基于51单片机的超声波倒车雷达测距

1、. . . . 毕 业 设 计题 目：基于51单片机的超声波倒车雷达测距学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程与其自动化 45 / 50摘 要超声波是频率高于20KHZ的声波，具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远的特点，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。基于此，本次设计尝试使用AT89S52与HY-SRF05模块来实现超声波的测量，结合外围电路模块实现

2、距离显示与语音播报构成超声波测距系统。本次超声波测距系统由单片机计时与控制电路、超声波发射接收模块、测量距离显示电路、语音电路等部分组成。详细介绍了超声波测距模块与AT89S52单片机的测距原理。以HY-SRF05超声波测距模块为核心实现超声波的发射与接收。整体电路结构简单，成本低廉，工作稳定，测量精度也达到实际应用要求。关键词：AT89S52；超声波；HY-SRF05；测距AbstractUltrasound is sound waves with frequency higher than 20KHz, it has strong directivity and consumes ener

3、gy slowly, at the same time it spreads farther in the same medium. Therefore ultrasound is often used for distance measurement, such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by it. Use of ultrasonic detection tends to be quickly, convenient and simple calculation, easy to

4、do real-time control. In the measurement precision it can reach industry practical requirement. So in liquid level, well depth, pipe length measurement, mobile robot localization and obstacle avoidance, etc a wide range of applications.This ultrasonic distance measurement system by single-chip timin

5、g and display circuit of the control circuits, ultrasound modules, measuring distances, voice circuits and other components. Details the ultrasonic range finder and AT89S52 microcontroller module location. Core realization of ultrasonic HY-SRF05 ultrasonic distance measurement modules for transmit a

6、nd receive. A whole circuit of simple structure, low cost, stable, measurement precision to reach the actual application requirements.Keywords:AT89S52；Ultrasonic wave；HY-SRF05；Measure distance目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究的背景11.2 国外研究现状11.3 课题研究的意义2第2章超声波测距原理42.1 超声波简介42.2 超声波测距原理4第3章方案论证63.1 设计思路63.

7、2 系统结构设计7第4章硬件电路设计84.1 单片机AT89S5284.2 超声波测距模块HY-SRF05104.2.1 基本工作原理104.2.2 HY-SRF05电气参数114.2.3 超声波时序图124.2.4 超声波应用电路图124.3 温度传感器DS18B20124.4 LCD1602液晶144.4.1 LCD1602主要技术参数144.4.2 LCD1602引脚功能144.4.3 LCD1602应用电路图154.5 ISD1420语音芯片164.5.1 特点164.5.2 电特性164.5.3 ISD1420引脚功能164.5.4 ISD1420语音电路17第5章系统软件设计195

8、.1 主程序195.2 超声波测距子程序195.3 测温子程序21第6章系统调试分析236.1 硬件电路测试236.2 软件调试236.3 误差分析24结论26参考文献27致28附录29附录A：实物作品29附录B: 原理图30附录C: PCB图31附录D: 程序31第1章 绪论1.1 课题研究的背景随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员

9、以与女性更为突出。因而倒车事故给车主带来的许多麻烦，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。超声波倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发射超声波，然后通过反射回来的超声波判断前方是

10、否有障碍物，以与障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小与实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离。1.2 国外研究现状一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响。在第一次世界大战中，对超声波的研究逐渐受到重视。法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。他提出的这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信。 1929年，Sokolov首先提出用超声波探查

11、金属物部缺陷的建议。相隔2年，1931年Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，不过他并未做更多的工作。4年之后，1934年sokolov首次发表了关于在液体槽子里用穿透法作实物试验的结果，他用了各种方法做了实验，用来检测穿过试件的超声能量，其中之一是用简单的光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹。德国人Bergrnann在他的论著ULTRASONIC中，详细的论述了有关超声波的大量早期资料，该论著一直被认为是该领域的经典之作。 美国的Firestone首次介绍了脉冲回波探伤仪，使超声波检测技术发展到了更重要的阶段。在各种系统中，这是最成功的一种，因为它有最广泛的通用性，其检测结

12、果也最容易解释。这种方法除可用于手工检测外，还可与采用先进技术的自动系统联用，自第一种脉冲回波仪器问世以来，根据一样的原理，有无数种其他仪器得到了发展，并有许多改进和精化。目前，在超声无损检测中，脉冲回波系统仍是使用最为广泛的一种。 八十年代后期，由于计算机技术和高速器件的不断发展，使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。目前国也相继出现了各类数字化超声波测距设备，并已成为超声波检测的发展方向。大学的某位学者研究了一种回波轮廓分析法。该方法在测距过两次探测求取回波包络曲线来得到回波的起点，通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换

13、理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的效果。 目前国外在超声波检测领域都向着数字化方向发展，数字式超声波测距系统的发展速度很快。国近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。随着测距技术研究的不断深入，对超声测距系统功能要求越来越高，单数码显示的超声测距系统会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声测距仪能够具有双显与带有单板机的微处理功能。随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的2000A型超声分析检测仪，是一种带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处于微处理器的控制管理之

14、下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电存储功能，其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理与有关程序的开发。与国同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突破和创新，达到了国际先进水平。1.3 课题研究的意义在现实生活中，在某些特殊的场合，传统的测量距离的方法往往会存在一些没办法克服的因素，像是在液面上做距离测量，用传统的方法，电极法首先采用差位的分布电极，再通过给脉冲或电来进行检测液面，由于电极需要长期浸泡于水中或其它液体中的原因，所以极易容易被腐蚀或是电解，从而导致降低灵敏性。但

15、是如果使用超声波来测量距离的话，刚好可以很有效地解决这一问题。目前市面上常见的超声波测距系统由于价格昂贵，体积过大而且精度也不高等种种因素，使得在一些中小规模的应用领域中难以得到广泛的应用。为解决这一系列难题，本文设计了一款基于AT89S51单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪。第2章 超声波测距原理2.1 超声波简介我们知道，当物体振动的时候便会产生声音。科学家们系统的把每秒钟振动的次数称之位声音的频率，单位称为赫兹（HZ）。人类的耳朵可以听到声波的频率仅在20到20000HZ之间。如果声波的振动频率超过了20000HZ或是低于20HZ时候，人们便没办法听见了。所以，通常超过2000

16、0HZ的声波我们将之称作“超声波”。通常用于医学诊断的超声波的主要频率为15兆赫。超声波的优点是具有良好的方向性，它穿透的能力也非常强，可以很容易的获得比较集中的声能，水中的传播距离也比较远等特点。用途比较广泛，主要用于测量距离、测量速度、医学方面，军事方面，工业方面，和农业方面。理论研究表明，在振幅一样的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，由于在介质的质点振动频率相对于高，因此能量也是相对的大。如果冬天在北方的时候，如果往水罐中注入超声波的话，罐中的水会由于剧烈震动碎成大量的小雾滴，再把破碎的雾滴用风扇往室吹的话，便使室的空气湿度瞬间增加，这个原理便是超声波加湿

17、器。对于气管炎疾病或咽喉炎疾病等等，药品很难随血流到达患病的部位。使用加湿器的原理，可以有效的雾化药液，让病人吸入，能够提高疗效。人体的结石可以使用超声波的较大能量经过剧烈的受迫振动而破碎。2.2 超声波测距原理超声波是利用反射的原理测量距离的，被测距离一端为超声波传感器，另一端必须有能反射超声波的物体。测量距离时，超声波传感器将对准反射物并且发射超声波，此时便立即计时，超声波由于在空气的传播过程中碰到障碍物将会被反射回来，同时传感器的接收端将收到反射回来的脉冲后便会马上计时结束，便可以依据超声波在传播中的速度和时间计算出两端的相距距离。测量中的距离D为 （式2.1）式中 c超声波的传播速度；

18、超声波从发射到接收所需时间的一半，也就是单程传播时间。由上式可知，主要由计时的精度和传播的速度这两方面来决定距离测量的精度。计时的精度主要是由单片机的定时器起决定的作用，定时时间是指机器周期和计数次数两个的乘积，可以选用12MHz的晶振，这样可以使机器周期精确到1µs,便不会使累积误差产生，使得定时间可达到1µs。对于超声波的传播速度c来说是会改变的，传播速度受到空气的密度、气体的分子成分和温度的影响，关系式为 （式2.2）式中 气体定压热容与定容热容的比值，空气为1.40R气体普适常数，为8.314kg/molT气体势力学温度，与摄氏温度的关系是T=273K+tM气体相对

19、分子质量，空气为kg/mol0时的声波速度，为331.4m/s由上式可见，温度是超声波在空气中传播时影响最大的因素，由表达式可计算出波速与温度之间的关系，如表2.1所示。如果温度值越高，传播的速度将越快，并且温度不同的话，传播的速度的差异也很大，像在0时的传播速度为332m/s，但是30时的传播速度为350m/s，相差18m/s。因此，需要测量的精度较高的时候，进行温度补偿是最有效的措施。对测量精度要求不高时，可认为超声波在空气中的传播速度为340m/s。表2.1 超声波传播速度与温度关系表项目数值温度-30-20-100102030405060100声速/(ms)31331932533233

20、8344350356361367388第3章 方案论证3.1 设计思路有许多种测量距离的方法，如果是短距离的话可以用尺，远距离可以使用激光测距等，高精度中长距离的测量则可以使用超声波测距。由于超声波在标准的空气中传播时，速度是为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机是使用12MHz晶振，因此这个系统的测量精度理论上即达到毫米级。目前比较普遍的测量距离原理：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标进行的探测，通过发射出特征频率的超声波和接收到反射回特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，如超声波液位物位传感器，超声波探头，适合需要非接触测量场合，有超声波测厚，超声波汽车测距报警装置等。由于超

21、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。由于超声波具有易于定向发射、定向方向性好、强度容易控制、和被测物体不用直接的接触的优点，被当认为是液体高度测量的最佳手段。在目前我国的超声波测距的专用集成电路中都是只有到达厘米级别的测量精度，但是在精密的液体测量中往往都需要毫米级别的测量精度。通过进行检测超声波测距误差的产生原因，从而提高所测量时间差的精度到微秒级别，同时用温度传感器处理声波传播速度的补偿之后，我们设计出的高精度超声波测距仪可达到毫米级的测量精度了。目前超声波测距已得到

22、广泛应用，国一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设计各种测距仪器，但是专用集成电路的成本花费较高并且功能较为单一。不过以单片机为主要核心的测距仪器可完成预置、多个端口进行检测、显示和报警等多种功能，并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定、可靠。以8051为核的单片机系列，其硬件结构具有功能部件齐全、功能强等特点。尤其值得一提的是，除8位CPU外，还具备一个很强大的位处理器，它实际上是一个完整的位微计算机，即包含完整的位CPU，位RAM、ROM（EPROM），位寻址寄存器、I/O口和指令集。所以，8051是双CPU的单片机。位处理在开关决策、逻辑电路仿真、过程测控等方面极为有效；而8位处理则在

23、数据采集和处理等方面具有明显长处。根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S52单片机作为主控制器，它控制发射触发脉冲的开始时间与脉宽，响应回波时刻并测量、计数发射至往返的时间差。利用软件产生超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波；超声波信号的接收采用锁相环LM567对放大后的信号进行频率监视和控制。一旦探头接到回波，若接收到的信号频率等于振荡器的固有频率（此频率主要由RC值决定），则其输出引脚的电平将从“1”变为“0”（此时锁相环已进入锁定状态），这种电平变化可以作为单片机对接收探头的接收情况进行实时监控。可对测得数据优化处理，并采用温度补偿，使测量误差

24、降到更低限度；AT89S52还控制显示电路，用动态扫描法实现LCD-1602显示。3.2 系统结构设计超声波测距仪系统结构如图3.1所示。它主要由单片机、超声波传感器、温度传感器、键盘、LCD显示电路与语音播报电路组成。系统主要功能包括：超声波的发射、接收，并根据计时时间计算测量距离；检测空气温度用于距离计算的补偿；LCD显示器显示距离、温度；语音系统播报测量距离；键盘接收用户命令并处理； 单 片 机ISD1420语音系统LCD1602显示系统超声波HY-SRF05温度传感器 按键图3.1 超声波测距仪系统结构框图第4章 硬件电路设计4.1 单片机AT89S52单片机是一种集成电路芯片，是采用

25、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CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。相对于普通微机，单片机的体积要小得多，一般嵌入到其他仪器设备里，实现自动检测与控制，因此也称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储

26、器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方

27、式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52即能按照正常的方法进行编程，也可在线进行编程。它是把通用的Flash存储器和微处理器结合在一起的，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其引脚图如图4.1所示（1）主电源引脚GND第20脚，电路接地电平。VCC第40脚，正常运行和编程校验+5V电源。（2）时钟源XTAL1第19脚，一般外接晶振的一个引脚，它是片反相放大器的输入端口。当直接采用外部信号时，此引脚应接地。XTAL2第18脚，接外部晶振的另一个引脚，它是片反相放大器的输出端口。当采用外部振荡信号源时，此引脚为外部振荡

28、信号的输入端口，与信号源相连接。图4.1 AT89S52引脚图（3）控制、选通或复用RST/VPD第9脚，RESET复位信号输入端口。当单片机正常工作时，由该引脚输入脉宽为2个以上机器周期的高电平复位信号到单片机。在VCC掉电期间，此引脚(即VPD)可接通备用电源，以保持片RAM信息不受破坏。第30脚，输出允许地址锁存信号。当单片机进行访问其外部存储器的同时，则ALE信号地负跳变会把P0口上的低8位地址传送到锁存器。并且在非访问外部存储器的期间，ALE仍以1/6振荡频率是固定不变地输出，因此它可对个输出或用于定时目的。需要注意的问题是：每次访问外部存储器的时候会跃过一个ALE脉冲。为第二功能，

29、当对片程序存储器编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。第29脚，外部程序存储器选通信号，低电平有效。当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当进行访问外部的数据存储器时，这两次有效的信号不出现。/VPP：第31脚，外部访问允许。如果使CPU访问其外部程序存储器（地址0000H-FFFFH），则端将必须为低电平（接地）。需注意的是：要是加密位LBI被编程，进行复位的时候部将会锁存端的状态。当Flash存储器进行编程时，其引脚需加+12V地编程允许的电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。（4）多功能I/O端口P0口第3

30、239脚，是8位的漏极开路双向I/O端口。当作输出口使用的时候，每一位能够吸收电流地方式来驱动8个TTL逻辑门电路，如端口写“1”可当作为高阻抗的输入端用。在进行访问程序和数据两个存储器时，这组口线将分时的转换地址总线与数据总线的复用，并在访问的期间将激活部的上拉电阻。P1口第18脚，具有部的上拉电阻的8位准双向I/O端口。在对片程序存储器（EPROM型）进行程序编程和校验时，用做低8位地址总线。P2口第2128脚，具有部的上拉电阻的8位准双向I/O端口。当单片机访问存储器时，用做高8位地址总线；在对片程序存储器（EPROM型）进行程序编程和校验时，亦用做高8位地址总线。P3口第1017脚，具

31、有部上拉电阻的8位准双向I/O端口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表4.1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表4.1 P3口的第二变异功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外中断0)P3.3(外中断1)P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1（定时/计数器1）P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7（外部数据存储器读选通）4.2

32、 超声波测距模块HY-SRF05HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm-450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm;模块包括超声波发射器、超声波接收器与控制电路。4.2.1 基本工作原理(1)采用I0口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送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I0口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波发射返回的时间。引脚定义：如图：4.2所示接线图4.2 HY-SRF05VCC为电源端TRIG触发控制，信号输入ECHO回响信号输出OUT开关量输出（当报警模块使用）GND为地线4.2.2 HY

33、-SRF05电气参数HY-SRF05模块参数如下表4-2所示。表4.2 模块参数电气参数HY-SRF05超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程4.5m最近射程2cm测量角度15°输入触发信号10us的TTL脉冲输入回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸40*20*15cm4.2.3 超声波时序图超声波时序图如图4.3所示图4.3 超声波时序图以上时序图表明只需要提供一个10us以上脉冲信号，该模块部将发出8个40khz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与测量的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时

34、间间隔可以计算得到距离：距离=高电平时间*声速（340m/s）/2为防止发射信号对回响信号的影响，测量周期一般要60ms以上。4.2.4 超声波应用电路图超声波应用电路图如图4.4所示图4.4 超声波应用电路图4.3 温度传感器DS18B20温度传感器的主要组成是热敏元件。热敏元件的品种比较多，市场上可见的有铜热电阻、铂热电阻、双金属片、半导体热敏电阻和热电偶等。其中以半导体热敏电阻作探测元件地温度传感器的应用较为广泛，这主要是因在元件所允许的工作条件围之，半导体的热敏电阻器将拥有精度较高、体积小巧、敏度较高的特点，而且制造工艺非常简单、价格也比较便宜。半导体热敏电阻按温度特性可分为正温度系数

35、热敏电阻（电阻随温度上升而增加）和负温度系数热敏电阻（电阻随温度上升而下降）。本设计采用的是美国Dallas半导体公司的不锈钢封装的DS18B20数字温度传感器。DS18B20是采用专门设计的不锈钢外壳，仅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄热量，采用导热性高的密封胶，保证了温度传感器的高灵敏性，具有极小的温度延迟。DS18B20支持“一线总线”接口（1-Wire），测量温度围为-55°C+125°C，在-10+85°C围,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20采用3脚PR-35封装，

36、如图4.5。图4.5 DS18B20引脚图DS18B20数字化温度传感器的主要性能如下：（1）适用电压为3V5V；（2）912位分辨率可调，对应的可编程温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625；（3）TO-92、SOIC与CSP封装可选；（4）测温围：-55125；（5）精度：-1085围±0.5；（6）无需外部元件，独特的一线接口，电源和信号复合在一起；（7）每个芯片唯一编码，支持联网寻址，零功耗等待。温度传感器应用电路图如图4.6所示图4.6 温度传感器应用电路4.4LCD1602液晶1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液

37、晶模块。它由若干个或者等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。4.4.1 LCD1602主要技术参数LCD1602主要技术参数如表4.3所示表4.3 LCD1602液晶主要参数显示容量162个字符（STN型）模块最佳工作电压5.0V工作电压4.85.2V字符尺寸4.957.95（WXH）mm工作电流2.0mA(5.0V)工作温度0+50背光源颜色黄绿存储温度-27+70背光源电流<150mA4.4.2 LCD1602引脚功能LCD1602引脚如图4.7所示。图4.7 LCD1602引脚图第1脚：VSS为

38、电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（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1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。4.4.3 LCD1602应用电路图LCD1602应用电路图如图4

39、.8所示图4.8 LCD1602应用电路图4.5 ISD1420语音芯片ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利-直接模拟存储技术（DAST TM）实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保

40、护。4.5.1 特点（1）使用方便的单片录放系统,外部元件最少；（2）重现优质原声，没有常见的背景噪音；（3）放音可由边沿或电平触发（4）无耗电信息存储,省掉备用电池（5）信息可保存100年,可反复录放10万次（6）无需专用编程或开发系统（7）较强的分段选址能力可处理多达160段信息（8）具有自动节电模式（9）录或放后立即进入维持状态,仅需0.5A电流（10）单一5伏电源供电。4.5.2 电特性（1）工作电压：5V（2）静态电流：典型值0.5A，最大值2A（3）工作电流：典型值15mA，最大值30mA（16欧姆）4.5.3 ISD1420引脚功能ISD1420管脚图如图4.9所示。各管脚功能如

41、表4.4所示。图4.9ISD1420引脚图表4.4 ISD1420管脚功能名称管脚功能名称管脚功能A0A516地址Ana Out21模拟输出A6、A79、10地址(MSB)Ana In20模拟输入VCCD28数字电路电源AGC19自动增益控制VCCA16模拟电路电源Mic17麦克风输入VSSD12数字地Mic Ref18麦克风参考输入VSSA13模拟地PLAYE24放音，边沿触发SP+、-14、15喇叭输出+、-REC27录音XCLK26外接定时器(可选)RECLED25发光二极管接口NC11空脚PLAYL23放音，电平触发4.5.4 ISD1420语音电路ISD1420系列置了若干操作模式，

42、可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当A7和A6都为1时，其它地址端置高就选择某个（或某几个）模式。因为操作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。使用操作模式有两点注意：（1）所有操作最初都是从0地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据所选用的模式可从其它的地址开始。此外，A4模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为0，而由放转为录则不复位。（2）当控制信号（/PLAYL、/PLAYE或/REC）变低，同时A6和A7为高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。应用电

43、路如图4.9所示 图4.9 ISD1420应用电路第5章 系统软件设计5.1 主程序主程序包括整个系统的的控制流程，是系统软件的中轴。当驾驶者倒车时，主程序开始初始化，调用各个子程序出来，并且显示与语音播报。主程序流程图如图5.1所示。开始LCD显示初始化读取温度转换速度计算距离超声波测时语音播报图5.1 主程序流程图函数开始运行后，首先进行初始化，其中初始化包括了中断，LCD液晶屏初始化，然后经过测温子程序读取温度值，并且利用公式（t为测得温度）转换为超声波传播速度，超声波测时模块测量出从发送超声波到接收回波的时间，计算出车尾与障碍物之间的距离，通过LCD显示模块显示出测量温度和距离，并由语

44、音模块播报测得距离。5.2 超声波测距子程序在超声波测距过程中主要利用到了定时计数器0，采用工作方式1，当启动定时计数器后，低8位每个机器周期自加一。当停止定时计数器后，即可将高8位和低8位转换响应的超声波传播的时间。超声波测距流程图如图5.2所示。否是否是开始触发高电平15us回响端是否为1开启定时器回响端是否为0关闭定时器计算距离结束图5.2 超声波测距流程图超声波测距函数即是一个测量时间函数，当启动测量函数时，给P3.5一个15us的高电平触发，循环判断P3.2口电平，直到为高电平为止，启动定时器，循环判断P3.2口电平，直到为低电平为止，关闭定时器，即是得到了超声波传播时间，根据超声波

45、测距原理，将传播时间转换为距离，即完成了一次超声波测距。5.3 测温子程序温度程序就是利用温度传感器检测温度，该传感器将全部传感元件和转换电路集成在一个形如三极管的集成电路中，温度值在部转换，输出结果以数字信号直接输出，并通过单片机去读，然后软件对接收到的数据信号处理，得到十进制温度值。温度程序流程图如图5.4所示。开始温度初始化启动温度转换延迟500us温度初始化写入读温度读取温度计算真实温度返回温度图5.3 测温流程图当开始读取温度时，首先对温度传感器进行初始化，写入跳过读序号列号操作指令（0xCC），启动温度转换指令（0xCC），等待400us，传感器初始化，写入跳过读序号列号操作指令（

46、0xCC），读取温度寄存器指令（0xBE），分别读取温度低八位和高八位，并且两字节合成一个整型变量得到真实十进制温度值，并返回扩大后的温度。第6章 系统调试分析6.1 硬件电路测试基本电路板检查：根据前面的研究完成各个电路模块的原理设计并生成PCB图，制作电路板，进行实验调试。（1）检查印制板的印制线是否有断路，是否有毛刺，是否与其它线或是焊盘粘连，焊盘是否有脱落，过孔是否有未金属化现象等等。（2）先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的通短状态是否与设计规定相符。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有再仔细检查出并排除。短路现象一定要在器件安装与加电前检查出。 （3）电

47、路接通电源后，用手摸一下芯片是否发热，如果发热，立即关掉电源，稍后再进行再次检测；如果没有发热，再测试芯片的VCC端电压是否达到设计要求，接地端是否都接地。6.2 软件调试当硬件制作完成后，软件制作也是不可轻视的部分，是实现电路的功能的关键部分，通过本次毕业设计，总结经验如下：（1）先进行人工检查。写好程序后，不要立刻烧入单片机，先对纸面上的程序进行人工检查。由于采用C语言编程，所以要特别小心地检查语法错误，如括号不配对，漏写分号等，通过仔细的检查，发现并排除这些错误。（2）人工检查无误后，上机调试。在编译时给出的语法错误的信息，根据提示的信息具体找出程序中错误之处并改正，从上至下逐一改正。应

48、当注意的是：有的提示出错行并不是真正出错的行，如果在提示出错的行上找不到错误的话，则应该到上行再找。（3）当确认程序无语法错误和逻辑错误时，通过直接下载到单片机来调试。采用的是自下到上的调试方法，即单独调好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统调试。（4）程序烧入单片机后，观察各个部件的工作是否正常，功能是否实现。如不能正常工作，则继续检查程序中的相应模块，必要时从上到下重新检查程序。6.3 误差分析超声波测距由于其在使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响，加之其结构简单成本低，在机器人避障和定位、汽车倒车、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。在原理上讲，超声波测距有脉冲回波法、共振法和

49、频差法。其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声波传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间，在已知超声波声速的前提下，可计算被测物的距离H，即：H=vt/2。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素使超声波测距的精度和围受到影响。（1）温度对超声波波速的影响超声波的传播速度受气体的密度、温度与气体分子成份的影响。其中温度对超声波在空气中的传播速度有明显的影响，当需要精确确定超声波传播速度时，必须考虑温度的影响。（2）超声波回波声强影响超声波回波声强与被测物得

50、距离有由直接的关系，在进行实际的测量时，第一个回波不一定是第一个过零点触发。这种误差不能从根本上消除，但是可以通过根据测量距离调整脉冲群的脉冲个数以与动态调整比较电压来减小这种误差。（3）电路本身影响电路硬件和软件本身存在一定的缺陷，因此会造成测量误差，主要表现为：启动发射和启动计时之间的偏差。这是源于单片机一次只能处理一件事，所以启动发射和启动计时实际上不能同时完成，是先后完成的，存在时差。但只要指令速度足够快，其偏差可以忽略。收到回波到被检测出的滞后。这是源于检测电路的灵敏度和判断偏差，从收到实际回波到电路确认并输出相应信号肯定存在滞后，这和回波信号强弱、检测电路原理以与判断电路的敏感性相

51、关，也是超声波测距的核心。收到中断到中断响应停止计时之间的滞后。这是源于单片机的中断机制。收到中断信号后，单片机不可能立刻响应，至少要完成当前的指令，有时还要等待其它中断服务结束，所以这个滞后时间也不确定，从而导致测量结果的变化。但这个因素可以通过提高单片机速度，使用高优先级中断。计时器的本身误差。这是源于计时器的本身。由于目前大多数的晶体振荡器，其准确度和稳定度为20-50PPM级别，对于音速而言，带来的稳定误差在mm级。为减小这项误差，应该提高计时的最小单位，即是选择频率高的晶振，从而降低量化误差，同时选用质量好的晶振。（4）超声波波束入射角影响超声波波束入射角也会对测量数据产生影响，由于

52、系统是用来测量点和面的距离，则被测物表面，超声波发射探头和接收探头三者之间存在一个几何角度，即发射波入射到接收探头的角度，如果这个角度不是0度，系统测量到的距离是被测物与接收探头之间的距离而不是和测量参考面之间的距离，这就会造成测量误差。结 论按照任务书要求，在查阅了一定的参考资料后，通过几番努力，本人完成了“基于51单片机的超声波倒车雷达测距”的设计，此小型模拟系统基本达到了预期的目标，实现了既定的功能。系统采用AT89S52单片机，充分利用了其丰富的片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，提高了系统可靠性。主要研究工作包括: （1）根据文献资料了解国超声波传感器的研究现状，理解各种测

53、距原理，了解超声波的相关知识。（2）完成了系统的总体设计以与硬件电路设计。（3）完成了超声波测距雷达软件设计，并且调试通过，基本实现了系统的设计目标，最终完成程序烧录。（4）对所做出的产品进行性能测试，精度达到预定要求。本系统设计过程中，由于时间和能力等多方面的原因，本系统还存在一些不足之处，有待进一步改进和提高。主要包括:（1）在远距离测量时，驱动功率相对不够。测量距离较近，测量距离较大时，显示的数据就会有较大的误差。（2）本设计的系统设计还不够优化，仍有待改善。（3）对各种实用芯片性能了解不够，选择上仍有欠缺。这些都是我以后要继续研究的容。参考文献1 胡萍. 超声波测距仪的研制J. 计算机

54、与现代化，20032 路锦正，王建勤超声波测距仪的设计J.传感器技术，2002 3 胡汉才.单片机原理与其接口技术M.清华大学，20044 波，王朋亮. 基于STC89C51单片机超声波测距系统的设计.机床与液压，20105 时德刚，哗. 超声波测距的研究J. 计算机测量与控制，20026 广涛.基于超声波传感器的测距系统设计J.微计算机信息.20067 丽霞.单片机在超声波测距中的应用J.电子技术,20028 朱爱红.基于AT89C2052的超声波测距系统J.信息技术与信息化.20069 肖景和.数字集成电路应用精粹M. ：人民邮电，200310 康华光. 电子技术基础M.数字部分.高等教育,199811 凤然.基于单片机的超声波测距系统，传感器世界，200112 康华光. 电子技术基础M.模拟部分.高等教育,199813 戴日章基于超声波测距的汽车倒车报警器设计J.自动化与仪器仪表.200613 8-bit Microcontroller With 8K Bytes Flash AT89C52. ATMEL,1999.13 8-bit Microcontroller With 8K Bytes in-system p