西电电院电创实验设计报告

1、 电创实验设计报告 题目：汽车倒车防装警报器 团队成员： 近年来，随着人民生活水平的提高，越来越多的人选择购买汽车作为交通工具，我国的汽车数量正逐年增加。然而，也随之产生一系列问题，倒车时的后视问题就是其中一个非常重要的问题。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故,从而造成经济损失和人员伤亡。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞预警系统势在必行。为此，我这次设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达防撞警报系统。 倒车雷达是一种辅助车主泊车或者倒车的装置，当车主将档位挂入倒档，启动倒车雷达

2、系统时，它能通过发射和接收超声波来探测周围障碍物的情况，并以声音或者影像告知车主，帮助车主了解汽车尾部倒车情况，解除车主视角死角，提高驾驶的安全性，其利用的原理是超声波非接触测距技术。 利用超声波作为探测猎物的技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御以及捕捉猎物的生存手段，也就是生物体发出不被人们所听到的超声波，借助空气媒介传播，由被捕捉的猎物或障碍物反射回来的超声波时间间隔长短判断猎物或障碍物位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定位发射，方向性好，因而人类采用仿真技能开始利用超声波测距。 随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地

3、常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。超声波测距由于其能够进行非接触测量和具有相对较高的测量精度，越来越被人们所重视。就目前形势来看，汽车市场的快速发展将带动倒车雷达的发展。国内倒车雷达主流市场已经开始由高档汽车向中低档汽车发展，技术上向着单芯片功能的灵敏度

4、更高、可视化发展，设备趋于小型化、人性化、智能化等方向发展。由此可见，超声波汽车倒车雷达系统将会在人类今后的生活中扮演越来越重的角色，为人类的发展作出重要贡献。 采用51系列单片机中的简易型STC89C52作为中央处理器，选用专用配置的超声波模块，进行超声波信号和电信号的相互转换，对超声波信号进行幅值判断，从而达到不同距离的选择和报警目的。 超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，记录其从发射到反射的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中传播的速度就可得出与障碍物的距离。超声波测距在中长距离的精度高，易于控制方向，能量消耗低。声波在空气中的速度为340m/s，距离公式为d

5、=340*t/2。超声波传感器的特性 超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性： （1）频率特性 如图 2.2是超声波发射传感器的频率特性曲线。其中，f040KHz 为超声发射传感器的中心频率，在f0处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在f0处所产生的超声声压能级最高。而在f0两侧，声压能级迅速衰减。因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率f0的交流电压来激励。另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲线在f0处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在f0处接收灵敏度最高。 超声发射传感器频率特性因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声接收传

6、感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R 也有很大关系，如果 R 很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。如果 R 较小，频率特性变得光滑而具有较宽得带宽，同时灵敏度也随之降低。并且最大灵敏度向稍低的频率移动。因此，超声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有较高得接收灵敏度。(2) 指向特性 实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡源，辐射出一个半球面波（子波），这些子波没有指向性。但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。 超声波的测距原理及实现超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time

7、 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。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒，由单片机负责计时，单片机使用11.0592M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

8、类是用机械方式产生超声波。本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现触发单元。利用超声波测距的工作，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法：（1）相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；（2）声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响；（3）渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间。其原理图如图。 超声波测距原理本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的

9、超声波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波），通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。超声波速度与温度关系表温度（）-30-20-100102030100声速（m/s）313319325323338344349386由于我国大部分地区四季温差不超过40（-10到30）摄氏度，且本系统测距范围（车后4到5米）比较小，单片机以微秒计时，故温度影响可以不予考虑。系统设计要求按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为三大主要模块

10、：测距系统、控制系统以及显示和语音报警系统。本系统的主要功能是：当车挂入倒档后，超声波发射电路开始连续不断的发出超声波，遇到障碍物后反射，超声波接收电路接收，控制电路通过相应的计算，可以计算出相应的距离，并送至显示电路进行显示。如果所测距离小于预先设置好的报警距离，那么，报警电路则会发出一定的声音进行报警提醒驾驶者。其中测距系统有超声波发射、接收子系统构成；控制部分以STC89C52单片机为核心，其P2.0口输出10us的触发信号制超声波发射电路产生40KHz的超声波，利用外部中断监测超声波接收电路输出的返回信号；显示报警部分由显示系统及语音系统构成，其中显示系统采用简单实用的4位共阳8段数码

11、管。单片机的选择一般在系统的设计当中，能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适，而单片机更是是系统控制的核心，所以对单片机的选择更是异常重要。如果选择了一个合适的单片机不仅可以最大地简化系统的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比较高，对整个系统来说更方便。目前，市面上的单片机的种类繁多，并且他们在功能方面也是各自有各自的特点。在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有：（1）单片机最基本性能参数指标。例如：执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。（2）单片机的某些增强的功能。（3）单片机的存储介质。例如：对于程序存储器来说，最好选用的是Fl

12、ash的存储器。（4）单片机的封装形式。封装的形式多种多样，例如：双列直插封装、PLCC封装及表面贴附等。（5）单片机对工作的温度范围的要求。例如：在进行设计户外的产品时，就必须要选用工业级的芯片，以达到温度范围的要求。（6）单片机的功耗。例如，如果信号线取电只能提供几mA的电流，所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的。（7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。（8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。（9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。综合考虑以上因素，选择ST

13、C89C52作为本系统的控制部件。 STC89C52单片机简介1.STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机(STC89C52)外观如图：单片机(STC89C52)引脚功能图如图2STC89C52引脚具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线 外接晶振引脚（2

14、根）XTAL1(Pin19)和XTAL2(Pin20) 为了产生时钟信号，在STC89C52单片机的芯片内部已经设置了一个反相放大器，其中XTAL1端口就是片内反相放大器的输入端，XTAL2端则是片内振荡器反相放大器的输出端 。单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是11.0592MHz的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生时钟信号。它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。时钟信号电路如图所示。 晶振电路 控制引脚

15、（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。复位电路如图： 复位电路 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）： 8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（

16、Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73STC89C52主要功能如表所示。主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能超声波测距模块本系统超声波测距模块采用HC-SR04测距模块。HC-SR04测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm,模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。基本工作原

17、理：（1）采用IO口TRIG触发测距，加至少10us的高电平信号；（2）模块自动发生8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高低平，高电平持续的时间就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.HC-SR04的外型及引脚如图所示，HC-SR04的性能参数和引脚定义分别如表所示。超声波测距模块HC-SR04实物图HC-SR04性能参数工作频率40MHz 工作电压DC5V工作电流15mA最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸45*

18、20*15mm ( 宽*长*厚 )HC-SR04引脚定义引脚功能VCC5V电源GND地线GNDTRIG触发控制信号输入ECHO回路信号输出显示报警模块电路显示报警单元是经过超声波发射接收电路及单片机STC89C52处理后把信号转化为人为可以知觉的数字显示和报警响应，以让人们能够直观的觉察到测量的状况，进一步避免事故发生。显示报警电路由显示和报警两部分电路组成，主要实现在出现紧急情况下的显示报警功能，以此提醒驾驶员。显示电路的设计LED数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为

19、静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字，因此本设计应采用动态显示方式。由于动态显示方式利用的是人眼视觉暂留的特性，扫描的时间应不大于20毫秒，占用系统资源虽然大，但是在显示的个数和字型有限情况下可以充分利用其优良特性，且相对于整个系统来说，单片机的系统资源利用不多，所以可以应用数码管显示。LED数码管显示模块设计LED是发光二极管的缩写。LED数码管里面有8只发光二极管，分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点，每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（COM），其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同。

20、LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位。根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 动态显示驱动数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的C

21、OM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1 ms2 ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。动态扫描显示方式在数码管应用系统中应用得最为广泛，这也是我在本设计中的显示方法。共阳极与共阴极这两种方法难度差不多，考虑到我自己对于共阳极的编程更熟悉，因此在该设计中我也采用数码管共阳极的接法。显示电路采用简单实用的LED数码管动态显示，段码用PNP三极管驱动，系统

22、显示的距离范围在3米之内，选用4位LED数码管，通过单片机编程实现显示，显示字符由单片机P0口送至74LS245，再经74LS245显示驱动芯片去驱动LED数码管显示，P2.0-P2.3分别控制每一位的动态显示。报警电路的设计报警部分采用一个蜂鸣器进行报警，利用单片机控制输出一个一定频率的信号。由于蜂鸣器的工作电流比较大，以至于单片机的I/O口无法直接驱动，所以用三极管来放大电流。信号通过一个三极管，把信号放大，以增强驱动能力。然后将放大之后的信号连接到蜂鸣器上，报警部分装置的设计图如图所示。报警电路蜂鸣器是使用直流电源进行供电，它广泛应用于当今生活中，尤其在计算机、报警器、复印机、打印机、电

23、子玩具、汽车电子设备、电话机等电子设备制造中作为发声的器件而广泛应用。蜂鸣器是一种一体化结构的电子发声器，它分为两种类型，一种是压电式蜂鸣器另一种是电磁式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主要由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱阻及抗匹配器还有外壳等部分组成。压电蜂鸣片是由铌镁酸铅或锆钛酸铅压电陶瓷材料制造而成。我把在陶瓷片的表面镀上金属电极，经过极化处理和老化处理之后，再与不锈钢钢片粘贴在一起就制成了压电蜂鸣片。而多谐振荡器由集成电路或者晶体管构造而成。当电极两端接通电源以后,多谐振荡器开始振动,输出音频信号，然后阻抗匹配器便能推动压电蜂鸣片发出声音。电磁式蜂鸣器主要由振荡器、磁铁、振动膜片、电磁线圈和外壳等

24、部分组成。在两极接通电源之后，振荡器能够产生的音频信号，信号通过电磁线圈，便会使电磁线圈生成磁场。这样振动膜片便会在磁铁和电磁线圈的作用下，周期性反复地振动从而发出声音。附程序源代码：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include "shumaguan.h"/sbit FMQ=P35; /蜂鸣器 sbit key0=P10;/按键0 sbit key1=P11;/按键1 sbit key2=P12;/按键2

25、 sbit fb=P34; /超声波发射脚 sbit jieshou = P32; /接收引脚 bit flag_sb; /是否回波 unsigned char key_num=0; unsigned char bijiao_flag=0; unsigned long int s;/超声波距离 uint wei_x; /安全距离 uchar flag_monden=0; /模式 uchar baojing_moden=0; uchar key_flag=0;void delay_ms(uint z)uint a,b;for(a=z;z>0;z-)for(b=110;b>0;b-);

26、 void fabo() uchar i; flag_sb=0; /发波前清零 fb=1; /发波 for(i=0;i<10;i+)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();fb=0; /关闭发波 TH1=0x00;/清零 TL1=0x00;/清零/while(!jieshou); TR1=1;/开定时器EX0=1;/开外部中断0while(!flag_sb);fenjie(data_num,s);delay_ms(500);/led0=1;/led0亮 void keyscan(void) if(fl

27、ag_monden=1) / moshi=1;if(!key1)/while(!key2);delay_ms(20);if(!key1)wei_x+;if(wei_x>4000)/wei_x=0;key_flag=1;if(!key2)delay_ms(20);if(!key2)if(wei_x=0)/wei_x=4000;wei_x-; key_flag=1;P0= leddata16;wei1=0;wei2=1;wei3=1;wei4=1;fenjie(data_num,wei_x); /主函数 void main() init(); while(1) keyscan();/ if(

28、flag_monden=0) fabo(); /超声波测距和显示 if(s<wei_x && key_flag=1) FMQ=0; else FMQ=1; if(!key0) /按键 while(!key0); flag_monden+; if(flag_monden=2) flag_monden=0; /有一个中断进去的太频繁会影响其他中断的响应，且中断的是不宜太长 / /外部中断1void int0() interrupt 0 uchar tl; uint th; EX0=0; /关外部中断0 TR1=0; /关定时器 tl=TL1; /读取定时器低位的值 th=TH

29、1;/读取定时器高位的值 th<<=8; th|=tl; /高位与低位合成16位数 s=th; s=s*17; /速度乘以时间 340米每秒 s=s/100; s=s-70/修正 flag_sb=1; /接收到超声波的标志 /定时器1void time1()interrupt 3 flag_sb=1; /发射出的没有接收到重新发波 TR1=0; EX1=0; s=8888; /#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit

30、 wei4 =P27; /数码管的位选4sbit wei3 =P26; /数码管的位选3sbit wei2 =P25; /数码管的位选2sbit wei1 =P24; /数码管的位选1sbit DP=P07;bit moshi=0;unsigned char data_num4=1,2,3,4;unsigned char count; unsigned char code leddata= 0xC0, /"0" 0xF9, /"1" 0xA4, /"2" 0xB0, /"3" 0x99, /"4" 0x92, /"5" 0x82, /"6" 0xF8, /"7" 0x80, /"8" 0x90, /"9" 0x88, /"A" 0x83, /"B" 0xC6, /"C" 0xA1, /"D" 0x86, /"E" 0x