汽车倒车雷达防护系统的设计

汽车倒车雷达防护系统的设计摘要随着我国经济飞速开展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多麻烦。因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。倒车雷达是汽车泊车平安辅助装置，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。为此，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系统。它可以提醒驾驶员进入警戒区域，同时进行声光报警。无须占用司机的视觉资源，使司机可以把全部注意力用于观察车前及车旁的路况。超声波发射局部由AT89C51单片机产生高电平信号，触发测距模块；系统接收局部由接收探头拾取反射回来的信号，当接收电路接收到反射信号就中断AT89C51的计数器，停止计数，从而得到超声波从发射到接收信号的时间差，进而计算出车与前方障碍物之间的距离，指导司机平安倒车。关键词：倒车雷达，超声波，单片机DesignofVehicleReversingRadarProtectionSystemABSTRACTWiththedevelopmentoftheeconomyofChina,manypeoplehavetheirowncars.Then,theaccidentsthatcausedbyparkingandreversingwillbeincreasinglycommon.Theseaccidentsoftenbringmanytroublestodrivers.So,thereverseradarcomesouttohelpdriverstoparkandreverse.Thereverseradar—asetofsafetyassistantinstallationappliedonautomobileparking.Also,itcantelldriversthattherearemanyobstaclesaroundthembyvoiceorvisualdisplay.ThisdesignisakindofreverseradarsystembasedonSCM,usingultrasonictomeasuredistance.Itcanreminddriversthattheyhaveenteredwarningareaaswellasachieveaudibleandvisualalarm.Withthehelpoftheradar,driversareabletofocusonobservingthesituationaroundtheroadswithoutoccupyingthedrivers’visualresources.UltrasoniclaunchsectionproduceshighlevelsignaltotriggerrangingmodulethroughAT89C51.Thesystemreceivingpartreceivesreflectedsignalbythesensor.Whenthereceivercircuitreceivesreflectedsignals,itwillinterruptAT89C51countertostopcounting.Asaresult,itcangetTheTimeDifferencefromtransmittingtoreceivingsignal,andthencalculatethedistancebetweentheobstacles.Itcanthusguidingdriverstobackacarsafely.KEYWORDS：reverseradar,ultrasonic,SCM目录摘要 IABSTRACT II目录 III1绪论 11.1课题研究意义 11.2国内外开展现状 11.3研究内容及论文安排 21.3.1研究内容 21.3.2论文安排 22系统设计方案 42.1系统总体介绍 42.2系统功能介绍 4设计方案的比较与论证 42.3.1控制器的选择 42.3.2测距方式的选择 52.3.3显示模块的选择 52.3.4报警模块的选择 62.4本章小结 63超声波测距雷达工作原理 73.1超声波传感器介绍 73.2超声波测距的原理及实现 93.3本章小结 104系统硬件设计 114.1设计目标 114.2系统框图 114.3微处理器 114.3.1AT89C51单片机简介 114.3.2单片机的内部结构 124.3.3单片机AT89C51的特性 144.3.4单片机复位电路 174.3.5单片机时钟电路 184.4液晶芯片1602 184.4.11602工作原理 18液晶芯片1602功能介绍 194.4.3液晶芯片1602的指令说明及时序 204.5超声波测距模块HC-SR04 214.5.1HC-SR04的内部结构与工作原理 234.5.2发射电路的设计 244.5.3接收电路的设计 244.6DS18B20温度补偿模块 244.7报警模块 255系统软件设计 265.1系统主程序的设计 265.2中断处理程序的设计 275.3测距模块的设计 285.4DS18B20温度补偿模块的设计 285.5显示及报警模块的设计 286总结 296.1结论 296.2展望 29致谢 30参考文献 31附录Ⅰ系统原理图 32附录Ⅱ局部源程序代码 33 1绪论倒车雷达全称“倒车防撞雷达〞，又称“泊车辅助装置〞，它是汽车泊车或者倒车时的平安辅助装置，由超声波传感器、控制器、显示器及蜂鸣器等局部组成。它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、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的平安性。1.1课题研究意义近年来，随着汽车产业的迅速开展和人们生活水平的不断提高，公路上、停车场上的汽车越来越多，交通也越来越拥挤。由于空间的有限性，汽车在公路上行驶或者出入停车场时，其倒车、转弯的几率大大增加，而驾驶员的视线由于受到限制，尾撞和刮擦事故时有发生。据相关调查统计15％的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。平安防止障碍物的前提是快速，准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，本文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系统。1.2国内外开展现状通常的倒车雷达主要由感应器〔探头〕、主机、显示设备等三局部组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警。显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式显示设备可以直接安装在驾驶台上，有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。倒车防撞雷达开展到现在经历了5代。第一代的倒车雷达系统是轰鸣器。倒车时，如果车后1.5米至1.8米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。没有语音提示，也没有距离显示。第二代倒车雷达可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表平安距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.6米至0.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6米的距离，必须停止倒车。第三代用液晶荧屏显示，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的障碍物的距离。该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第四代魔幻镜倒车雷达，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米内的障碍物，用区别等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达、免提、温度显示和车内空气污染显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。第五代倒车雷达是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。因为是新品，售价也较高。倒车雷达的开展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。1.3研究内容及论文安排研究内容基于超声波测距原理。介绍了一种以单片机AT89C51为主控制器的倒车雷达防护系统。此系统在汽车倒车时自动启动，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，到达设定的距离时显示并播报。为了减小测距的误差在数据处理局部还采用了温度补偿来修正距离。主要完成三个主要模块的功能：超声波测距系统，单片机控制系统和显示报警系统。本设计的主要研究内容有以下几个方面:简述了设计汽车倒车雷达系统的目的和意义，以及汽车倒车雷达系统的应用及开展状况。简要论述了汽车倒车雷达系统的工作原理、根本组成，以及系统的方案，工作流程和系统的性能要求。重点对汽车倒车雷达系统硬件局部进行了分析与设计。主要是对超声波发射、接收，报警及显示电路的分析与设计。较为详细的说明了系统软件流程，关键局部给出了流程图和相关程序。最后对汽车倒车雷达系统研制过程中所做工作进行了总结。1论文安排论文第1章为绪论，主要介绍了汽车倒车雷达防护系统的现状及其研究意义，本设计研究的内容及论文安排；第2章为系统设计方案的介绍，包括其具体可实现的功能及电路的设计；第3章为超声波测距雷达的工作原理，这局部详细的介绍了各种测距方式的比照，着重介绍了超声波测距的工作原理；第4章为硬件设计局部，这局部详细介绍了所选硬件的特性及其各局部对实现自己所需要功能的作用及其电路图；第5章为软件设计局部，给出了主程序和各子程序流程图，程序清单以附件的形式附在论文最后。第6章为结论局部。接下来为致谢和参考文献。最后附有原理图及程序清单。2系统设计方案2.1系统总体介绍本次设计选用单片机AT89C51为主控制芯片，用超声波测距模块HC-SR04来实现测距功能，并进行信息的采集，经过单片机内部处理以后，进行数据计算，再将得到的数据进行存储，同时送入显示模块进行显示，由单片机控制蜂鸣器以及LED灯进行相应的报警提示。系统的总体框图如图2-1所示。图2-1系统的总体框图2.2系统功能介绍本系统利用超声波测距系统HC-SR04进行测距，由单片机进行数据内部的计算存储，然后控制LCD来显示距离，蜂鸣器以及LED进行报警。主要功能为：测得当前汽车与障碍物的距离：由HC-SR04超声波测距模块采集到时间，并使用距离计算公式进行运算，得到汽车与障碍物的距离。单片机控制其显示方式，将得到的数据送入LCD1602。蜂鸣器及LED进行报警提示：完成防碰撞预警功能，在预设障碍物距离小于米，报警指示灯亮；当距离小于米，蜂鸣器发出声音。LCD数据显示：最小车距显示，显示模块能够显示最小车距以提醒驾驶者。设计方案的比较与论证控制器的选择方案I：选用一片CPLD〔如EPM7128LC84-15〕作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而超声波测距对处理速度要求不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。假设采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案II：采用单片机作为整个系统的核心，用其处理超声波数据，以实现其既定的性能指标。充分分析系统，其关键在于实现超声波测距，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。在综合考虑了传感器等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用AT89C51单片机的资源。测距方式的选择方案I：红外传感器。其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。方案II：激光传感器。它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。方案III：超声波传感器。超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠，它嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫的时候，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接收来判断是否检测到物体。根据以上性能的比较，我们能看出来激光传感器是比较理想的选择，但是其价格较高，不易为群众接受。考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间，最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。显示模块的选择方案I：采用12864液晶来充当显示模块，该液晶显示器功耗小，显示内容丰富，可以同时显示字母和汉字，体积小，超轻薄，在电子产品中广泛应用。方案II：采用1602液晶来充当显示模块，该显示器与12864特点相似，但是其显示内容比较单调，只能显示数字和字母。由于本设计只要显示数字及字母即可，出于以上考虑，选用方案II。报警模块的选择方案I：采用轰鸣器提示，当车体与障碍物的距离发生改变时，电路中电压或电流变化不同给蜂鸣器以不同信号，轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。方案II：声音＋LCD距离显示＋指示灯的方式，LCD显示距离，声音、指示灯提示，比较实用、直观、方便。通过对预警提示方式的分析，由于在该设计中只涉及到简单的报警声音，可以直接用单片机的某一引脚产生方波控制。我拟定采用简单的蜂鸣器来实现该功。2.4本章小结本章全面介绍了系统设计原理和设计思路，分别详细介绍了控制器、测距方式、显示模块及报警模块的设计方法。3超声波测距雷达工作原理3.1超声波传感器介绍超声波是一种频率超过20KHz的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的根本物理特性，反射、折射、干预、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大局部能量会反射。利用超声波检测往往比较迅速，方便，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能到达工业实用的要求，主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场。超声波与光波、电磁波、射线等检测相比，其最大特点是穿透力强，几乎可以在任何物体中传播，了解被测物体内部情况。超声检测设备还具有结构简单，本钱低廉的优点，有利于工程实际使用。超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而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到达工业实用的要求，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：压电传感器，磁致伸缩传感器，静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨〞或“笛〞。压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。探头由压电晶片、楔块、接头等组成，是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成局部。压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。属于晶体的如石英，铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。其具有以下的特性：把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；相反，对这种材料施以外力，那么由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。因此，用这种材料可以制成超声传感器。传感器的主要组成局部是压电晶片。当压电晶片受发射电脉冲鼓励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压电效应。前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷上加有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为f0交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会发出超声波。如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波相同的电信号。图3-1压电式超声波传感器结构图压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器内部结构如图3-1所示，它有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率f0。发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。这样，超声传感器才有较高的灵敏度。当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可非常方便的改变其固有谐振频率。利用这一特性可制成各种频率的超声传感器。超声波传感器的内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可以防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。超声波传感器的根本特性有频率特性和指向特性：频率特性如图3-2是超声波发射传感器的频率特性曲线。其中，f0＝40KHz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的交流电压来鼓励。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处曲线最锋利，输出电信号的幅度最大，即在f0处接收灵敏度最高。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，频率特性是锋利共振的，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。图3-2超声波传感器频率特性曲线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，可以把外表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。3.2超声波测距的原理及实现超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。常温下超声波在空气中的传播速度为v=340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(S)，即：〔3-1〕其中，t0就是所谓的渡越时间。可以看出其主要局部有：供给电能的脉冲发生器〔发射电路〕；使接收和发射隔离的开关局部；转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器；接收反射声能〔回波〕和转换声能为电信号的接收传感器；接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录设备；记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。在超声波测量系统中，频率取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用40KH的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合室内测量的方式。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗干扰性能。距离测量系统常用的频率范围为25KHz～300KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。发射电路一般由振荡和功放两局部组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；收/发隔离那么使接收装置避开强大的发射信号；记录/控制局部启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。3.3本章小结本章我们详细介绍了超声波传感器的原理及其特性，超声波发送器就是利用压电逆效应的原理产生超声波的。4系统硬件设计本系统主要由微处理器、超声波测距模块、显示模块、报警模块和温度补偿模块组成。下面介绍各局部原理及电路图。4.1设计目标报警器利用超声波回波测距，测量车后一定距离内的物体，并以单片机作为中央控制单元。这种超声波雷达可及时显示车后障碍物的距离并报警，以警示司机不同程度的紧急状态。4.2系统框图该报警器由控制系统、超声波发射电路、接收电路、报警电路、LED显示电路组成，系统原理框图见图4-1。单片机驱动电路放大电路显示电路报警电路驱动电路超声波发射电路超声波接收电路图4-1系统原理框图4.3微处理器AT89C51单片机简介单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器(Microcontroller)。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活泼且颇具生命力的机种。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的根本功能部件：CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机的内部结构单片机内部结构如图4-2所示:图4-2单片机内部结构与单片机相比，微型计算机是一种多片机系统。它是由中央处理器(CPU)芯片、ROM芯片、RAM芯片和I/O接口芯片等通过印刷电路板上总线(地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB)连成一体的完整计算机系统。其中，中央处理器(CPU)的字节长，功能强大；ROM和RAM的容量很大；I/O接口的功能也大，这是单片机无法比较的。因此，单片机在结构上与微型计算机十分相似，是一种集微型计算机主要功能部件于同一块芯片上的微型计算机，并由此而得名。由图4-2可见，中央处理器(CPU)是通过内部总线与ROM、RAM、I/O接口以及定时器/计数器相连的，这个结构并不复杂，但并不好理解。为此，在分析单片机工作原理前，先对图4-2中各部件作一根本介绍是十分必要的。(1)存储器在单片机内部，ROM和RAM存储器是分开制造的。通常，ROM存储器容量较大，RAM存储器的容量较小，这是单片机用于控制的一大特点。(a)ROMROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)一般为1~32K字节，用于存放应用程序，故又称为程序存储器。由于单片机主要在控制系统中使用，因此一旦该系统研制成功，其硬件和应用程序均已定型。为了提高系统的可靠性，应用程序通常固化在片内ROM中，根据片内ROM的结构，单片机又可分为无ROM型、ROM型和EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory,可擦除可编程只读存储器)型三类。近年来，又出现了EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory,电擦除可编程只读存储器)和Flash型ROM存储器。无ROM型单片机特点是片内不集成ROM存储器，故应用程序必须固化到外接的ROM存储器芯片中，才能构成有完整功能的单片机应用系统。ROM型单片机内部，其程序存储器是采用掩膜工艺制成的，程序一旦固化进去便永远不能修改。EPROM型单片机内部的程序存储器是采用特殊FAMOS管构成的，程序一旦写入，也可以通过特殊手段加以修改。因此，EPROM型单片机是深受研制人员欢送的。(b)RAM通常，单片机片内RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)容量为64～256字节，最多可达48K字节。RAM主要用来存放实时数据或作为通用存放器、数据堆栈和数据缓冲器之用。(2)中央处理器(CPU)中央处理器的内部结构极其复杂，要像电子线路那样画出它的全部电路原理图来加以分析介绍是根本不可能的。下面简单概述一下几个主要局部的工作原理。(a)运算器运算器用于对二进制数进行算术运算和逻辑操作；其操作顺序在控制器控制下进行。运算器由算术逻辑单元ALU、累加器A、通用存放器R0、暂存器TMP和状态存放器PSW等五局部组成。累加器A(Accumulator)是一个具有输入/输出能力的移位存放器，由8个触发器组成。TR(TemporaryRegister,暂存器)也是一个8位存放器，用于暂存另一操作数。ALU(ArithmeticandLogicalUnit，算术逻辑单元)主要由加法器、移位电路和判断电路等组成，用于对累加器A和暂存器TMP中两个操作数进行四那么运算和逻辑操作。PSW(ProgramStatusWord，程序状态字)也由8位触发器组成，用于存放ALU操作过程中形成的状态。(b)控制器控制器是发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，相当于人脑的神经中枢。控制器由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三局部组成。指令部件是一种能对指令进行分析、处理和产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。指令是一种能供机器执行的控制代码，有操作码和地址码两局部。时序部件由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号。微操作控制部件可以为ID(InstructionDecoder，指令译码器)输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也可与外部进来的控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。(3)内部总线单片机内部总线是CPU连接片内各主要部件的纽带，是各类信息传送的公共通道。内部总线主要由三种不同性质的连线组成，它们是地址线、数据线和控制线/状态线。地址线主要用来传送存储器所需要的地址码或外部设备的设备号，通常由CPU发出并被存储器或I/O接口电路所接收。数据线用来传送CPU写入存储器或经I/O接口送到输出设备的数据，也可以传送从存储器或输入设备经I/O接口读入的数据。因此，数据线通常是双向信号线。控制/状态线有两类：一类是CPU发出的控制命令，如读命令、写命令、中断响应等；另一类是存储器或外设的状态信息，如外设的中断请求、存储器忙和系统复位信号等。(4)I/O接口和特殊功能部件I/O接口电路有串行和并行两种。串行I/O用于串行通信，它可以把单片机内部的并行8位数据(8位机)变成串行数据向外传送，也可以串行接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给CPU处理。并行I/O口电路可以使单片机和存储器或外设之间并行地传送8位数据(8位机)。单片机AT89C51的特性AT89C系列单片机是Atmel公司生产的一款标准型单片机。其中数字9表示内含Flash存储器，C表示CMOS工艺。其管脚图如图4-3所示。图4-3AT89C51单片机管脚图AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。(1)主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：100写/擦循环·数据保存时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路(2)管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(记时器0外部输入)P3.5T1(记时器1外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。(3)振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的上下电平要求的宽度。(4)芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1〞且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机复位电路复位发生时，所有的系统存放器恢复默认状态，程序停止运行，同时程序计数器PC清零。复位结束后，系统从向量0000H处重新开始运行。AT89C51有以下几种复位方式：上电复位；看门狗复位；掉电复位；外部复位〔仅在外部复位引脚处于使能状态〕。任何一种复位情况都需要一定的响应时间，系统提供完善的复位流程以保证复位动作的顺利进行。对于不同类型的振荡器，完成复位所需要的时间也不同。因此，VDD的上升速度和不同晶振的起振时间都不固定。在这里所用的复位为外部复位。外部复位引脚为施密特触发结构，高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。复位引脚处于低电平时，系统正常运行。当复位引脚输入高电平信号时，系统复位。外部复位操作在上电和正常工作模式时有效。需要注意的是，在系统上电完成后，外部复位引脚必须输入低电平，否那么系统将一直保持在复位状态。外部复位的时序如下：外部复位：系统检测复位引脚的状态，如果复位引脚不为低电平，那么系统会一直保持在复位状态，直到外部复位结束；系统初始化：初始化所有的系统存放器；振荡器开始工作：振荡器开始提供系统时钟；执行程序：上电结束，程序开始运行。外部复位可以在上电过程中使系统复位。良好的外部复位电路可以保护系统以免进入未知的工作状态。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，它在系统上电的过程中能够为复位引脚提供一个缓慢上升的复位信号。这个复位信号的上升速度低于VCC的上电速度，为系统提供合理的复位时序，当复位引脚检测到高电平时，系统复位结束，进入正常工作状态。本设计所采用的复位电路如图4-4所示。图4-4复位电路原理图以上的复位电路在通电时，是通过10uF的电容充电，并在复位端口和地之间加10k欧电阻从而使复位端口能够保持高电平，并有效保持复位按键按下后能够准确复位。单片机时钟电路单片机各种功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量影响单片机系统的稳定性。时钟电路有两种设计有两种方式，一是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。我采用的是内部时钟方式，其电路图如图4-5所示。图4-5时钟电路原理图单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为单片机的XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚外部跨接石英振荡器Y1和微调电容C1和C2，构成了稳定的自激振荡器。而电容的大小会影响振荡的频率的上下、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此对于电容选择是很关键的，我们这次设计的时钟电路采用了所提供的33pF电容可以构成稳定的自激振荡器电路。4.4液晶芯片1602 4.4.11602工作原理1602LCD分为带背光和不带背光两种,带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异。用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1〞，其它的为“0〞，为“1〞的点亮，为“0〞的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。LCD1602主要技术参数有：显示容量:16×2个字符；芯片工作电压:4.5—5.5V；工作电流:2.0mA(5.0V)；模块最正确工作电压:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。液晶芯片1602功能介绍1602LCD采用标准的14脚〔无背光〕或16脚〔带背光〕接口，各引脚接口说明见表4-1所示:表4-1液晶芯片1602的外部接口编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1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为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影〞，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚：RS为存放器选择，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，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为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。液晶芯片1602的指令说明及时序LCD存放器的选择，见表4-2所示：表4-2LCD存放器的选择ER/WRS功能说明100写入命令存放器101写入数据存放器110读取忙碌标志及RAM地址111读取RAM地址0X不动作1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，见表4-3所示：表4-3LCD液晶模块控制器序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址8置数据存储器地址001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM到DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。〔说明：1为高电平、0为低电平〕。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平那么无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。1602与微控制器单片机的连接电路如图4-6所示。图4-6LCD与单片机的连接原理图4.5超声波测距模块HC-SR04 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，测距精度可到达3mm。其超声波测距模块HC-SR04实物如图4-7所示。图4-7HC-SR04实物图模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。根本工作原理如下：采用IO口TRIG触发测距，,加至少10us的高电平信号；模块自动发生8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个上下平，高电平持续的时间即超声波从发射到返回的时间。，其中S为测试距离，t为高电平时间，v为声速〔340m/s〕。超声波测距模块HC-SR04的性能参数和引脚定义见表4-4和表4-5所示。表4-4HC-SR04性能参数工作频率40HZ工作电压DC5V工作电流15mA最远射程4m最近射程2m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45*20*15表4-5HC-SR04的引脚定义引脚功能VCC5V电源GND地线GNDTRIG触发控制信号输入ECHO回路信号输出HC-SR04的超声波时序图如图4-8所示。图4-8HC-SR04超声波时序图以上时序图说明只需要提供一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40KHZ周期电平检测回波，一旦检测到有回波信号那么输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与检测的距离成正比，由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。HC-SR04的内部结构与工作原理该超声波传感器的内部结构主要包括两大局部：发射电路和接收电路，分别如图4-9和图4-10所示。采用I/O触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40KHZ的方波，并自动检测是否有信号返回，当接收到回波时，通过I/O输出一高电平，高电平持续的时间t就是超声波从发射到返回的时间,测试距离，v是超声波在空气中传播的速度。图4-9HC-SR04发射电路原理图图4-10HC-SR04接收电路原理图发射电路的设计超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片，12MHz的晶振和MAX232芯片构成，单片机给方波发生芯片触发信号后，方波发生芯片开始工作，产生40KHz的方波信号，电平转换芯片MAX232将TTL电平转换成可以驱动振荡器的高电压，进而产生所需的40KHz的超声波。接收电路的设计本设计中HC-SR04测距模块内部所选用的TL740C芯片采用了前置放大电路，带通滤波电路，后级放大电路。将接收到的波形经过整形、积分、检波、滤波和限幅放大等实现接收超声波的功能。当距离较远时，回波信号会非常微弱，转换后的信号电平幅值很小，故要经过假设干级放大，使输出功率到达一定要求，并且为了防止信号出现较大的失真，接收电路可以保证有4MHZ的带宽。放大后的交流信号送入比较器后输出一个方波信号，并使触发器触发，向CPU发出中断请求。在中断效劳程序中，读取计数器的计数值，结合温度补偿后的声速计算出测距仪距离障碍物的距离。4.6DS18B20温度补偿模块温度对声速的影响较大，假设不进行补偿，将会带来测量误差，为了提高系统的测量精度，设计了温度补偿电路。系统采用数字温度传感器DS18B20来采集环境温度，DS18B20是美国DALLAS公司生产的1-wire总线串行数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、抗干扰能力强、易于与微处理器接口等优点，适合于各种温度测控系统。它的测量温度范围为-55℃~+125℃，精度可达0.0675℃，最大转换时间为200ms。数字式温度传感器和模拟温度传感器最大的区别是：将温度信号直接转化成数字信号，然后通过串行通信的方式输出。初始化后，传感器输出两个字节的温度，进行数据处理后得到实际温度的值，利用公式(4-1)可计算补偿后的声速。(4-1)式中，为实际温度(℃)，为补偿后的声速。DS18B20采集电路如图4-11所示。此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用P与DS18B20的DQ口连接，加一个上拉电阻,VCC接电源，GND接地。图4-11超声波温度补偿电路原理图4.7报警模块报警电路中使用蜂鸣器来实现语音报警的功能，使用LED灯的亮灭来提醒驾驶者。报警电路如图4-12所示。图4-12报警电路原理图报警电路中,蜂鸣器采用的是SFB-55型号，其工作电压为12V，三极管作为开关作用。蜂鸣器被直接跨接于三极管的发射极与电源之间，单片机那么通过控制基极的电压控制三极管开关的开启与闭合动作，从而控制蜂鸣器的开启与关闭。同样，单片机通过控制P口电平的上下来控制LED的亮灭。5系统软件设计本系统的主要功能为发送超声波、对回波进行检测、计算测量距离、显示测量距离、声光报警等。软件包括主程序、超声波发射子程序、INT0中断效劳程序、定时器T0溢出中断程序四个主要模块组成。5.1系统主程序的设计主程序对系统环境初始化后，首先置位回波接收标志和由单片机P1.4口输出一个高电平以启动超声波发射电路，同时启动定时器T0。然后调用计算距离子程序，根据定时器T0记录的时间计算出待测距离。接着调用显示子程序，将测出距离以十进制BCD码方式送LCD显示，控制蜂鸣器的发声。最后主程序通过回波信号的接收；假设标志位清零，说明接收到回波信号，那么主程序返回到起始端重新置位回波接收标志位和在P1.4上发送高电平，如此往下运行，循环往复。本设计中系统的核心技术在于距离的测量，精确的测距后通过单片机来处理数据是比较容易实现的。各种信号都将干扰到测距，其中余波信号的干扰严重影响到本设计中精确的测距。接收回路中的超声波信号共有两个波束，第一个波束为余波信号，即超声波接收探头在发射探头发射信号后，马上就接收到了超声波信号。另一个波束为有效信号，即经过被物体外表反射的回波信号。超声波在测距时，需要测的是从开始发射到接收到信号的声波往返的时间差，需要检测的有效信号为反射物体反射的回波信号，故要尽量防止检测到余波信号。所谓余波就是在刚发射超声波时直接到达接受探头的直达波，它是超声波检测中存在测量盲区的主要原因。超声波接收电路收到回波后，比较器动作，发出有效信号，计算机通过外部中断引脚感受回波信号的到达时间，中断发生后表示已接收到回波信号，此时停止计时，并读取计数器中的数值，此数值即为需要测量的时间差的数据。由于常温下超声波在空气中的传播速度约为340m/s。发射点距障碍物之间的距离为： (5-1)由于单片机内部定时器的计时实际上是对机器周期T机的计数，设计中时钟频率取12MHz，设计数值N，(5-2) (5-3)(5-4)(5-5)程序中对测距数据的处理方法是：距离按式〔5-5〕进行计算，其中，Ｎ为计数器的值，此时声速取为340m/s。综上所述，可得到系统主程序流程图如图5-1所示。图5-1系统主程序流程图在系统初始化的过程中，主要是设定定时器0的工作方式，同时还要翻开总中断等。当P1.4发出一个时长为10us的高电平，便可启动超声波发生器，模块自动发射产生、八个40KHZ的超声波，同时翻开定时器进行计时。当超声波接收到回波信号后，会产生一个低电平给P1.3，之后进入中断处理程序。在主程序中又会恢复定时器的初值等，依次进行循环。局部源程序见附录Ⅱ。中断处理程序的设计T0中断效劳程序负责计算车尾距障碍物的距离。通过前面的超声波接收电路，假设接收到回波信号，那么测距模块HC-SR04的ECHO脚会产生低电平至单片机的P1.3引脚，引起中断，系统转入中断处理程序。进入中断后，立即关定时器T0和外部中断0，读取时间值，并给回波接收标志位清零，说明成功接收回波信号。在中断处理程序中，主要是进行距离的计算。首先是从定时器0里得到超声波传播的时间，再运用公式计算得出障碍物距离车尾的距离，之后将根据距离值对其他模块进行处理。局部源程序见附录Ⅱ。5.3测距模块的设计在公式中，显然知，要得到距离的具体值，只需得到从发送超声波到接收到超声波这个过程中定时器0的计数次数。因此在主程序发送了信号给超声波发生器后，就要翻开总中断和定时器0。当接收到信号时，会产生一个低电平给P1.3。在检测到该信号后，就停止定时器的计时，提取定时器的计数次数，就可以得到以cm为单位的距离值。局部源程序见附录Ⅱ。DS18B20温度补偿模块的设计由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对本次设计所使用的单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20的访问。DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序读时序写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要去单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。局部源程序见附录Ⅱ。显示及报警模块的设计在该设计中，我采用LCD1602来显示距离。在该设计中，LCD1602的D0-D7口接到单片机的P0口，同时要接10K的上拉电阻。LCD1602的数据/选择指令控制端R/S接到P1.0，读写控制端接到P1.1，使能控制端EN接到P1.2。由于这个距离值的实时性，因此，这个显示过程是在外部中断0发生后进行。另一方面，根据计算结果即所显示距离的大小，来控制是使用蜂鸣器的鸣叫进行报警，还是导通LED来提醒驾驶者。当预设障碍物的距离小于0.8m时，指示灯LED亮以提醒驾驶者；当预设障碍物的距离小于0.4m时蜂鸣器发出声音。这个控制过程可通过单片机产生一个方波来实现。在该设计中，我采用单片机P2.3引脚来产生一个方波来控制蜂鸣器的鸣叫声，采用来控制LED指示灯的亮灭。局部源程序见附录Ⅱ。6总结6.1结论按照任务书的要求，在查阅了一些相关的参考资料后，通过几番努力，终于完成了“汽车倒车雷达防护系统的设计〞，此模拟系统已经根本到达了预期的目标，实现了既定的功能。系统采用了单片机AT89C51，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。本文提出的倒车雷达设计方案硬件电路简单，已经实现了设计的根本功能，具有性能好、本钱低的优点。但是该系统还所测得的数据还是存在一定程度的误差，总结其产生误差的原因为：在单片机存储标志时间时，由于是整数存储，所以标志时间以四舍五入原那么进行存储，造成标志时间与实际时间非完全相同，使单片机进行比对运算后存在误差，表现为蜂鸣器报警时间与预期的报警时间不同。由于随着温度变化的不同，超声波的波速会产生变化。由于本设计采用的声速是15℃下的声速，即：340m/s，所以温度的变化导致蜂鸣器报警时间与预期的报警时间不同。6.2展望目前市场上大多数倒车雷达都或多或少存在误报警和不报警的情况，也就是倒车雷达的稳定性问题，这是倒车雷达关键的性能，探测雷达所用的超声波技术是一种模拟技术。另外，目前倒车雷达报警后，是采取司机制动的方法，而非自动刹车，也是怕误报警后的自动刹车带来负面影响，因此下一步的研究应放在怎样通过收集不同的探测信号建立信息库，来正确判断雷达所探测到的不同情况，以做出尽可能正确的反响，最大限度防止误报警的负面影响。致谢在此论文最终完成之际，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示深深感谢！首先感谢学院的领导和老师对我的关心和帮助，感谢他们为我提供便利的条件，使我的毕业设计能顺利完成。同时，我要衷心感谢谭歆老师，从毕业设计的开始到毕业论文的最终定稿，在此期间谭老师给了我细心的指导和帮助，谭老师渊博的知识、诚恳的为人、严谨的治学态度深深感染了我，让我终生受用。在此，我向我的指导老师致以诚挚的谢意和深深的敬意。此外，在我撰写论文期间，还得到了同学们的支持和鼓励，每当我遇到困难进行不下去的时候，他们都能耐心细致地给我讲解，帮助我度过了一个又一个难关我的毕业设计和论文才得以顺利地进行，在此我衷心地对他们说声：“谢谢〞。在此谨向各位评审老师致谢！

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