课件07电信终极版

1、目录摘要IIIABSTRACTIV第一章绪论 .11.1课题现状 .11.2课题的研究目的和意义 .2第二章超声波测距原理及方案选择 .42.1测距原理 .42.1.1超声波测距原理 .42.1.2测量与控制方法 .42.1.3理论计算 .42.2系统方案比较与选择 .5第三章系统硬件 .83.1单片机 STC89C52 .83.1.1STC89C52 的功能描述 .83.1.2STC89C52 的主要特性 .93.1.3STC89C52 单片机的系统 .93.2超声波传感器，.133.3LCD1602A 显示模块 .143.4超声波发射、接收模块 .153.4.1模块参数 .153.4.2超

2、声波原理及其系统组成 .163.5 电源电路 .163.5.1三脚稳压模块 .173.6显示电路 .183.7二极管发光模块 .18第四章系统设计 .204.1系统程序总框图 .204.2说明 .20第五章实物制作及系统调试 .225.1系统万用板板制作 .225.1.1电路原理图的设计 .225.1.2万用板制作 .225.2系统调试 .23第六章误差分析与设计总结 .246.1发射接收时间对测量精度的影响分析 .246.2提高精度的方案及系统设计 .246.3设计的要求 .246.4设计总结 .24参考文献 .26附录 .27致谢 .34基于单片机的超声波测距仪摘要近年来，我国的汽车数量正

3、在逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不就会发生追尾事故。因此。增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测物的便成为近些年来的研究热点。为此，设计了以单片机为，利用超声波实现无接触测距的系统。工作时，超声波不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与物之间的距离。目前，国内外一般的超声波测距仪，其理想的测量距离为 1m-5m，因此大都用于等近距离测距中。本文根据声波在空气中原理，介绍了基于STC89C52汽车单片机的超声波测距器。本文设计的系统主要是针对汽车时人无法目测到车

4、尾与物的距离而设计的。本系统运用单片机技术、超声波测距技术和传感器技术进行设计，通过液晶屏显示物与汽车的距离远近，并通过二极管发光示警。关键字：超声波传感器；单片机；测距；Based on SCM ultrasonic rangefinderAbstractIn recent years, the number of cars is increasing every year. In roads, streets, parking, garage and other crowded, narrow place reversing, the driver should not only forw

5、ard, but also looking back, a little rear-end accident occurs accidentally. So. Increase the capacity of the car rear view, the development car parking sensor rear obstacle detection hase a research hotspot in recent years. To this end, designed a microcontroller as the core, the use of ultrasonic r

6、anging to achieve non-contact reversing radar system. Work, the ultrasonictransmitter continuously emits a series of consecutive pulses, to measure the logic circuit toprovide a short pulse. Finally, the signal prosing device based on time difference ofreceived signal prosing, automatic calculation

7、of turnout and the distance betnobstacles. At present, domestic and foreign general ultrasonic range finder, the idealmeasuring distance 1m-5m, so most car reversing radar for close-Ranging. Based on theprinciple of sound wave propagation in air is roduced based on ultrasonic range finderSTC89C52 mi

8、crocontroller. This reversing radar early warning system designed mainly forcar parking to the rear of the vehicle when the can not visual distance with obstaclesdesigned. The system uses microcontroller technology, ultrasonic distance measurement technology and sensor technology in design, through

9、the LCD screen display distanceobstacles and cars, and through the warning buzzer.Key words：Ultrasonic sensors，SCM，location，parking sensor第一章绪论1.1课题现状经过多年的发展，设计以及使用发生了质的变化。经过这几年的发展，倒车系统已经经过了六代技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点，使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜这三种。第一代：时通过喇叭提醒 。“请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是的第一代产品，现在部分车还在使用

10、。只要挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，从某种意义上来说，它对驾驶员并没有直接的帮助，不能算真正的，基本属于淘汰产品。第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是系统的真正开始。时，如果车后 1.8m1.5m 处有物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然知道有物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后物离车体的距离。如果是物体，在 1.8m 开始显示；如果是人，在 0.9m左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段

11、显示产品由 3 种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示物距离有 0.8m 以上；黄物距离只有 0.6m0.8m；红色代表色代表警告距离，表示距离，表示物距离只有不到 0.6m，必须停止但安装在车内影响美观。 第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，第四代：液晶屏动态显示。这一代有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在上，安装很方便。不过LCD 显示外观虽精巧，灵敏度较高，但能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜。结合了前几代产品的优点，采用了仿生超声技术，配以高速电脑控

12、制，可全天候准确地测知 2m 以内的物，并以不同等级提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜可以把后视镜、免提、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的系统。因为其外形就是一块镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：专为高档轿车配置的。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；从功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上本文利用 CTC89C52 单片机为中心配以超声波发射接收模块来测试车位距物的

13、距离，通过 HJ602A 显示模块把车位距物的距离反映出具体数字，发光二极管长明来提示驾驶员。这种打车的体积比较小且单片机的性价比比较高。1.2课题的研究目的和意义总结一下在校四年来的学习成果。检查自己在综合运用所学知识解决实际问题的能力怎么样。一个是综合运用所学知识，一个是解决实际问题的能力。熟悉常用电子元器件的类型、标识、封装，也要了解陌生的电子原件的性能参数和使用。在的日常生活和工作中视线不良一直是困扰驾驶员的难题，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。倒车是汽车

14、泊车或者时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围物的情况，解除了驾驶员泊车、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。倒车的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。最早出现的“请注意，请注意”的语音提示，只能起到警示附近行人的目的，对驾驶者掌握车后状况毫无帮助。较早出现的蜂蜜器提示，在时，发出“滴滴滴”，这是系统的开始，时在车后一定距离有物，当车尾与物达到一定距离时就会发出警报。现在的后视系统，在车后安装头，把车后的情况传送到驾驶员的显示屏。前者比较简单，而后者又太昂贵。本系统综合二者优点，利用超声波测距原理测出车

15、尾到物的距离，发出语音提示或响声，并把距离传至显示屏。超声波测距技术。是一种有源非接触性测距技术，是利用超声波在空气中的定向传播特性和固体反射特性，通过接收自身反射的超声波反射信号。根据超声波发出及回波接收时间差及速度，计算出距离。由于超声波传感器具有成本低廉、速度快、距离分辨率高、质量轻、体积小和易于装卸的优点，不需要通过大量的计算就可获得数据因而其测距速度快，实用性好。同时超声波传感器不易受到天气条件、环境光照及物阴影、表面粗糙等影响第二章超声波测距原理及方案选择2.1测距原理2.1.1超声波测距原理本设计利用超声波测距仪测得的距离作为的依据。超声波产生分有源和无源方式，本设计使用的是通过

16、单片机产生 40kHz 的有源测距方式。超声波向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中，途中碰到物就立即返回来，超声波收到反射波就立即停止计时。超速度在温度为 20时约为 345m/s，根据计时器的时间t，就声波在空气中的可以计算出发射点距物的距离(s)，即：s=345t/2。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的速度为已知，测量声波在发射后遇到物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与原理是一样的。测距的公式表示为：L=CT 式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测

17、量距离的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)1。2.1.2测量与控制方法声波在其介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现。2.1.3 理论计算图 2.1 是比较准确的计算距离的方法，利用单片机发射 40kHz 超声波。声波遇到物反射回来。若可以测出第一个回波到达的时间与发射脉冲之间的时间差 t，利用S=1/

18、2vt,即可算得传感器与反射点间距离 s，由图可知，被测距离H=scos。 =arcs/S)2； M 为两探头之间中心距离的一半，将代入，H=Scos(arcs/S)； 再将S=1/2vt 代入，得 H=1/2vtcos(arcs/S)； v 在一定温度下是一常数（例在T=15时，v=340.0 m/s），当被测距离远远大于 M时，cos(arcs/S)1,所以式可以化简为 H=1/2vt3。2M发射探头接收探头SHa图 2.1 超声波距离计算示意图4当距离一定的时候，可以忽略发射和接受产生的角度的影响。此时，对距离影响最大的是温度。由于超声波也是一种声波，其声速 V 与温度 C 有关。在使用

19、时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高的情况下，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可根据上述原理求得距离。2.2系统方案比较与选择方案一：利用分立模块的超声波测距仪。系统包括超声波测距模组、LED 数码显示模组、驱动模组、控制模组及电源五部分。超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制；超声波换能器谐振在 40KHz 的频率，模块上带有 40KHz产生电路。显示模块是一个 8 位段数码显示的 LED；测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X 点 XX 米，同时还用两位数字段码显示数据的个数。RT缺点

20、：能测的最小距离比较长，不能实现双向测距，电路复杂性能稳定性不高。方案二：基于STC89C52 单片机的超声波测距仪。超声波测距仪主要以单片机STC89C52 为，其是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的.超声波向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中，途中碰到物就立即返回来，超声波接收到反射波就立即停止计时。一般情况下，超声波在空气中的速度为 340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距法测距。物的距离 s，即 s=340t/2，这就是常用的时差在测距计数电路设计中，采用了相关，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供 20 个左右的脉冲信号，单

21、片机计数器立即计数；当信号发射一段时间后，若单片机收到外中断 1 的信号，则计时成功。若没有收到信号就重新发射信号一次，直到收到脉冲信号，计数器停止计数。双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成（如图 2.3 所示）： LCD 显示模块，STC89C52 控制，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块，二极管发光模块。电源采用 9V 的 DC 电源输入，经稳压管后得出 5V 以及 3.3V 的电源供系统各部分电路使用。图 2.2 是超声波测距模块硬件框图。图 2.2 超声波测距模块硬件框图优点：具有历史数据功能、出错管理功能。超声波接收头超声波回波接收处理电路模块接口超声波发射头超声

22、波发射调理电路优点：能进行双向测距,实时性好，精度高，功耗低。在电路中采用STC89C52的优点是：指令简单，控制容易；基于上述两种方案的比较，方案一，测量盲区较长，结构复杂且稳定性不高。方案二，能进行双向测距，精度高，功耗低，模块简单，稳定性高。所以选用方案二。图 2.3 硬件系统设计总体框图5超声波接收部分电路电源模块STC89C52超声波发射部分LCD 显示第三章系统硬件3.1单片机 STC89C523.1.1STC89C52 的功能描述STC89C52 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有 8k 字节的可重复编程、快速擦除快速写入程序的器，能重复写入/擦除 1000 次

23、，数据保存时间为十年。它与 MCS-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能。STC89C52 可真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于 8K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 12V 电压编程,而且擦写时间仅需 10 毫秒， 仅为 8751/87C51 的擦除时间的百分之一, 与8751/87C51 的擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下，适合许多控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz2

24、4MHz 之间，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12MHz 更具有灵活性,系统能快能慢。SCT89C52提供三级程序器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部器的读/写操作。STC89C52 单片机为很多控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图 3.1 所示。图 3.1 STC89C52 单片机引脚图3.1.2STC89C52 的主要特性STC89C52 主要具有以下几个特点：1）STC89C52 与MCS-51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；2）内有

25、 4k 字节可重复编程快擦写程序器；3）静态工作,工作范围:0Hz24MHz；4）2568 位RAM；5）32 位双向输入输出口；6）两个十六位定时器/计数器；7）5 个中断源,两级中断优先级；8）1 个全双工的异步串行口；9）闲置和掉电两种工作方式；10）内振荡器和时钟电路。3.1.3STC89C52 单片机的系统1.时钟电路STC89C52有一个用于振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由方式产生或外部方式产生。方式的时钟电路如图 3.2(a)所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体

26、和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图 3.2（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和P2，供单片机使用。RXD 接地，TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1 和P2，供单片机使用。（a）方式时钟电路（b）

27、 外部方式时钟电路图 3.2 时钟电路图2.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 3.1 所示。一些寄存器的复位状态6表 3.1寄存器复位状态寄存器复位状态PC ACC PSW SP DPTR P0-P3 IPIETMOD0000H00H00H07H0000H FFHXX000000B 0X000000B00HTCO

28、N TL0 TH0 TL1 TH1 SCON SBUFPCON00H00H00H00H00H00H不定00000B（2）复位信号及其产生RST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期(即两个机器周期)以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图 3.3 所示：图 3.3 复位信号的电路逻辑图整个复位电路包括内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对触发器的输出进行采样，然后才得到复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位

29、、按键手动复位两种方式。1）上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图 3.4（a）所示。这佯，只要电源 Vcc 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。2）按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的，其电路如图 3.4（b）所示；而按键脉冲复位则是利用RC 微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图 3.4（c）所示。（a）上电复位（b） 按键电平复位（c） 按键脉冲复位图 3.4 复位电路上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号间大于 2 个机

30、器周期。本系统的复位电路采用图 3.4（b）上电复位方式。STC89C52 具体介绍如下： 主电源引脚（2 根）持续时Vin40)：电源输入，接5V 电源。GND(Pin20)：接地线。 接晶振引脚（2 根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端。 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。 制引脚（4 根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。将使单片机复位。PSEN(Pin29)：外部EA/VPP(Pin31)：程序器读选通信号。器的内外部选通，接低电平从外部程序器读指令，如果接则从程序器读指令。

31、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。PO 口（Pin39Pin32）：8 位双向I/O 口线，名称为P0.0P0.7。 P1 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（Pin10Pin17）：8 位准双向I/O 口线，名称为P3.0P3.77。 STC89C52 主要功能如表 3.2 所示。表 3.2 STC89C52 主要功能主

32、要功能特性兼容MCS51 指令系统32 个双向I/O 口3 个 16 位可编程定时/计数器中断2 个串行中断8K 可反复擦写Flash ROM256x8bitRAM时钟频率 0-24MHz可编程 UART 串行通道表 3.2 STC89C52 主要功能（续）主要功能特性2 个外部中断源2 个读写中断口线低功耗空闲和掉电模式共 6 个中断源3 级加密位设置睡眠和唤醒功能3.2超声波传感器，本文采用 HC-SR04 超声波模块，本产品可提供 2cm-400cm 的接触式距离感测功能，测量精度可达到 0.3cm；模块包括超声波基本工作原理：、与控制电路。1）采用I0 口TRIG 触发测距，给至少 1

33、0us 的信号；2）模块自动发送 8 个 40khz 的，自动检测是否有信号返回；3）有信号返回，通过I0 口ECH0 输出一个，持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（时间*声速（340m/s）2。HC-SR04 超声波模块电气参数如表 3.3 所示表 3.3HC-SR04 超声波模块电器参数HC-SR04 超声波模块电气参数DC5V15mA40Hz4m 2cm工作电压工作电流工作频率最远射程最近射程测量角度15 度输入触发信号10uS 的TTL 脉冲输出TTL 电平信号，与射程成比例452015mm输出回响信号规格尺寸3.3LCD1602A 显示模块LCD1602A是一种工业字

34、符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）模块尺寸如图 3.5 所示。图 3.5 LCD1602A 模块尺寸引脚接口如表3.4所示。表3.4 LCD1602A模块引脚符号引脚说明符号引脚说明123VSS电源地91011D2数据VDD电源正极D3数据液晶显示偏数据VLD4压4数据/命令12数据RSD5选择5R/W读/写选择13D6数据6使能信号14数据ED77数据15背光源正极D0BLA8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时

35、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，第5脚：R/W为读写信号线，时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为时可以读R/W为低电平时可以写入数据。忙信号，当RS为第6脚：E端为使能端，当E端由跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.4超声波发射、接收模块3.4.1模块参数采用 HC-SR04 超声波模块，此模块主要参数如下：工作电压：4.5V5.5V。特别说明，绝对不允许超过 5.

36、5V；功耗电流：最小 1mA，最大 20mA；谐振频率：40KHz；探测距离范围：4mm4m。误差：4%；（特别说明，探测最近距离为 4mm，最远距离为 4m，数据连续输出，不需要任何设置。）（5）测量温度范围：0至+100；精度：1；（6）测量光照度范围：能测量出明亮和；（7）数据输出方式：ICC 和 UART（57600bps）两种方式，用户任选；其中 UART方式，是以 7 节为一组，以 0 x55 开头的 3 个数据是距离数值；以 0 x66 开头的 2 个数据是温度数据；以 0 x77 开头的 2 个数据是光照度数据。0 x550 x660 x77 是为区分 3 个数据而增加的数据头

37、；（8）时间限制：支持如下 2 种探测方式；1、持续探测；2、受控间歇探测；（9）距离数据格式：以毫米为最小数据，双字节 16 进制传输，前高后低；（10）温度数据格式：以摄氏度为最小数据，单字节 16 进制传输；（11）光照数据格式：单字节 16 进制传输；光线暗时数值大，光线亮时数值小；（12）工作温度范围：0至+100；（13）存放温度：-40至+120；（14）外形尺寸：48mm39mm22mm（H）；（15）固定孔尺寸 3*3mm 间距：10mm。3.4.2超声波原理及其系统组成超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为 t，超声波

38、在空气中的的距离D 可以求出：D=ct/2速度为 c，则从传感器到目标物体图 3.6 相应的系统框图发射出长约 6mm，频率为 40KHZ 的超声波信号。此信号被物基本原理：经体反射回来由接收头接收，接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生mV 级的微弱电压信号。3.5电源电路稳压电源的输出电压 UO（或电压可调范围 UOminUOmax）和最大输出电流 IOmax是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤

39、波电容的选择。因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压对单片机来说是十分重要的，如图 3.7 所示是稳压电源，使系统能正常的工作。计算传输超声波接收增益放大计时控制超声波发射40K 振荡调制定时图 3.7 稳压电源3.5.1三脚稳压模块三脚稳压块选择：该装置中的稳压块选用LM7805 集成稳压块。下面介绍LM7805的技术参数。LM7805 系列集成稳压块主要技术参数：输入电压：DC3V35V；最大输出电流：1.5A。LM7805 系列稳压块封装：1 脚为输入端 ，2 脚为公共端 ，3 脚为输出端。注意事项：引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片，其原理图如图示，按图来分析其

40、原理：在本设计中应输出电压为 Vo=5V，则当 Vo5V 时，T2 的b 极电压上升，进而 T2 的 c 极电压下降，进而 T1 的b 极电压下降,进而T1 的 Vce极电压上升，进而Vo 趋于 5V；反之当Vo5V 时亦然。图 3.8 三脚稳压电源结构3.6显示电路本设计采用的 LCD1602 液晶显示器以其微功耗、显示内容丰富、体积小、超薄轻巧，界面友好，控制方便，电路简单，长等优点。深受欢迎。LCD 是利用晶体材料的电光效应制作的一种式显示器。液晶本身并不发光，依靠电信号的控制使周围环境光在显示部位反射或透射而得以显示8。图 3.9 是其硬件电路图。图 3.9 LCD1602 液晶显示器

41、本设计通过 SST89C52 单片机与 LCD1602 液晶显示器相连，显示超声波模块测出的距离。图 3.10 为本设计的显示电路。图 3.10 显示电路93.7二极管发光模块如图 3.10 所示在单片机P0 口接一发光二极管，当P0 口为低电平时二极管发光。图 3.11 发光二极管模块第四章系统设计超声波的设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序、LCD 显示子程序及二极管、数据处理程序等组成。由于本系统工作在两种模式下，所以程序有两个分支，模式和测距模式。在模式下，先对所测的距离与极限值比较，当小于极限值时，就通过二极管发出光亮。在测距模式下，将测得的距离显示在LCD1602

42、 液晶屏上。在 4 米之内比较准确。4.1系统程序总框图开始1 结束图 4.1 系统总框图104.2说明设计主要由主程序、超声波发射子程序、0 超声波接超声波系统的收中断程序及显示子程序四个主要模块组成。本设计的所有程序都是用C 语言编写的。超声波驱动脉冲部分，用到了单片机的 T0 产生 40kHz 时钟脉冲，经过 74LS04 反相器驱动后激励超声波发射头发送超声波信号。超声波接收部分由 CX20106A调理电路，经过调理后的超声波信号在单片机 P33 口产生时钟下降沿，激发前置信号O2 外Y发光二极管5mLCD 显示测距初始化中断。单片机进入数据处理程序，计算出实际的距离。模式识别程序仅通

43、过一个按键实现。播报和显示都由相应的驱动程序实现。详细程序及程序说明见附录。（1）系统初始化模块：即系统刚上电的时候对系统的各个引脚的电平分配和对各寄存器的初值赋值。（2）数码管显示模块：通过该模块的设计能够让所测得的距离显示在数码管上。（3）按键扫描模块：此模块用来通过键盘控制的工作。（4）发射接收控制模块：发射控制模块是控制超声波发射电路发射超声脉冲启动定时器工作，同时启动接收电路工作，当接收电路有信号输入时，对输入信号进行处理。（5）运算结果处理模块：运算结果处理模块将多次所测得时间进行处理，进行取大值工作，根据公式计算出距离，然后再对计算得出的结果进行修正处理，数据处理后送至数码显示模

44、块。（6）二极管发光模块：当所测距离小于一定值时，通过二极管发光来提醒驾驶员。主程序除了完成定时器 T0、中断源0 初始化外，主要实现超声波的巡回发射（调用超声波发射程序）和距离的动态扫描显示；0 中断服务程序计算车尾距离障碍物的距离数据，该数据一方面交由主程序显示，另一方面与设定值（比如 1.5m）进行比较，如小于 1.5m，二极管发光，否则关闭；如果车尾距离物的距离较远，超声波往返时间就会超过了定时器T最长的定时时间，则T0 发生溢出而中断，这时进行距离计算，发光二极管不发光，以示车后无物，可放心。第五章实物制作及系统调试5.1系统万用板板制作5.1.1电路原理图的设计1）在Pro中先新建

45、一个原理图文档，把所需要的元件载入到文档里面；2）再按照系统电路图绘制导线，把元件连接好；3）通过电气检查如果没有错误，那么系统的电路原理图就绘制完成；图 5.1 系统电路图5.1.2万用板制作用 protl 画好电路图认真核对确认无误后开始着手万用板的制作。1）裁板根据电路图以及电路原件的实际大小把万用板裁成 900900mm 大小。2）排版按照电路图把电路元器件按照方便连线的样式用铅笔哎电路板上标记好位置，争取做到连线方便、美观。3）安装、焊接在用铅笔标记好的地方安装上擦脚，安装不了或者没必要安装擦脚的直接把原件安装在万用板上。根据电路图开始连接导线，互相交叉的导线不要去胶皮套保证不会短路

46、，把导线一原件或擦脚的引脚焊接上。连线焊接的过程中要认真仔细以免连错引脚导致接通电源后烧坏原件。4）测试在硬件电路焊接好了之后，先目测有没有断线、短路的线路；其次用万用表检测各导线间的连接性是否良好；最后安装元器件，安装好后，连接 5V 的工作电源，再检查相关的电源引脚和接地电压。对检查出的线路问题，断线的添加焊锡连接，短路的划开，元件电压不对的检查焊点是否良好。按以上方法对硬件电路检查，直到各线路连接良好，电压正常为止。5.2系统调试超声波测距仪的制作和调试都比较简单，其中是采用 HC-SR04 超声波模块，其谐振频率为 40KHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距，其余元件无特殊要求

47、。若能将超声波接收电路用金属壳起来，则可提高能力。硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好到单片机试运行。根据实际情况可以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，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围一般为 0.104.0m，测距仪最大误差不超过 1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。第六章误差分析与设计总结6.1发射接收时间对测量精度的影响分析采用 HC-SR04 超声波模块，本模块发射频率 40KHz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由生成的起始时间对于一般要求的精度是

48、可靠的。对于接收到的回波，超声波在空气介质的过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。设测量设备基准面距被测物距离为h，则空气中的超声波波动方程为A=A(h)cos(t+kt)=A0e-2kcos(t+kt)(6.1)由以上公式可知，超声波在过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。经以上分析，超声波回波的幅值在过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接受时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。6.2提高精度的方案及系统设计HC-SR04 超声波模块自带温度补偿模

49、块如果能够知道当地温度，则可根据公式C=C01+T/273 求出当地声速，从而能够获得较高的测量精度。而问题的关键在于获得温度数据的方法。采用热敏电阻、热电耦、集成温度传感器都可以获得较为准确的温度值。在 10 85 的工作环境下可以保持 0.5% 的使用精度，在这个空间内足以保证为超声波测距设备提供足够的精度范围。6.3设计的要求本系统的设计要求是利用超声波测距原理设计一个车用的。要求通过设计能够测出并显示车与物的距离，并能在距离小于 2m 的时候根据设定值进行蜂鸣器，超声波测距的误差要在 3cm 以内。6.4设计总结经过这段时间的学习与设计，成功制作出实物。本设计最终要完成在单片机的控制下

50、超声波模块检测设备与物之间的距离并把距离在 LCD 屏上显示出来，当距离小于1.5m 时黄色的发光二极管会发光提示。设计初要求本设计的误差在 3cm 以内。表 6.1是实际距离与测量距离的对比。表 6.1实际距离与测量距离比较实际距离测量距离5.5cm5cm15.7cm15cm1.5m1.47m2m1.93m通过表 6.1 可以看出本设计的误差达到设计要求。参考文献,等.便携式超声波测距仪设计J.科技广场,2008,12:190191.1234,.一种超声波测距仪的设计与实现J.中国测试技术,2008,34（6）:121122.,等.超声波测距仪的设计J.传感器技术,2002,21（8）:30

51、31.,王建勤，.简易高精度超声波测距仪的设计J.机械管理开发,2008,23（6）:102103.5仇成群，云.基于单片机的汽车防撞系统设计J.现代制造工程,2010,12:112113.,等.MCS-51 系列单片机系统及其应用M.第二版,6,张为民,：高等教育社,2004.1819.7,田地,方向,等.基于 MCS51 单片机的 8 位 PC104 总线主板的研发与应用J.仪器仪表学报,2007,28（7）：12301231.8910.微机接术M.第二版,：高等教育,2004.233234.超声波测距仪的设计与制作J.应用天地，2008,27（11）：5455.,段,.基于 AT89C2

52、051 的超声波测距仪设计J.新技术新仪器，2006，26（1）：2728.附录/超声波测距和显示程序#include /包括一个 52 标准内核的头文件#include/包含_nop_()函数定义的头文件#define uchar unsigned char /定义一下方便使用#define uunsigned#define ulong unsigned longsbit Tx= P33; /产生脉冲引脚 sbit Rx = P32; /回波引脚sbit RS=P20; sbit RW=P21; sbit E=P22; sbit BF=P07;/寄存器选择位，将 RS 位定义为P2.0 引脚

53、/读写选择位，将 RW 位定义为P2.1 引脚/使能信号位，将E 位定义为P2.2 引脚/忙碌标志位，将 BF 位定义为P0.7 引脚sbit warn_beep = P10;/小于 1.5 驱动蜂鸣器unsigned char code string = CHAO SHENG BO;unsigned char code digit =0123456789; /定义字符数组显示数字u udistance4; Threshold ;/测距接收缓冲区/定义阀值uchar ge,shi,ba bit succeed_flag;/*函数eL,i;/自定义全局变量/测量成功标志void conver(u

54、temp_data);void delay_20us(); void delay1ms();void delay(unsigned char n); unsigned char BusyTest(void);void WriteInstruction (unsigned char dice);void WriteAddrensigned char x);void WriteData(unsigned char y); void LcdInitiate(void);void warn();/函数/*函数功能：延时 1ms(3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以认为是 1 毫秒

55、*/ void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+);/*函数功能：延时 20us*/ void delay_20us()uchar bt ; for(bt=0;bt10;bt+);/*函数功能：延时若干毫秒参数：n*/ void delay(unsigned char n)unsigned char i; for(i=0;in;i+)delay1ms();/*函数功能：判断液晶模块的忙碌状态返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙*/ unsigned char BusyTest(

56、void)bit result;RS=0; RW=1; E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); result=BF; E=0;/根据规定，RS 为低电平，RW 为时，可以读状态/E=1，才允许读写/空操作/空操作四个机器周期，给硬件反应时间/将忙碌标志电平赋给result/将E 恢复低电平return result;/*函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块参数：dice*/ void WriteInstruction (unsigned char dice)whi RS=0;usyTest()=1); /如果忙就等待/根据规定，RS 和 R/W 同时

57、为低电平时，可以写入指令RW=0; E=0;/E 置低电平(根据表 8-6，写指令时，E 为高脉冲，/ 就是让E 从 0 到 1 发生正跳变，所以应先置0_nop_();_nop_(); P0=dic_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); E=0;/空操作两个机器周期，给硬件反应时间/将数据送入P0 口，即写入指令或地址e;/空操作四个机器周期，给硬件反应时间/E 置/空操作四个机器周期，给硬件反应时间/当 E 由跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令/*函数功能：指定字符显示的实际地址参数：x*

58、/void WriteAddrensigned char x)WriteInstruction(x|0 x80); /显示位置的确定方定为80H+地址码x/*函数功能：将数据(字符的标准 ASCII 码)写入液晶模块参数：y(为字符常量)*/ void WriteData(unsigned char y)whiusyTest()=1);RS=1; RW=0; E=0;/RS 为，RW 为低电平时，可以写入数据/E 置低电平(根据表 8-6，写指令时，E 为高脉冲，/ 就是让E 从 0 到 1 发生正跳变，所以应先置0/将数据送入P0 口，即将数据写入液晶模块P0=y;_nop_();_nop_

59、();_nop_();_nop_(); E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); E=0;/空操作四个机器周期，给硬件反应时间/E 置/空操作四个机器周期，给硬件反应时间/当E 由跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令/*函数功能：对LCD 的显示模式进行初始化设置*/ void LcdInitiate(void)delay(5); WriteInstruction(0 x38); delay(5); WriteInstruction(0 x38); delay(5);/延时 15ms，首次写指令时应给LCD 一段较长的反应时间/显示模式设置：162 显示，57

60、点阵，8 位数据接口/延时 5ms，给硬件一点反应时间WriteInstruction(0 x38); /连续三次，确保初始化成功 delay(5);WriteInstruction(0 x0c);/显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁 delay(5);WriteInstruction(0 x06);/显示模式设置：光标右移，字符不移 delay(5);WriteInstruction(0 x01);/清屏幕指令，将以前的显示内容清除 delay(5);/*当距离小于定义阀值开始驱动蜂鸣器*/ void warn(void)warn_beep = 1;void main(void)/ 主