XXXX48280506曹建伟基于AVR单片机的汽车倒车防撞装置

1、H(dB)0H(dB)0图3.10 带带通滤波器电电压增益与频频率的关系第三级选频电路路带通滤波器器的中心频率：该中心频率处的的电压增益：H=电路的品质因数数：Q=第三级放大电路路的带通滤波波器主要用于于信号选频，中中心频率，电电路品质因数数Q=17.5。由图33.11带通滤波器器电压增益与频频率的关系可可以看出Q=17.5时时，曲线非常尖锐，通通频带非常窄，电路路的选择性非非常好。在本级电电路中选择精精密度较高的的470pff电容（图中中C23，C25）来提提高中心频率率，从而达到到信号选频效效果。3.5 检波电电路本设计中检波电电路选用BAAV99作为为检波二极管管。BAV999是一种开开

2、关二极管，是是半导体二极极管的一种，由由导通变为截截止或由截止止变为导通所所需的时间比比一般二极管管短。内部结结构如图3.11所示。图3.11 BBAV99内内部结构图本设计中检波电电路设计如图图3.12所示，其等等效电路图如如图3.133所示。图中中电容C277和电阻R220构成低通通滤波器。检检波原理是利利用检波二极极管的单向导导电性，将高高频信号零电电势以下的负负向部分截去去，仅留下零零电势以上的的正向信号部部分，在低通通滤波时，低低通滤波器在在每个信号周周期取其平均均值，所得到到的调幅信号号的波包(eenveloope)即为为基带低频信信号，从而实现了解解调（即检波波）功能。图3.12

3、 检检波电路+ _+_+_+ _+_+_+图3.13 检检波电路等效效电路图3.6 显示器器电路本设计选用四位位为一体的共共阳极数码管管作为倒车雷雷达的显示器器，如图3.14所示。显示示器中间两位位为数字显示示，用于显示示障碍物的距距离，两边的的两位数码管管为模拟显示示条，用于模模拟障碍物的的距离。具体体显示情况如如下：模拟条显示：11.62.5m:亮一一排绿；1.01.55m:亮二排排绿；0.991.0mm:亮一排黄黄二排绿；00.70.8m:亮二二排黄二排绿绿；0.50.6m: 亮亮三排黄二排排绿；0.44m: 亮一一排红三排黄黄二排绿；00.3m: 亮二排红三三排黄二排绿绿；0.0mm:

4、 亮三排排红三排黄二二排绿(即全全亮)。数字显示：0.32.55m:正常显显示数字；2.5mm:显示2.66m。显示器工作电流流：202200 mAA (与告警警状况有关)。图3.14 数数码管显示电电路3.7 报警电电路本设计报警电路路选用普通的的蜂鸣器作为为其报警核心心器件，如图图3.15所示，可以以根据报警频频率把测得的的障碍物的距距离分为四段段，具体要求求如下：报警声：2.55m1.6m:无无提醒声音；1.511.1m：BiiBi声音报警警；1.00.4m: BBiBi声音报警；0.3m: Bi长鸣；蜂鸣器工作电流流：20880 mA。图3.15 报报警电路3.8 系统PPCB设计与与

5、制作由于本设计中用用到了40KKHZ的高频频信号，所以以电路PCBB板设计的好好坏直接关系系到后期调试试过程的顺利利与否。如果果在设计过程程中PCB板板布局不好，可可能会造成信信号干扰，甚甚至会使电路路无法工作。因因此在做本设设计时，严格格按照印刷电电路板制作流流程，遵照布布局操作的基基本原则进行行绘制电路PPCB图。绘制完成的系统统PCB布局局图如图3.16所示，布线线图如图3.17所示。图3.16 PPCB布局图图图3.17 PPCB布线图图3.9 本章总总结本章根据系统总总体的设计方方案，分模块块详细介绍了了系统各部分分硬件构成。主主要包括核心心控制器电路路设计、电源源电路设计、超超声波

6、发射与与接收电路设设计、信号放放大与信号选选频电路设计计、检波电路路设计、显示示电路设计以以及报警电路路设计，同时时也介绍了系系统PCB设设计与制作。其其中，本章重重点介绍了信信号放大与选选频电路的设设计，信号放放大与选频电电路处理的主主要是模拟信信号，它是本本系统硬件电电路设计的核核心，信号放放大与选频电电路设计的好好坏直接关系系到整个系统统的工作情况况。第4章 系统软软件设计C语言具有使用用方便、便于于移植等优点点，所以本系系统软件程序序采用C语言言编写。本设设计中的程序序主要包括测测距程序、AA/D转换程程序、LEDD 显示程序序、蜂鸣器程程序及系统工工作状态判断断程序，控制制器调用每个

7、个模块程序，完完成系统功能能。软件系统统主程序流程程图如图4.1所示。图4.1 主程程序流程图4.1 超声波波测距程序设设计测距程序主要包包括40KHHZ波的发射射和反射波的的时间的计算算。其中400KHZ波的的发射必须用用示波器观察察，确保发射射波的频率正正确。反射波波时间的计算算，每一步都都用定时器11精确计算好好时间，在精精确的时间段段内选取相应应的A/D转转换参考值进进行比较才能能够确保读数数正确。为了了能够准确判判断接收到超超声波的时刻刻，程序中采采用AD转换换值与参考值值进行比较。程序流程图如图4.2所示。 图4.2 测距距程序流程图图4.2 显示程程序设计显示器程序分为为整数部分

8、、小小数部分和模模拟显示部分分，三个部分分的显示程序序均放在中断断函数里面并并依次循环延延时10mss。把显示程序序放到定时器器2中，通过过定时器中断断控制显示程程序，这样不不仅节省CPPU内部资源源，提高系统统反应速度，还还能够避免因因主程序过长长而导致的系系统数据显示示不稳定的现现象。程序清单4.22 系统显示示程序/* 函数名称： timmer2_iisr()* 函数功能： 显示器程序序* 入口参数：无 * 出口参数： 无* 说 明：把显示示程序放到中中断里面，节节省CPU内内部资源*/#includde maain.h#includde diisplayy.h#includde vaa

9、riablle.hconst uuchar discoode1 = 00 x40,00 x79,00 x24,00 x30,00 x19, 0 x12,0 x02,0 x78,0X00,0X10,0Xff; /带点const uuchar discoode2 = 00 xC0,00 xF9,00 xA4,00 xB0,00 x99, 0 x92,0 x82,0 xF8,0X80,0X90,0Xff; /不不带点const uuchar discoode3 = 00 xfe,00 xfc,00 xf8,00 xf0, 0 xe0,0 xc0,0 x80,0 x00; /模模拟显示部分分/#pra

10、ggma innterruupt_haandlerr Timeer2_issr:10void Tiimer2_isr(vvoid) TCNNT2 = 0 x00; /dff TIFFR2=0XX01; /counnt=0; if(TOV2=0)/定时器器溢出 /M countt+ ; TIFFR2=0XX01; /M if(counnt0)&(couunt20)&(coount40)&(counnt59) /关关显示20mms,降低电电流 POORTC=PPORTC|0 x0f; 4.3 蜂鸣器器报警程序设设计蜂鸣器报警程序序主要分三个个频率段，即即程序中的标标志位flaag=1、fflag=

11、22和flagg=3三个频频率段分别代代表长鸣、急急促鸣叫和缓缓慢鸣叫。同同样，把报警警程序放入中中断里面，便便于节省CPPU内部资源源。同时在蜂蜂鸣器鸣叫的的过程中要关关闭显示器，这这样可以避免免蜂鸣器鸣叫叫时候的大电电流引起的显显示不稳定。程序清单4.33 系统报警警程序/* 函数名称： Timmer0_iisr()* 函数功能： Timmer0控制制蜂鸣器鸣叫叫频率及鸣叫叫时间* 入口参数：无 * 出口参数： 无* 说 明：把蜂鸣鸣器程序放到到中断里面，节节省CPU内内部资源*/#includde maain.h#includde Tiimer0_isr.hh#includde vaar

12、iablle.hvoid Tiimer0_isr(vvoid) if(flaag=1)|(fllag=22)|(fflag=3)&(Flagg_stopp1=0)&(Fllag_sttop2=0)&(Flag_stop33=0) TCNTT0 = 00 xfb ; if(TTOV0=0) TTIFR0=0X01; ttime0+ ; iff(flagg=1) timee1+ ;time111+ ;time22=0 ;ttime3=0 ; ellse iff(flagg=2)time22+ ;ttime222+ ;ttime1=0 ;tiime3=00 ; ellse iff(flagg=3)t

13、ime33+ ;ttime333+ ;ttime1=0 ;tiime2=00 ; ellse iff(flagg=0)time11=0 ;ttime2=0 ;tiime3=00 ;timme11=00 ;timme22=00 ;timme33=00; if(ttime1=156225)tiime1=00;Flagg_stopp1=1; /10ss后停止鸣叫叫 iff(timee2=78812) time22=0;Fllag_sttop2=11; /55s后停止鸣鸣叫 if(ttime3=62500) tiime3=00;Flagg_stopp3=1; /4s后后停止鸣叫 if(fllag=11

14、) iff(timee11=11000)ttime111=0; if(ttime111980)Buzzzer_offf(); /13ms iff(timee119990)Cejju_flaag=0; if(fllag=22) iff(timee22=7782)tiime22=0; if(ttime222391)Buzzzer_offf(); /250mss iff(timee227000)Cejju_flaag=0; if(fllag=33) iff(timee33=11563)ttime333=0; if(ttime333313)Buzzzer_offf(); /8800ms iff(tim

15、ee3310000)Ceeju_fllag=0; ellse BBuzzerr_off();Cejju_flaag=0; iff(flagg=0) Cejuu_flagg=0;由于系统程序很很大，如果把把所有的程序序都放到一个个源文件里，会会给程序的调调试查错带来来很多不便。因因此本系统程程序采用模块块化编程，便便于调试查错错、程序调用用和程序移植植。模块化编程只需需将编写好的的模块程序放放到 *.cc 源文件里里面，然后给给它编写一个个 *.h 头文件就行行了，这样便便于以后调用用。在后面编编程的过程中中要用到相应应的模块程序序时，只需把把它的相应头头文件包含进进来就可以了了，如“ #inc

16、clude main.h ”，本设计程程序中主函数数头文件的编编写如程序清清单4.4所所示。程序清单4.44 主函数头头文件maiin.h#ifndeff _maiin_H#definee _maiin_H#includde #includde #definee uchaar unssignedd charr#definee uintt unssignedd intextern void main(void);#definee Buzzzer_onn() PORTTB=PORRTB|0BB000000010#definee Buzzzer_offf() PORTBB=PORTTB&0B1111

17、111101 #pragmaa inteerruptt_handdler TTimer22_isr:10#pragmaa inteerruptt_handdler TTimer00_isr:17#endif4.4 本章小小结本章主要介绍了了系统软件设设计的思想，确确定好程序的的设计思路之之后再进行相相应程序的编编写，可以有有效地避免程程序出错。同同时在本章中中附录了部分分主要程序清清单，通过程程序中的注释释可以帮助更更好地理解程程序的设计思思想。第5章 系统调调试与结果分分析为了使系统达到到良好的性能能参数，必须须进行系统调调试。本系统统的调试主要要分为硬件调调试、软件调调试和综合调调试。每个

18、部部分的调试有有自己的特点点和调试方法法，但每个部部分需要都是是按模块调试试，然后再综综合调试，完完成设计要求求。5.1 硬件调调试硬件调试主要有有稳压电源电电路调试、超超声波发射与与接收电路调调试、信号放放大与选频电电路调试和控制系统调调试，每个部部分单独调试试，从前往后逐逐级进行调试试，观察结果果并记录数据据，这样便于于排查错误、快快速调试。硬硬件电路的调调试主要是信信号放大与选选频电路的调调试。确保电路焊接无无误后，将440KHZ超超声波发射程程序烧录到单单片机中，接接上超声波探探头，将障碍碍物放置在探探头前0.55m处，用示示波器观察放放大电路输出出端的测试点点Test处处是否有反射射

19、波信号，若若无反射波信信号，则需用用示波器观察察第一级放大大电路输出端端是否有反射射波信号，若若仍无反射波波信号，则需需检查第一级级放大电路；若第一级放放大电路输出出端有反射波波信号，则用用示波器观察察第二级放大大电路输出端端是否有反射射波信号，按按此方法一级级一级检测直直至放大电路路最后一级出出现反射波信号并并正常放大为为止。在本系系统的调试过过程中，由于于焊接贴片电电子元件时的的疏忽和粗心心，在信号放放大电路中有有两个贴片电电容焊接错误误，导致整个个电路不能放放大信号，经经过反复思考考和查询大量量资料后，在在确保程序无无误的情况下下，通过这种种从前到后逐逐级检测的方方法检查出了了放大电路中

20、中出现故障的的电子元器件件。5.2 软件调调试软件系统的调试试主要是测距模模块程序的调调试，它是软件调试试中难度最大大的模块，关关系到整个系系统的工作状状况。测距模块程序调调试：将测距距模块程序烧烧录到单片机机中，接上超超声波探头，在在超声波探头头0.5m处放放置障碍物，用用示波器观察察经过信号放放大后的测试试点Testt，观察是否否同时出现发发射波和反射射波（只要在在上一节硬件件电路调试中中保证信号放放大电路正常常工作，就会会有反射波。），若若有反射波，则则用示波器观观察测试点TTest处被被放大后的发发射波波形，同同时用防静电电螺丝刀调节节中周，调节节中周时发射射波波形会出出现“宽窄宽”的

21、变化，反反复调节直至至发射波波形形调至最窄。之之后保持中周周不变，调节节第一级放大大电路中三极极管发射极电电阻R35，反反复调节直至至发射波波形形调至更窄。5.3 综合调调试硬件电路调试完完成以后，将将软件程序烧烧录到单片机机进行软件调调试。按照第第5.2节软软件调试的步步骤进行软件件综合调试并并观察调试结结果，反复修修改程序、优优化程序，使使系统真正满满足设计要求求，并确保软软件程序和硬硬件电路的配配合达到最优优状态，使系系统测得的数数据稳定、准准确、精确。在在调试的过程程中用示波器器观察并记录录实际测量的的障碍物距离离与反射波电电压之间的关关系如表5-1所示。根根据这一关系系表可以得出出A

22、/D转换换的参考值，便便于优化系统统测量程序。表5-1：障碍碍物距离与反反射波电压关关系表A0.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.4B4.324.304.284.264.244.224.204.184.164.104.084.06A1.51.61.71.81.92.02.12.22.32.42.52.6B3.983.943.883.843.803.783.703.623.543.423.323.28注：A代表：距距离（m）; B代代表：反射波波电压（V）在室内将超声波波探头固定于于0.8m高度度处，用可移移动的平面木木板作为被测测物进行距离离测试，将平平面板分别

23、放放置于距探头头0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、 2.4m、2.5m、2.6m处的的相同高度， 测得结果如如表5-2所所示。表5-2：测试试距离与实际际距离关系表表实际距离（m）0.30.40.50.60.70.80.91.0测试距离（m）0.320.420.510.620.690.790.931.03实际距离（m）1.11.21.31.41.51.61.71.8测试距离（m）1.101.181.321.411.511.631.681.80实际距离（m）1.92.02.12.22.32.42.52.6测试距离（m）1.912.002.092.222.312.402.512.60由表测试

24、结果可可知，本设计计作品的测试试误差为0.05m，符合设计计要求。5.4 本章小小结本章主要介绍了了系统的调试试方法，主要要包括硬件调调试、软件调调试和综合调调试。硬件电电路的调试主主要是为了确确保电路正常常工作，以及及通过调试使使电路工作达达到最优状态态，从而为软软件程序的调调试提供良好好的运行环境境。软件调试试是为了确保保模块程序的的正确，从而而减少综合调调试中的程序序优化时不必必要的大幅度度程序删减操操作，这样在在综合调试中中只需将模块块程序移植调调用回来，然然后简单修改改即可应用。综综合调试是本本章重点，它它关系到系统统软硬件的配配合问题以及及系统的精度度和稳定性。在在最终的系统统优化

25、中，也也是通过综合合调试一步步步改进而实现现的。第6章 结束语语本设计研究并做做出了基于AAVR单片机机的汽车倒车车防撞报警装装置实物样品品模型，该装装置实现了设设计要求中基基本的测距报报警功能，能能够准确实现现2.5m以内内的测距报警警，设计的测测量精度为00.1m。系系统设计包括括单片机控制制系统的设计计、发射电路路的设计、接接收电路的设设计、模拟信信号放大电路路的设计、信信号选频电路路的设计、检检波电路的设设计、显示电电路和报警电电路的设计。在在本设计中主主要研究了模模拟信号的处处理，如信号号放大和信号号选频电路的的设计。在模拟信号放大大与信号选频频电路的设计计中，受电视视机红外遥控控接

26、收器专用用芯片CX220106的的影响，在芯芯片选型之初初选择了CXX201066，该芯片输输出是一个数数字信号，使使用非常方便便，但是由于于该芯片把信信号放大和信信号选频集成成在一起，使使得信号选频频有一定的局局限性，比如如接收信号的的频率由芯片片生产厂商确确定，出厂后后的频率不可可调，必须使使用其固定的的38KHZZ频率的信号号。而本设计计所发射和接接收的信号可可能会随测量量距离的变化化而产生微小小变化，所有有本设计选用用数字处理芯芯片不太合适适。最后经过过多方考虑，最最终确定了使使用通用的运运放构成模拟拟的信号放大大与信号选频频电路。选用用模拟电路对对信号进行放放大与选频，具具有通用性强

27、强、适应能力力强、稳定性性高、安全可可靠的特点。在本设计中还存存在一些不足足之处，这些些不足之处也也将是以后进进一步深入研研究的重点。本本设计采用收收发为一体的的超声波探头头，这样节省省了材料，但但是在信号处处理的过程中中，为了防止止发射信号直直接进入接收收回路进行放放大的影响，必必须在程序中中进行延时直直至发射信号号余波振荡停停止后才能进进行数据处理理，这样就降降低了近距离离的测量精度度。在以后的的研究中，可可以考虑在硬硬件接收电路路上进行优化化，使信号发发射完毕之后后马上消除余余震，这样就就可以提高近近距离的测量量精度。另外，本设计只只是一个样品品装置，设计计中只用了一一个超声波探探头，其

28、检测测的宽度范围围有限，如需需应用到实际际生活中，应应增加探头数数量至少为44个探头检测测，才能确保保汽车尾部信信息完全被检检测到。第7章 致 谢转眼间，四年的的大学生活就就要画上句号号，回首往昔昔，有太多的的怀念与感动动。在即将离离开这个曾经经带给我欢乐乐和收获的母母校之际，我我有很多话要要对你们说。首先，感谢母母校给了我再再次锻炼和成成长的机会。让让我有机会接受了了众多学识渊渊博的老师的的教导，丰富富了学识，开开阔了眼界。结识了更多充满青春活力、有理想、有激情的工大学子，让我的大学因此而丰富多彩。其次，衷心感感谢指导老师师臧义老师给给了我更多的的关心和帮助助。让我有了了去公司实习习、锻炼的

29、机机会。尤其是是臧义老师渊渊博的学识、严严谨的治学态态度和亲切和和蔼的待人方方式，让我受受益匪浅。再次，感谢电电子科技协会会丰富了我的的校园生活。大大学四年，其其中三年都是是在电子科技技协会中度过过，是电子科科技协会给了了我展示自己己兴趣、锻炼炼自我的平台台。也是电子子科技协会的的文化理念和和协会宗旨影影响了我的大大学四年，让让我从一个一一无所知的大大一学生慢慢慢成长为一个个拥有个人清清晰目标、敢敢于拼搏的大大四毕业生，进进而走上专业业之路，最后后带领整个团团队追寻年轻轻人应有的激激情梦想。在在协会，结识识了更多的电电子爱好者，电电子科协丰富富了我的大学学生活，我将将终生难忘。最后，感谢王王威老师给了了我更多的学学术指导和科科研影响。在在王威老师的的指导和影响响下，让我有有了更加坚定定的信心和专专研电子制作作的决心；让让我有了参加加大学生智能能车赛、挑战战杯赛的实力力与能力。还还有郑维老师师、班主任邓邓云伟老师、学学工办老师、沈沈伟学长以及及实验室里曾曾给过我帮助助的兄弟姐妹妹们。在你们们的影响和帮帮助、指导下下，我有了更更加清晰的人人生规划和学学习目标，感感谢你们对我的帮帮助与支持，大大学里，我的的生活因为你你们的存在而而丰富多彩！认识你们是是我今生的荣荣幸！参考文献牛余朋,成曙.基于单片机机的超声波测测距系统JJ.北京:兵工