激光测距学士学位论文

word文档可自由复制编辑摘要现代社会高速公路的迅猛发展和汽车制造水平的快速提高，导致了汽车的行驶速度不断上升。现在，各种汽车在高速公路上每小时跑上100-120公里，己经是很平常的事了。但是自然界中的恶劣气候及驾驶员的疲劳不适等诸多因素，随时都有可能引发各种意外交通事故。而高速公路上一旦发生意外交通事故，恐怕就会出现类似于“多米诺骨牌”的效应,数辆甚至是数十辆汽车高速的碰撞在一起，彼此碰的残头破面、支离破碎。为防止汽车与前方物体发生碰撞，使汽车始终在安全车速下行驶，减少事故的发生，设计了一种基于激光测距和单片机最小系统的汽车安全报警装置，在出现跟车距离小于安全距离等紧急情况时，发出报警来提醒驾驶员注意并采取减速或制动措施，从而达到有效预防追尾碰撞事故发生的目的，提高了汽车的主动安全性。关键词：激光测距；单片机；最小系统word文档可自由复制编辑AbstractTherapiddevelopmentofmodernsocietyandtherapidincreaseinhighwayautomobilemanufacturinglevel,leadingtoadrivingspeedofvehiclesontherise.Now,allkindsofcarsonthehighwayran100-120kilometersperhour,hasbeenaverycommonthing.Butthenatureoffatigueandbadweatherdriver'sdiscomfortandmanyotherfactors,mayatanytimecausevariousunexpectedaccidents.Theaccidentonthehighwayintheeventofaccidents,Iamafraidtherewillbesimilartothe"domino"effect,thenumberofvehiclesorevendozensofcarsspeedcollisionwithanothertouchofresidualheadbrokethesurface,fragmented.Topreventcarcollidedwiththefrontoftheobject,sothatthecarisalwaysatasafespeeddriving,reduceaccidents,thedesignofautomotivesafetyalarmdeviceandalaserrangingsystembasedonthesmallestsingle-chip,appearssafefollowingdistanceislessthanthedistanceWhenanemergencyalarmtoalertthedrivertoslowdownorbrakeandtakemeasuresinordertoachievethepurposeofeffectivelypreventrear-endcollisionaccidents,improveactivesafetycar.Keywords:LaserRanging;microcontroller;minimumsystemword文档可自由复制编辑目录TOC\o"1-3"\h\u299501绪论 1191841.1课题的背景和研究意义 1119301.2国内外概况 112261.2.1国外概况 1106571.2.2国内概况 210501.3本课题的主要研究内容 472062系统总体设计 557102.1总体设计 5304322.2系统硬件结构 6261713系统硬件设计 8108503.1相关软件介绍 858763.1.1Protel软件的介绍 859133.1.2Protel软件的使用 9128793.1.3特殊元件的布局 1115873.2各部分电路设计 12288373.2.1主控制模块 12150763.2.2电源设计 14193503.2.3激光测距模块 14262733.2.4时钟电路设计 1571213.2.5复位电路设计 15246383.2.6声光报警电路设计 16169433.2.7显示模块 17156503.2.8时间芯片 1878483.2.9按键电路 1994473.3PCB板制作 19276244系统软件设计 29151314.1系统软件流程图 2932135电路测试与结果 3061525.1测试方法和结果 30325975.1.1电源部分安装调试 30206445.1.2STC12C5A60S2单片机调试 3065995.1.3液晶显示电路调试 30202495.2整体电路显示结果 3025887结论 322188致谢 336010参考文献 3416898附录A英文原文 3513215附录B汉语翻译 41word文档可自由复制编辑1绪论1.1课题的背景和研究意义当今社会高速公路的快速发展和汽车制造技术水平的快速提高，导致了汽车的行驶速度不断加快。现在，各种汽车在高速公路上的时速达到每小时100-120公里，己经是很平常的事了。但是自然界中的恶劣气候及驾驶员的疲劳不适等很多因素，随时都有可能引发各种意外交通事故。而在高速公路上一旦发生意外交通事故，恐怕就会出现像“多米诺骨牌”的效应,数辆甚至是数十辆汽车高速碰撞在一起的现象，彼此碰的残头破面、支离破碎。而这时最为可怕的却还是车内的乘员，因为他们要以自己的血肉之驱去和如此巨大的钢铁撞击相抗争。而能够生还的希望往往却是非常的渺茫！据来自公安部门的数据表明：2005年内，全国发生交通事故450254起,因车祸造成98738人死亡，伤残人469911数人，直接财产损失18.8亿元。其中下午至晚间时段交通死亡事故多发；下午至晚间时段（14:00～22:00）发生交通死亡事故比例较高，共死亡44835人，占总数的45.4%。主要原因是机动车驾驶超速行驶、疲劳驾驶等。对公路交通事故的分析表明：80%以上的车祸是由于驾驶员反应不及所引起的追尾相撞、侧面相撞。对各类交通事故的研究表明:若驾驶员能够提早1s意识到有事故危险并采取相应的正确措施,则绝大多数的交通事故都可以避免。此外，还有相当一部分驾驶员在倒车时，由于视线不良，很容易发生危险。老驾驶员们可凭数年的经验，凭感觉进行倒车。但对新手，倒车就不是件容易的事了。倒车时不易抓住倒车距离，左右后方不易抓住倒车角度；行李箱太高，挡住倒车视线；夜间、下雨或有雾等天气及狭窄空间停车，都会给倒车带来烦恼。因此，本系统的根本之目的，就是要充分利用各种先进的高新科学技术和手段，对运行中各种型号的汽车实施主动性的测速、测距分析和报警，要把各种汽车撞车事故和车祸尽可能的防患于未然，消除在无形之中。1.2国内外概况1.2.1国外概况激光测距机是激光器在军事上最早应用的项目。世界上第一台激光测距机诞生在美国休斯飞机公司，称为柯利达I型，之后该公司相继研制成几种实验型军用激光测距机在不对进行试验和鉴定，结果证明激光测距机可作为一种新的测距仪代替原装备的光学测距机。1971年美国陆军首先装备了AN/GVS-3型红宝石激光测距机，供炮兵前方观察员或观察所使用。此后，各种型号的侦查用激光测距机相继装备各国的军队。经过30年的发展，军用激光测距机已更新了两代，研制发展了三代。第一代激光测距机采用发射0.6943um红宝石激光器和光电倍增管探测器，是最早问世的激光测距机，20世纪70年代初期少量装备部队，如美国的AN/GVS-3、日本的70式，因其隐蔽性差、效率低、体积大、重量重、耗电多，很快便被第二代激光测距机取代。第二代激光测距机采用发射1.06um近红外钕光器（主要是Nd:YAG激光器，少数为钕光器）和硅光电二极管或硅雪崩光电二极管探测器。第二代比第一代隐蔽性好、效率高、轻小、耗电少，因此第二代激光测距机的小型化沿着发展迅速。1977年美国研制成功称之为AN/GVS-5型的第一个手持使用的小型Nd:YAG激光测距机，该机的外形结构首次采用了事宜手持使用的双目望远镜式结构，在技术上首次成功采用轻小、成本低、不耗电的BDN被动料片Q开关和工作电压为350V的低压硅学崩光电二极管探测器，用大规模集成电路实现接收的固体组件化。此后，应用AN/GVS-5的研制成果，很多国家都相继研制成类似与AN/GVS-5的各种型号的手持激光测距机装备部队，如挪威研制的正式装备仪器。由于这些低成本、小型手持激光测距机的研制成功，从20实际70年代末到80年代中，Nd:YAG激光测距机进入了大批生产装备和广泛应用阶段，称为军用激光市场上军方最带采购项目，如1977-1987年，美国军方采购了8000台AN/GVS-5型激光测距机装备美陆军和出口。第三代激光测距机，即人眼安全的激光测距机。目前已研制成工作波长为10.6um和1.54um的三种不同类型的各种型号的人眼安全激光测距机的预研样机和工程样机，预计在90年代进入生产和应用阶段。1.2.2国内概况国内汽车防碰撞技术方面的研究起步较晚，90年代中期以来，我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪国际上智能交通系统（ITS）的发展，交通部将只能交通系统的研究纳入了科技发展“九五”计划和2010年发展纲要，并于1998年1月成立了智能交通运输系统工程研究中心，国家科技部筹建了中国ITS政府协助小组。在国家政策的支持下，我国在汽车防碰撞系统研究上也取得了一定的进步。我国汽车防碰撞预警系统的研究主要在一些大型汽车企业和科研院所开展，如：长春一汽、上海大众、东风汽车、交通部科学研究所、武汉汽车研究所、清华大学汽车研究所、北京理工大学机械系、长安大学汽车学院、吉林大学和东南大学等。但是只是探索性的研究，尚无可以批量生产的产品。航天工业总公司8358所激光研究室采用窄脉冲半导体激光测距技术，所开发的汽车防碰撞装置作用距离大于30米，测距精度小于1米，但仍然存在一些关键技术问题未解决，而且价格偏高。广西大学计算机与信息工程科学院及华中理工大学电信系共同研制的一种毫米波汽车雷达系统采用线性调频连续波（LFMCW）雷达体制，发射调频率按周期性三角波调制，前端主要包括收发天线、定向耦合器、混频器、调频振荡器，控制单元部分用单片机系统实现，还有由NRD波导构成的集成收发前端及小型化菲涅尔天线。上海汽车电子工程中心研制的SAE-100型毫米波防碰撞系统样机，采用零差FMCW体制，工作频率35GHZ，测距范围大于100m，测速范围大于100km/h。系统采用了增益为26dm的小型喇叭天线，发射功率40mw的波导结构前端，以及先进的DSP数据处理技术。整个系统由上下两部分构成：上面部分包括天线、前端和中频放大模块，输出信号为经过放大了的中频信号；下面部分为数据处理和显示报警模块，可以显示目标距离和相对运动速度。当目标小于100m时，根据距离的不同可以用三种不同的音量进行报警。江苏赛博电子有限公司有成熟的产品，研制成功的汽车雷达防碰撞预警系统使用38HZ毫米波技术和高速DSP数字信号处理器，监视前向车道上静止的和行驶的车辆，提供20个目标的距离和接近速度数据判断潜在碰撞危险目标，虚惊率为1%，最小探测距离为1米。当汽车前方200米距离范围内，发生潜在追尾碰撞时，能自动发出报警信号，并根据不同的危险情况发出相应的神光警报。长安大学（原西安公路交通大学）交通工校所于1999年便着手于告诉公路汽车防追尾碰撞预警系统的开发研究，其中李柏川教授在汽车防碰撞预警方面做了大量的研究；2001年，汽车学院的李晓霞等人在理论建模的基础上，设计卡发了一套汽车追尾碰撞预警系统。在该设计中，对汽车的临界跟车距离进行了修正，认为汽车的临界跟车距离与路面附着状况有关，并由此确定了一种计算临界跟车距离的新方法。2002年，清华大学的侯德藻等人在分析了现代汽车主动避撞系统特性的基础上，综合考虑驾驶员的驾驶特性，设计了汽车主动避撞报警系统。2005年6月，上海微系统与信息科技研究所射频与微波课题组副组长余稳介绍：“我国已经首次研制成功了小型防碰撞雷达，其中关键的雷达前端芯片是国内首次研制成功，拥有独立知识产权，但成本较高，将来彻底市场化，成本可能降低。”此外电子科技大学在汽车行驶安全跟车距离模型方面作了有益的研究；湖南大学增云教授在红外线车辆自动刹车控制方面作了探索。1.3本课题的主要研究内容利用激光测距传感器，以单片机为核心，开发设计汽车防碰撞预警装置硬件电路，并进行试验调试，证明设计的合理性。主要包括以下几个内容;1.单片机最小系统硬件设计；复位电路采用上电自动复位和手动复位。晶振电路采用无源晶振电路。发光二极管电路。2.液晶显示硬件电路设计；(1)选用12864液晶显示器。3.激光测距传感器串行数据接口电路；(1)采用RS232C串行通信电路。4.预警声光报警提示电路；(1)报警输出电路采用发光二极管和扬声器进行报警。5.各硬件部分功能测试程序。(1)对各个模块进行调试。(2)对整体惊醒调试。

2系统总体设计2.1总体设计一个完整的单片机系统的设计是非常复杂。在硬件设计方面，设计者不仅要对单片机系统本身设计，还要根据具体的应用方面设计外围设备的接口电路和驱动电路。软件设计方面，则需要根据具体硬件结构来实现单片机系统的功能。在实际的应用中，根据应用环境不同，设计者还应当考虑到温度、功率、产品体积、可靠性、抗干扰性、实时性等众多问题，并提供硬件的或软件的解决方案，以保证最终产品的可靠性，其复杂程度远比通常所说的微机系统更高。单片机应用系统的设计应按照以下几个步骤来进行：1、总体方案设计设计者需要考虑实际应用环境的需要，设计系统的整体设计方案。首先进行可行性分析。其次是对系统中的核心单片机的选型，这要考虑到应用系统本身对数据处理能力的要求，还有是否有其他方面的特殊需要（低功耗、工作温度、接口电路）。最后对系统各项功能的划分，确认软件和硬件的分工问题。经过这一阶段的设计，设计者应该已经有比较完整的系统设计框架，对软硬件系统的分工有较明确的方案。此时，可以开始进行系统的硬件设计了。2、系统软件设计系统软件设计阶段，包括单片机软件系统的设计，外围各个功能模块的选择，I/O口的分配，单片机与外围模块和PC机之间通信线路的选择。当具体的软件系统功能框图完成后，可以使用PROTEL绘制电路的原理图，同时设计者还要对电路设计进行进一步的验证。一个完整的单片机系统只有原理图还不能工作，必须有软件来控制整个系统的运行。单片机系统的软件设计主要是汇编语言或C语言在KEIL中编译。单片机的软件部分，主要任务包括小键盘的扫描，复位电路，时钟电路，延时电路，可靠性和抗干扰等方面的程序设计。软件的设计可以分两个阶段。首先，设计者可以按照最初的设计思路完成部分软件的设计工作，然后在PROTEL环境中进行仿真，以检测这部分是否正确。当硬件部分的制作完成后，设计者还需要根据硬件将事先完成的软件部分的各个部分进行调试。3、系统硬件设计系统硬件设计阶段，设计者应当根据绘制的PROTEL图进行硬件部分的制作。把实物焊接在电路板上，同时检测硬件方面的错误。2.2系统硬件结构以单片机STC125A60S2作为系统的控制器，利用RS232C串行通信向激光测距传感器发射测距命令,传感器接受命令发射一束光信号，经障碍物反射回的光信号在传感器内部转换一系列号码，再经过RS232C串行通信将障碍物的距离返回给单片机接收，并利用液晶显示器实时显示距离；用激光测距仪作为测距技术，用发声器件构成报警电路，用液晶显示器显示实时显示车与物体的距离。系统硬件原理框图如图2.1扬声器发光二极管单片扬声器发光二极管单片机激光测距仪激光测距仪LCD液晶显示LCD液晶显示图2.1系统硬件原理框图复位电路采用上电自动复位和手动复位，上电自动复位由CE1充电来实现，按键手动复位通过复位端的电阻和VCC接通来实现。晶振电路采用无源晶振电路在引脚XTAL1和XTAL2之间连接晶振Y1和电容C1、C2就构成了内部震荡方式。发光二极管电路LED导通端由VCC通过上拉电阻RS1加电，并由P1低电平控制LED发光，选用Nokia5110液晶显示器，可显示84*48的点阵LCD可以显示4行汉字，上半部分显示时间，下半部分显示距离。在电路中采用串行接法，让单片机给15脚PSB一低电平来实现液晶显示的串行工作。报警输出电路采用扬声器和发光二极管，进行声光报警，当距离小于安全距离时，进行报警提示。该系统能充分发挥STC125A60S2的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的灵敏度。该报警器基于单片机最小系统设计，从而具有体积小、使用方便的特点。若将安全距离设为50m，就可作为汽车防追尾报警器，提高汽车行驶安全性。

3系统硬件设计3.1相关软件介绍3.1.1Protel软件的介绍PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL2004。是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本AltiumDesigner6.0。AltiumDesigner6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。AltiumDesigner是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。Protel

2004引入了集成库的概念，这使您在原理图中选择的元器件就已经有了您需要的封装，Protel

2004附带了68,000多个元件的设计库，包括原理图FPGA设计的即调即用及预综合元件集成库，并且这些封装都能完全符合您的要求，当然如果您不满意，也可以修改这个元器件的封装为您所需，当然您还可以在PCB库编辑器制作您所需要的封装。Protel

2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal(信号走线层);

16层Mechanical(机构层);

16层Internal

Plane(内层电源层);2层Solder

Mask(防焊层);

2层Paste

Mask(锡膏层);

2层Silkscreen(丝印层);

2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）;

1层Keep

Out

(禁止层);

1层Multi-Layer

(横跨所有的信号板层)

。Protel

2004布线模式：Oblique(任意角走线)；45

deg(45度角走线)；45

deg

with

arcs(45度角圆弧走线)；90

deg(90度角走线)；90

deg

with

arcs(90度角圆弧走线

)。

Protel

2004交互式布线模式：Ignore

Obstacles(忽略障碍模式)；Avoid

Obstacles(避开障碍模式)；Push-and-Shove(推挤障碍模式)。3.1.2Protel软件的使用在WINDOWS95/98或NT界面下双击Protel99图标，点击File(文件)中“new”项，新建设计数据库，如图3.1所示。图3.1新建设计库界面在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击“OK”即可建立自己的设计数据库。1．设计组（DesignTeam）我们可以先在DesignTeam中设定设计小组成员，Protel99可在一个设计组中进行协同设计，所有设计数据库和设计组特性都由设计组控制。定义组成员和设置他们的访问权限都在设计管理器中进行，确定其网络类型和网络专家独立性不需要求助于网络管理员。无限制数量的设计组成员能同时访问相同的设计数据库。每个组成员都能看到什么文件当前是打开的以及谁在编辑，并能锁定文件以防止意外重写。访问设计数据库可以通过建立设计组成员和指定其权限来控制。设计组成员建立在成员文件夹中。在成员文件夹中单击右键就会弹出浮动菜单，选择新成员。为保证设计安全，为管理组成员设置一个口令。这样如果没有注册名字和口令就不能打开设计数据库。提示：成员和成员权限只能由管理员建立。2．回收站（RecycleBin）相当于Windows中的回收站，所有在设计数据库中删除的文件，均保存在回收站中，可以找回由于误操作而删除的文件．3．设计管理器（document.）所有Protel99设计文件都被储存在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。在Protel99中与设计的接口叫设计管理器。使用设计管理器，可以进行对设计文件的管理编辑、设置设计组的访问权限和监视对设计文件的访问。组织设计文件过去组织和管理40个或更多的原理图、PCB、Gerber、Drill、BOM和DRC文件，要花费几天的时间，而Protel99把设计文件全部储存在唯一的设计数据库。在设计数据库内组织按分层结构文件夹建立的文件显示在右边的个人安全系统设计数据库有一文件夹叫设计文件，这个文件夹中是主设计文件(原理图和PCB)，还有许多的子文件夹，包括了PCB装配文件、报告和仿真分析。这里对在设计数据库中创建文件夹的分层深度没有限制。设计数据库对存储Protel设计文件没有限制你能输入任何类型的设计文件进入数据库，如在MSWord书写的报告、在MSExcel准备的费用清单和AutoCAD中制的机械图。简单双击设计数据库里的文件图标，在适当的编辑器打开文件，被更新的文件自动地保存到设计数据库。MSWord和Excel文件可以在设计管理器中直接编辑。提示：在文件夹上单击右键会显示浮动菜单，然后选择在设计数据库新建文件。在综合设计数据库中用Protel99的设计管理器管理设计文件是非常轻松的。设计管理器的工作就象MSWindows的文件管理器一样，可用它来导航和组织设计数据库里文件。使用设计管理器在设计数据库创建分层结构的文件夹，使用标准文件操作命令来组织这些文件夹内设计文件。设计管理器的心脏就是左边的导航面板。面板显示的树状结构是大家熟悉的Protel软件特性。在Protel99中，这个树不仅仅显示的是一个原理图方案各文件间的逻辑关系，它也显示了在设计数据库中文件的物理结构。在导航树中活跃的文件夹是PCB装配文件夹。如同Windows文件管理器，设计管理器在右边显示这个文件夹的内容。设计管理器与Windows文件管理器的不同之处是在右边还显示已经打开的文件。打开文件——只要在导航树中单击所要编辑的文件名，或者双击右边文件夹中的图标。在设计数据库中打开的各个文件用卡片分隔显示在同一个设计编辑窗口，使得非常容易知道当前工作到哪里，特别在大的设计中。要一起观察不同的文件可以将设计编辑窗口拆分为多区域。3.1.3特殊元件的布局1.特殊元件的布局从以下几个方面考虑：（1）高频元件：高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。（2）具有高电位差的原件：应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为了避免爬电现象的发生，一般要求2000V电位差之间的铜膜线距离应该大于2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。（3）重量太大的原件：此类元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。（4）发热与热敏原件：注意发热元件应该远离热敏元件。（5）可以调节的原件：对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。（6）电路板安装孔和支架孔：应该预留出电路板的安装孔和支架的安装孔，因为这些孔和孔附近是不能布线的。2.按照电路功能布局如果没有特殊要求，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局，信号从左边进入、从右边输出，从上边输入、从下边输出。按照电路流程，安排各个功能电路单元的位置，使信号流通更加顺畅和保持方向一致。以每个功能电路为核心，围绕这个核心电路进行布局，元件安排应该均匀、整齐、紧凑，原则是减少和缩短各个元件之间的引线和连接。数字电路部分应该与模拟电路部分分开布局。3.元件离电路板边缘的距离所有元件均应该放置在离板边缘3mm以内的位置，或者至少距电路板边缘的距离等于板厚，这是由于在大批量生产中进行流水线插件和进行波峰焊时，要提供给导轨槽使用，同时也是防止由于外形加工引起电路板边缘破损，引起铜膜线断裂导致废品。如果电路板上元件过多，不得已要超出3mm时，可以在电路板边缘上加上3mm辅边，在辅边上开V形槽，在生产时用手掰开。元件放置的顺序首先放置与结构紧密配合的固定位置的元件，如电源插座、指示灯、开关和连接插件等。再放置特殊元件，例如发热原件、变压器、集成电路等。最后放置小元件，例如电阻、电容、二极管等。3.2各部分电路设计3.2.1主控制模块本电路是以单片机STC125A60S2作为主控制器，是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等性能的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部有集成MAX810专用复位电路，2路PWM和8路高速10位A/D转换。STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。单片机ADC由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器以及ADC_CONTER构成。该单片机的ADC是逐次比较型ADC。主次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等优点。需作为AD使用的口先将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为‘1’，将相应的口设置为模拟功能。图3.2主控芯片STC125A60S2单片机参数：1.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V(5V单片机)STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V(3V单片机);2.工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0～420MHz;3.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节;4.片上集成1280字节RAM;5.通用I/O口(36/40/44个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma;6.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片;6.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM);7.看门狗;8.内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地);9.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%;10.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准;3.2.2电源设计在该系统中必须需要电源的提供来驱动整个系统，所以需要设计一个电源电路来提供电源，而且本系统需要的为直流电源。所以采用直流电源电路为系统供电。3.2.3激光测距模块如图3.3为激光测距模块，此模块输入电压可以从3.0-5.0V均可。它采用RS232串口通信模式，与2、3引脚分别与单片机的P3.1和P3.0连接，1、4引脚分别接电源和地。它的测量范围为0.2-60m，测量速率为1-7MHZ,根据反射面的环境情况可以最快达到7次/秒；最慢为每次两秒。图3.3激光测距模块3.2.4时钟电路设计本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。内部R/C振荡器常温下内部R/C振荡器频率用5.0V单片机时为11~17MHz，我们采用的是11.0592MHZ的晶振。电容值无严格要求，但电容取值大小对振荡频率输出的大小、稳定性、振荡电路起振速度有少许影响，C2、C3可在20pF到100pF之间取值。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。图3.4晶振电路3.2.5复位电路设计单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1KΩ。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图3.5。VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。S松手，C又充电，几个毫秒后，单片机进入工作状态图3.5复位电路3.2.6声光报警电路设计如下图3.6所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P1.4引脚上，构成声音报警电路，如图示为声音报警电路。当车辆距离小于50m时，单片机给BUZZER引脚信号，然后经过Q3进行放大，使蜂鸣器进行连续报警，当距离大于50m时，报警停止。图3.6声音报警系统如图3.7由两个发光二极管和两个1K的电阻组成，当激光测距仪测出距离小于安全距离时，进行声音报警的同时，也进行光报警，二极管连续闪烁表示光报警，当小于安全距离时，报警停止。图3.7光报警系统3.2.7显示模块Nokia5110是一款经典机型，可能由于经典的缘故，旧机器很多，所以很多电子工程师就把旧机器的屏幕拆下来，自己驱动Nokia5110，用于开发的设备显示。该模块是84*48的点阵LCD，可以显示4行汉字。采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议（如AVR单片机的SPI、MCS51的串口模式0等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。LCD控制器／驱动器芯片已绑定到LCD晶片上，模块的体积很小。采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200μA以下，且具有掉电模式。图3.8LCD5110液晶显示模块Nokia5110是一款经典机型，可能由于经典的缘故，旧机器很多，所以很多电子工程师就把旧机器的屏幕拆下来，自己驱动Nokia5110，用于开发的设备显示，取代LCD1602。使用Nokia5110液晶的四大理由（1)

性价比高，LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示15个汉字，30个字符。Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。（2)

接口简单，仅四根I/O线即可驱动，LCD1602需11根I/O线，LCD12864需12根。（3)

速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。（4)

Nokia5110工作电压3.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。可以在市场上买到Nokia5110的裸屏和带PCB的Nokia5110屏幕，因为Nokia5110是不带背光的，所以通常商家会在PCB上按了几个背光LED，上电就能亮，建议大家还是买那种连上PCB的5110。3.2.8时间芯片DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。图3.9示出DS1302与单片机的连接图，其中，时钟的显示用LCD。在DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。图3.9时间芯片链接电路3.2.9按键电路如图3.10按键电路显示时间调节电路，S1选择调节的时间，S3上调时间数据，S4下调时间数据，S5确定调节时间数据。图3.10按键电路3.3PCB板制作本设计是以STC125A60S2单片机作为主要芯片，并由复位电路、晶振电路、显示电路、声光报警电路等外围电路构成。本节主要介绍一下从原理图到电路板的印制过程。1.定义元件封装（1）双击元件原理图符号，如双击“R3”，弹出元器件属性对话框如图3.11所示。（2）将【Footprint】栏定义为“0603”并采用相同的方式定义其它电阻封装为“0603”，二极管D2的封装为“1206”，C1定义为“E_CAP”，其它的无极性电容封装为“0805”，晶振Y1、Y2封装“XTAL1”，三极管Q1、Q2，Q3封装为“TO-92A”，此外STC125A60S2单片机封装为“LQFP44”。图3.11元器件属性对话框2.查看清单执行菜单命令【Reports】/【BillofMaterial】，弹出元器件清单向导对话框，看是否有遗漏。3.电气化查错执行菜单命令【Tools】/【ERC...】，随后弹出电气化规则对话框，按默认规则，点击“OK”，进行电气查错。4.通过电路原理图生成网络表打开电路原理图，执行菜单命令【Design】/【CreatNetlist...】,系统弹出生成网络表对话框，如图3.12所示。设置网络表输出格式【OutputFormat】为“Protel”格式，网络标识有效范围【NetIdentifierScope】为“SheetSymbol/PortConnections”。然后设置需要生成网络表图纸，因为本设计中只有一张电路原理图，所以可设置【SheettoNetlist】为“Activeproject”。单击“OK”按钮，系统创建网络表。图3.12生成网络表对话框5.规划电路板（1）激活禁止布线层“KeepOutLayer”。（2）单击放置工具栏中的按钮，根据设计任务中的电路板最大尺寸要求绘制一个矩形，矩形的长、宽分别为7cm和6cm，如图3.13所示。在绘制过程中，如果感觉系统默认的英制长度单位不方便，可以执行【View】/【ToggleUnits】命令，进行公制、英制的切换。图3.13PCB画图面板6.导入网络表（1）执行菜单命令【Design】/【LoadNets...】,系统弹出载入网络表对话框，如图3.14。图3.14载入的网络表对话框（2）单击按钮，在弹出的如图3.15所示的对话框中找到上一小节的文件。图3.15找到的网络表对话框（3）单击“OK”按扭，系统将载入该网络表。载入完成后系统将显示载入网络表的情况如图3.16所示。图3.16查看网络表的载入情况7.隐藏元器件说明文字通常在电路板上只需要标出元件的标号即可，图3.17中像“TCL27L2”的文字可被隐藏。图3.17元器件说明文字（1）双击该文字，在弹出的【Comment】对话框中选中【Hide】复选框。（2）单击“Global”按钮后单击“OK”按扭，确定隐藏全部的元件说明文字。8.进行元器件的自动布局（1）执行菜单命令【Tools】/【AutoPlacement】/【AutoPlacer...】,系统弹出自动布局参数设置对话框，如图3.18所示。图3.18自动布局参数设置对话框（2）单击“OK”按钮，系统开始进行自动布局，完成自动布局的时间会因为计算机的性能及电路的复杂程度的不同而不同。9.对元器件布局进行手工调整自动布局的结果并不令人满意，需要进行手工调整。进行手工调整时应该遵循以下原则：（1）外部接插件、显示器插件的摆放应整齐、方便连线。（2）信号流向大体一致，功能相关的元器件应互相靠近，以便于电路板的焊接和调试。（3）考虑到电磁干扰因素，尽量将可能会相互干扰的元件远离。（4)（考虑到散热因素，发热元件应尽量分散，且安放在散热良好的位置。（5）考虑到电路安装因素，为安装孔预留位置。10.进行自动布线（1）设置自动布线规则，相当于设计人员的布线原则和思路布置给自动布线的软件，自动布线将按照原则进行，自动布线的成败很大程度上取决于布线规则的设置。执行命令菜单【Design】/【Rules...】，根据自己的情况，可以设置安全距离、拐角模式、布线层选择、过孔的类型及尺寸的定义、布线的宽度、布线拓扑以及布线的布线优先权。（2）完成以上布线规则的设置后，执行菜单命令【AutoRoute】/【All】，系统弹出自动布线参考设置对话框，保持默认值不变，单击按钮，系统开始进行自动布线，自动布线需要花费的时间将视计算机性能及电路的复杂性程度而定，自动布线的。11.对元器件布局进行手工调整从结果来看，自动布局的结果并不令人满意，需要进行手工调整。进行手工调整时应该遵循以下原则：(1)外部接插件、显示器插件的摆放应整齐、方便连线。(2)信号流向大体一致，功能相关的元器件应互相靠近，以便于电路板的焊接和调试。(3)考虑到电磁干扰因素，尽量将可能会相互干扰的元件远离。(4)考虑到散热因素，发热元件应尽量分散，且安放在散热良好的位置。(5)考虑到电路安装因素，为安装孔预留位置。(6)调整完成后，效果如图3.19所示图3.19布线结果图制版后实物图图3.20硬件实物图

4系统软件设计4.1系统软件流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图4.1所示。图4.1主程序工作流程图

5电路测试与结果5.1测试方法和结果5.1.1电源部分安装调试接入电源，按下开关，观察指示发光二极管是否发光，然后用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，例如常用的5V。调试结果：发光二极管发光，接地引脚跟电源引脚之间的电压为电源电压5V。5.1.2STC12C5A60S2单片机调试（1）用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V，19脚对地约2.09V。（2）模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题。（3）调试结果：测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压。表5.1测量晶振引脚电压18脚对地电压19脚对地电压2.23V2.10V模拟上电复位，九脚对地电压不为零，说明复位电路没有问题。5.1.3液晶显示电路调试接入电源，并用串口线连接电脑，利用电脑中的软件，向单片机中下载调试程序，观察液晶显示屏显示。调试结果：液晶显示屏显示出以文字：进入液晶显示测试。5.2整体电路显示结果激光测径仪：连续发出激光信号并接收，同时将信号传给单片机，当如果当前距离大于552mm，则自动休眠。液晶屏：屏幕打开后显示等待开始，开始测量时显示测量开始，第一行显示测量距离，当距离大于500mm时，显示“——”，当距离小于500mm时显示测量距离。第二行显示当前时间。通过激光测径仪连续发出激光信号并接收，将接受到的信号传送给单片机，单片机进行数据处理，如果小于500mm，则在LCD上显示测量距离，并灯闪烁三次，报警声想三下，进行声光报警。

结论本设计研究了一种基于单片机技术的激光测距报警系统。该系统通过以STC12C5A60S2单片机为工作处理器核心，激光测距传感器，它是一种新颖的被动式激光探测器件，能够以非接触测出前方物体距离，并将其转化为相应的电信号输出.该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

致谢在此毕业论文完成之时，衷心的感谢我的指导老师于洋老师，于洋老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢于洋老师对我的关心及帮助。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。感谢测控技术与仪器全体同学，在过去四年里，我们在学习上互相帮助，在生活中互相关心，共同进步，留下了无数美好回忆，正是大家所营造的浓厚的学术氛围和轻松的研究环境，是我不断进步的源泉。在此毕业之际衷心祝福大家美梦成真。衷心地感谢在百忙中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!感谢所有曾经关心、支持和帮助过我的人。衷心的谢谢你们！

参考文献[1]贺乐厅,孙利生,等.汽车防撞雷达实验系统的研制.工业仪表与自动化装置,2003[2]单片微型计算机与接口技术.北京：国防工业出版社，2003.[3]张国雄.测控电路.北京：机械工业出版社，2003.[4]宋建国．AVR单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社，1998[5]黄继昌．传感器工作原理及应用实例.北京：人民邮电出版社，1998[6]许宏吉,彭玉华,等.汽车防撞雷达系统滤波器的设计.山东大学学报，2004[7]于洪珍.通信电子电路.北京：清华大学出版社，2005.8[8]谭显裕.国内外军用激光测距仪的发展动向.《红外与激光技术》，1991[9]胡学海，《单片机原理及应用系统设计》，北京：电子工业出版社，2005.[10]赵广林，《轻松跟我学Protel99SE电路设计与制版》，北京：电子工业出版社，2005.2.[11]王力，张伟.《电路板设计与制作—Protel99SE典型实例》，北京：人民邮电出版社，2006.12.[12]秦龙，《MSP430单片机应用系统开发典型实例》，北京：中国电力出版社，2005.[13]康华光，《电子技术基础》，高等教育出版社，2001.[14]梅丽凤，王艳秋，张军等，《单片机原理及接口技术》，清华大学出版社，2004年2月第一版.[15]丘关原，《电路》，高等教育出版社，1999.

附录A英文原文LaserrangefinderAlongrangelaserrangefinderiscapableofmeasuringdistanceupto20km;mountedonatripodwithanangularmount.Theresultingsystemalsoprovidesazimuthandelevationmeasurements.Alaserrangefinderisadevicewhichusesalaserbeamtodeterminethedistancetoanobject.Themostcommonformoflaserrangefinderoperatesonthetimeofflightprinciplebysendingalaserpulseinanarrowbeamtowardstheobjectandmeasuringthetimetakenbythepulsetobereflectedoffthetargetandreturnedtothesender.Duetothehighspeedoflight,thistechniqueisnotappropriateforhighprecisionsub-millimetermeasurements,wheretriangulationandothertechniquesareoftenused.PulseThepulsemaybecodedtoreducethechancethattherangefindercanbejammed.ItispossibletouseDopplereffecttechniquestojudgewhethertheobjectismovingtowardsorawayfromtherangefinder,andifsohowfast.PrecisionTheprecisionoftheinstrumentisdeterminedbytheriseorfalltimeofthelaserpulseandthespeedofthereceiver.Onethatusesverysharplaserpulsesandhasaveryfastdetectorcanrangeanobjecttowithinafewmillimeters.RangeDespitethebeambeingnarrow,itwilleventuallyspreadoverlongdistancesduetothedivergenceofthelaserbeam,aswellasduetoscintillationandbeamwandereffects,causedbythepresenceofairbubblesintheairactingaslensesranginginsizefrommicroscopictoroughlyhalftheheightofthelaserbeam'spathabovetheearth.Theseatmosphericdistortionscoupledwiththedivergenceofthelaseritselfandwithtransversewindsthatservetopushtheatmosphericheatbubbleslaterallymaycombinetomakeitdifficulttogetanaccuratereadingofthedistanceofanobject,say,beneathsometreesorbehindbushes,orevenoverlongdistancesofmorethan1kminopenandunobscureddesertterrain.Someofthelaserlightmightreflectoffleavesorbrancheswhicharecloserthantheobject,givinganearlyreturnandareadingwhichistoolow.Alternatively,overdistanceslongerthan1200ft(365m),thetarget,ifinproximitytotheearth,maysimplyvanishintoamirage,causedbytemperaturegradientsintheairinproximitytotheheatedsurfacebendingthelaserlight.Alltheseeffectshavetobetakenintoaccount.CalculationThedistancebetweenpointAandBisgivenbyD=ct/2wherecisthespeedoflightintheatmosphereandtistheamountoftimefortheround-tripbetweenAandB.whereisthedelaywhichmadebythelighttravelingandistheangularfrequencyofopticalmodulation.ThensubstitutethevaluesintheequationD=ct/2,D=1/2ct=1/2c·φ/ω=c/(4πf)(Nπ+Δφ)=c/4f(N+ΔN)=U(N+)inthisequation,Ustandsfortheunitlength.Δφstandsforthedelaypartwhichdoesnotfulfillπ.ΔNstandsthedecimalvalue.DiscriminationSomeinstrumentsareabletodeterminemultiplereturns,asabove.Theseinstrumentsusewaveform-resolvingdetectors,whichmeanstheydetecttheamountoflightreturnedoveracertaintime,usuallyveryshort.Thewaveformfromalaserpulsethathitsatreeandthenthegroundwouldhavetwopeaks.Thefirstpeakwouldbethedistancetothetree,andthesecondwouldbethedistancetotheground.Usingwavefrontsensing,itispossibletodetermineboththeclosestandthefarthestobjectatagivenpoint.Thismakesitpossibleforaircraft-mountedinstrumentstosee"through"densecanopies[clarificationneededPleaseexplainhowlasersseethroughcanopies]andothersemi-reflectivesurfacesuchastheocean,leadingtomanyapplicationsforairborneinstrumentssuchas:1.Creating"bareearth"topographicmaps-removingalltrees2.Creatingvegetationthicknessmaps3.Bathymetry(measuringtopographyundertheocean)4.ForestfirehazardTechnologiesTimeofflight-thismeasuresthetimetakenforalightpulsetotraveltothetargetandback.Withthespeedoflightknown,andanaccuratemeasurementofthetimetaken,thedistancecanbecalculated.Manypulsesarefiredsequentiallyandtheaverageresponseismostcommonlyused.Thistechniquerequiresveryaccuratesub-nanosecondtimingcircuitry.Multiplefrequencyphase-shift-thismeasuresthephaseshiftofmultiplefrequenciesonreflectionthensolvessomesimultaneousequationstogiveafinalmeasure.Interferometry-themostaccurateandmostusefultechniqueformeasuringchangesindistanceratherthanabsolutedistances.ApplicationsMilitaryAnAmericansoldierwithaGVS-5laserrangefinder.ADutchISAFsniperteamdisplayingtheirAccuracyInternationalAWSM.338LapuaMagnumrifleandLeica/VectronixVECTORIVlaserrangefinderbinoculars.Rangefindersprovideanexactdistancetotargetslocatedbeyondthedistanceofpoint-blankshootingtosnipersandartillery.Theycanalsobeusedformilitaryreconciliationandengineering.Handheldmilitaryrangefindersoperateatrangesof2kmupto25kmandarecombinedwithbinocularsormonoculars.Whentherangefinderisequippedwithadigital