2: SETB P3.1 ;十位显示 MOV P1,42H ;输出百位段码

15、CLR P3.2 ;百位显示 LCALL DELAY ;延时1ms DJNZ 32H,DIR ;循环显示结束否?未结束，结束 ORL P3,#00000111B ;循环显示结束，停显示 RET ;每一位显示1ms，显示3位共3ms，作为一个循环。用32H控制循环次数，显示时间由32H决定，在调用DIR前先赋值给32H。 4.2.2 延迟子程序 DELAY: MOV 30H,#10 ;置外循环数 DY1: MOV 31H,#48 ;置内循环数 DY2: DJNZ 31H,DY2 ;2机周 DJNZ 30H,DY1 ;2机周 RET ;2机周 延时时间：T=(48×2+2+2)×

16、;10+2+2=1004机周=1004us1ms。4.3 信号处理程序WORK图6为信号处理程序WORK流程图。WORK有回波否?连续4次无回波?删选正确信号闪烁显示计算距离刷新显示值控制嘟声方波频率返回4个信号存满否?否有NYNY图6 信号处理程序流程图说明如下：1)信号处理首先判断有否回波信号。01H=0，无回波信号，若连续4次无回波信号，说明车后无障碍或障碍物距离较远，超过最大探测距离，此时置闪烁“”，并发出长嘟声。2)由于CPU工作速度比倒车速度快得多，所以不需要每次收到信号后立即显示。收到信号可先存起来，存满4个信号连同原来显示的信号，共5个信号，从中筛选出一个正确信号。3)因为空中

17、有各种干扰信号，如喇叭的鸣叫声，汽车废汽排除声，在这些噪声中也含有40kHz的谐波成分，被接收放大后，可引起干扰。另外。汽车运行，特别是刚起动时，电源中也有许多干扰脉冲。除在硬件电路中采取措施外，在软件中还需要加入抗干扰程序，甄别和删除，一般可根据倒车的速度和回波信号脉宽来分析判别。4)连续取4个信号的原因，出了抗干扰外，还因为人的视觉特性。若每取一个信号，立即更换显示。更换显示过快，人的眼睛受不了。61ms×4=244ms,约4次/s，驾驶员来不及看，反而觉得仪器工作不稳定。所以在更换显示值子程序中还有一个判断是否需要更换值子程序中还有一个判断是否需要更换显示值的子程序，其流程图为

18、图7。障碍物距离小于0.5m,距离值变化1cm就要及时更换显示；距离在0.51m之间，新值与原显示值之差大于5cm更换，否则不更换；距离在12m之间，新老差值大于10cm更换，否则不更换；距离在2m以上，新老差值大于20cm更换，否则不更换。不更换即返回重测。信号处理程序如下： WORK：JBC 01H,WORK1 ;有回波信号，转存信号 DJNZ R3,GORET ;无回波信号，判别连续无回波信号数次 MOV R3,#04H ;连续无回波计数器恢复初值 LCALL FLASH ;调用闪烁显示子程序GORET: RET ;WORK1: MOV R3,#04H ;有回波，连续无回波计数器恢复初值

19、 DJNZ R2,WORK2 ;未存满4个信号，转存信号 MOV R2,#04H ;存满4个信号，信号计数器恢复原值 MOV 56H,TL0 ;存第4个信号 MOV 57H,TH0 ; LCALL SORT ;调用信号排序子程序 LCALL RIGHT ;调用筛选正确信号子程序 LCALL TRAS ;调用更换显示子程序 LCALL TONE ;调用计算嘟声方波脉宽子程序RET ;WORK2: JBC 11H,WORK21 ;1#信号标志，转存第1个信号 JBC 12H,WORK22 ;2#信号标志，转存第2个信号 JBC 13H,WORK23 ;3#信号标志，转存第3个信号 RET ;WOR

20、K2: MOV 50H,TL0 ;存第1个信号 MOV 51H,TH0 ; RET ;WORK22: MOV 52H,TL0 ;存第2个信号 MOV 53H,TH0 ; RET ; WORK23: MOV 54H,TL0 ;存第3个信号 MOV 55H,TH0 ; RET ;N开始Snew>0.5m?Snew>1?mSnew>2m?|Snew-Sold|>20cm|Snew-Sold|>10cm|Snew-Sold|>5cm更换显示值Snew Sold返回YNNYYYYYN图7 是否需要更换显示值程序流程图4.4 内RAM分配为便于阅读已列出的程序，将有关寄

21、存器内容及用途说明如下： 30H：延时子程序外循环数 31H： 延时子程序内循环数 32H：扫描显示循环数 40H：个位显示符寄存器 41H：十位显示符寄存器 42H：百位显示符寄存器 44H：嘟声方波脉冲宽值 45H：闪烁显示间隙时间 50H：1#信号低8位 51H：1#信号高8位 52H：2#信号低8位 53H：2#信号高8位 54H：3#信号低8位 55H：3#信号高8位 56H：4#信号低8位 57H：4#信号高8位 R2： 回波信号计数器 R3： 连续无回波计数器 标志位： P3.4：40kHz超声波发射控制位 P3.5：嘟声控制位 P3.6：STOP灯控制位 11H： 1#信号存储

22、标志 01H： 2#信号存储标志 13H： 信号存储标志 01H： 回波标志，01H=1有回波，01H=0无回波。5 结语毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。感谢老师对我的教育培养，你们细心指导我的学习，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。毕业论文的撰写过程是对所学的电子技术基本理论知识的综合运用，对三年专业知识的一次综合应用、扩充和深化，也是对我们理论运用于实际设计的一次锻炼。通过毕业论文的撰写过程，我不仅温习了以前在课堂上学习的专业知识，同时我也得到了老师和同学的帮助，学习和体

23、会到了电子技术的基本技能和思想。脑、动手进行实践的机会，同时也大大加强了同学之间的沟通，以及学生与老师之间的交流，这是一个放飞自我的平台，也是我们理想与实际结合的升华，我想学院给我们提供的这些，教会我们的这些不仅仅在现在有用，对于我们今后步入社会也是同样有用的。目前我已经在一家公司实习了，我明显感到在社会上更加需要团体合作，以及自身的严谨作风。我在工作中不怕失败，在失败中总结经验，为成功积累素材，学着自我超越，敢于尝试，在尝试中进步，这对我能力的提高大有好处。从开始接到论文题目到电路图的设计，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。当

24、然在做的过程中也遇到过很多的麻烦，一些没有接触过的元件，它们的封装需要自己去书籍、网上搜索，在更新的时候会有一些错误，自己很难改正，只得求助老师，最后得以解决。这次毕业设计使我开始了自主的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次的成功都会让我兴奋好一段时间。此次设计过程中，各种系统的适用条件，各种程序的选用标准，各种元件的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。课题设计过程中我不怕失败，在失败中总结经验，为成功积累素材；学着自我超越，敢于尝试，在尝试中进步，这对我能力的提高大有好处。设计中有太多的不懂和陌生，但是我会多看、多想、多问、多学，认真的对待每