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 . 6

2、3.1电原理图 . 6 3.240K H Z 超声波发射电路 . 7 3.3报警电路 . 7 3.4超声波反射信号接收电路 . 83.5报警指示 . 84.4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。 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

3、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,

4、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 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。

5、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: 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

6、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控制多谐振荡器的振荡。输出高电平时,电路振荡,发射

7、 40kHz 超 声波;输出低电平时,停发射。 图 240kHz 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 4

8、0kHz 之外的干扰信号。 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

9、程序与 INT0中断程序图 5为主程序流程框图。程序在初始化以后,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 170m /s, 即 17cm/ms。 因此障碍物距离 d=T0×17cm/ms, 相对误差可达±2%以内。 ORG 0000H ;复位地址LJMP

10、MAIN ;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 ;主程序首地址图 5主 程 序 流 程 图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

11、序MOV IP,#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=6.375sMOV 45H,#04H ;置闪烁间隙时间 4×25ms=0

12、.1sMOV 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 1msCLR P3.4 ;停发射MOV 32H,#20 ;置显示循环数LCALL DIP ;显示 3ms ×20=60msLCALL WORK ;信息与数据处理SJMP TLOOP ;循环LINT1:CLR TR0 ; T0停SETB 01H ;信息与数据处理RETI ;

13、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 6

14、1ms ,当 T0时间常数为 0时, T0尚未溢出中断。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 1msDIR1: 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 1msDIR2: SETB P3.1 ;十位显示MOV P1,4

15、2H ;输出百位段码CLR P3.2 ;百位显示LCALL DELAY ;延时 1msDJNZ 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 。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、215;10+2+2=1004机周 =1004us 1ms 。4.3 信号处理程序 WORK图 6为信号处理程序 WORK 流程图。 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

17、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,其流程图为图 7。障碍物距离小

18、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

19、数器恢复初值 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 ;

20、WORK2: 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 ; 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#

21、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。 16 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

22、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，学习和体会到了电子技术的基本技能和思 想。 非常感谢学院给我提供这样的一个可以自己动脑、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

23、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 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