基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计

重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文毕业设计（论文）高等教育自学考试本科毕业论文基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计考生姓名：准考证号：专业层次：院（系）：指导教师：职称：重庆科技学院二O一二年8月15日摘要随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车数量在大幅攀升。交通拥挤情况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。论文的内容是基于AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的倒车防撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块话和多用化的特点。论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成，通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。最后，通过对系统的误差分析，给出了系统的改进方案。关键词：单片机超声波AT89C51AbstractWiththedevelopmentofsocietyandeconomyoftransportationindustryisbooming,thenumberofcarsinthesharprise.Trafficcongestionhasbecomemoreandmoreserious,thecrashoccurredrepeatedly,resultingfromtheinevitablecasualtyandeconomicloss,inviewofthissituation,designakindoffastresponse,highreliabilityandmoreeconomycarcollisionavoidancewarningsystemtobeimperative,ultrasonicrangingmethodisthemostcommontypeofdistancemeasuringmethod,thispaperdescribestheuseofultrasoniclocatingdesignaback-draftanti-collisionalarmsystem.ThecontentofthethesisisbasedontheAT89C51single-chipintegration,designbasedonAT89C51back-draftanti-collisionalarmsystem.Thesystemusesacombinationofhardwareandsoftware,themethodofmodule,andmulti-usecharacteristics.Thispapersummarizesthedevelopmentandbasicprincipleofultrasonicdetection,introducestheprincipleandcharacteristicsofultrasonicsensor.Someofthemainparametersforthesystemwerediscussed,andintroducingultrasonicrangingsystemfunctionsbasis,theoverallcompositionofthesystem,throughavarietyoftransmittingandreceivingcircuitdesigncomparison,thebestdesignscheme,andvarioussystemdesignunitthispaperintroducestheprincipleof.Onthecompositionofthesystemcircuitchipareintroduced,andelaboratedtheprinciplesoftheirwork.Thispaperintroducesthesoftwarestructureofsystem,programmedtorealizethefunctionofthesystem.Finally,throughtheanalysisofsystemerror,animprovedschemeispresented.Keywords:singlechipultrasonicAT89C51目录1超声检测发展综述 12超声波介绍 22.1超声波传感器及其测距原理 22.2什么是超声波 22.3压电式超声波传感器简介 22.4频率特性 42.5指向特性 53单片机倒车防撞报警系统各组成单元方案设计 63.1发射接收电路方案设计 63.2系统显示电路设计 73.3系统报警电路设计 73.4单片机复位电路 83.5时钟电路 93.6稳压电源 94系统硬件及软件实现 104.1单片机的选择 104.2AT89C51的主要性能参数 104.3AT89C51的结构 104.4CX20106芯片介绍 114.5系统软件结构 124.6硬件连接方法 124.7超声波发射程序 124.8超声波接收及显示程序 134.91602显示初始化写指令写数据程序 144.10蜂鸣报警程序 18结束语 18谢词 19参考文献 20PAGE11超声检测发展综述随着改革开放，我国经济的高速发展。汽车拥有量在最近是一二十年里大幅增加，造成道路拥堵，交通事故频发，给人们的生命和财产安全带来了巨大损失。安全驾驶也以此成为大家关注的焦点，其中汽车防撞系统CSA(CollisionAvoidanceSystem)的设计和需要显得非常重要和迫切。此倒车防撞报警系统主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距的原理和AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于单片机的倒车防撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。2超声波介绍2.1超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20Hz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称谓超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）[2]。首先测出超声波从发射遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的生源与障碍物之间的距离，即S=VT2.2什么是超声波人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20Hz~20KHz范围内，而超声波是指频率高于20KHz的机械波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHz，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在固体及液体中传播，衰减较小，传播较远。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。常用的超声波传感器可以分为二大类，一是用电气方式产生超声波，如压电式、磁致伸缩式超声波发生器；二是用机械方式产生超声波，有加尔统笛、夜哨和气流旋笛等。下面我们主要介绍压电式超声波传感器。2.3压电式超声波传感器简介压电式超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波发生器内部结构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（图2.1）。图2.1超声波发生器反之，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，这时他就成为超声波接收器了，如图2.2图2.2超声波接收器2.4频率特性图2.3超声波传感器的升压能级和灵敏度图2.3是超声波发射传感器的升压能级和灵敏度。其中，40KHz处为超声发射传感器的中心频率，在40KHz处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在40KHz处所产生的超声声压能级最高。而在40KHz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40KHz的交流电压来激励。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40KHz处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在40KHz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，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上林敏度很高。如果R较小，频率特性变得光滑而具有较宽的宽带，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。考虑到实际工程测量要求，可以选用超声波频率f=40kHz,波长λ=0.85cm。2.5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，可以把表面上每个点看成一个振荡源，辐射出一个半球而波（子波），这些波没有指向性。但离开超声传感器得空间某一点的声压是这些波叠加的结果（衍射），却有一指向性。图2.4是电路中选用的发射传感器的指向图。图2.4超声波传感器指向特性及结构超声传感器的指向图由一个主瓣和几个副瓣构成，其物理意义是0度时电压最大，角度逐渐增大时，声压减小。超声传感器的指向角一般为40到80度，课题要求发射传感器的指向角度为60度。3单片机倒车防撞报警系统各组成单元方案设计3.1发射接收电路方案设计3.2系统显示电路设计3.3系统报警电路设计3.4单片机复位电路3.5时钟电路3.6稳压电源4系统硬件及软件实现4.1单片机的选择本系统中所用到的主要芯片有单片机AT89C51、CC4069、CX20106。以下就部分芯片的功能与结构做简单的介绍。AT89C51是美国ATMEL公司所生产低电压，高性能8位单片机，内含4Kbytes的反复擦写的只读程序存储器（PERONM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，性价比高，可灵活应用于各种控制领域。4.2AT89C51的主要性能参数·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4K字节可重擦写Flash闪速存储器·1000次擦写周期·全静态操作：0Hz—24MHz·三级加密程序存储器·128×8字节内部RAM·32个可编程I/O口线·2个16位定时/计数器·6个中断源·可编程串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式4.3AT89C51的结构AT89C51的结构如图3.3所示图3.3AT89C51的结构框图4.4CX20106芯片介绍使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤镜。其总放大增益80db。以下是CX2016A的引脚注释。1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40KΩ。2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1，将使反馈量增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω,C1=1Μf。3.脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。4脚：接地端。5脚;该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220KΩ，则中心频率f0≈38kHz。6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330Ph，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22KΩ，没有接受信号是该端输出高电平，有信号时则产生下降。8脚：电源正极，4.5~5v4.5系统软件结构4.6硬件连接方法首先把模块的OUT脚（2脚）接入单片机的中断引脚，并且中断是下降沿有效的；40KHz脚（3脚）接入单片机的任意IO口（使用软件延时产生40KHz方波时）或者接入单片机的PWM输出口（使用单片机的PWM功能产生40KHz方波时）。4.7超声波发射程序Voidsend(){csb_in=1；for(i=0;i<1;i++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}csb_in=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}4.8超声波接收及显示程序Voidduqu(){Ucharnum;num0=num1=num2=num3=num4=0;csb_out=1;for(num=0;num<10;num++)send();TR0=1If(csb_out==0){TR0=0;time=(TH0*256+TL0)/2;Long=0.344*time;Distance=Long;P1=distance;Num4=distance/10000;Num3=distance%10000/1000;Num2=distance%1000/100;Num1=distance%100/10;Num0=distance%10;write_com(0×80+0×40+0×10);write_date(0×30＋num4);delay(10);write_date(0×30＋num3);delay(10);write_date(0×30＋num2);delay(10);write_date(0×30＋num1);delay(10);write_date(0×30＋num0);delay(10);//delay(1000);TH0=0×00;TL0=0×00;}}4.91602显示初始化写指令写数据程序/*****************************************************************检查LCD忙状态Lcd_busy为1时，忙，等待。Lcd_busy为0时，闲，可写指令与数据。/bitlcd_busy(){bitresult;lcdrs=0;lcdrw=1;lcden=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0×80);lcden=0;returnresult;}/***************************************************************/*1602液晶写指令函数*//**//***********************************************************/voidwrite_com(ucharcom){white(lcd_busy()):lcdrs=0;//选择写指令模式lcdrw=0;//设置1602液晶为写模式Icden=0;//使能端置低电平P0=com；//将要写的命令字送到数据总线上_nop_();//稍作延时是为了数据稳定_nop_();_nop_();_nop_();Icden=1//给使能端一个高脉冲，初始化已将能使端至低_nop_();//稍作延时_nop_();_nop_();_nop_();Icden=0；//将使能端置0为了完成高脉冲}/********************************************/1602液晶写数据函数/********************************************/Voidwrite_date()}While(Icd_busy90);Icdrs=1;//选择读指令模式Icden=0;//设置1602液晶为写模式Icden=0;//使能端置低电平P0=date;//将要写的命令字送到数据总线上_nop_();//稍作延时是为了是数据稳定_nop_();_nop_();_nop_();Icden=1;//给使能端一个高脉冲，初始化中已将使能端至低_nop_();_nop_();_nop_();//稍作延时_nop_();Icden=0//将使能端至0是为了完成高脉冲}/*******************************************************************/**//*1062液晶显示函数*//**//***********************************************************************/Voidicd_display(){Uchara,b,c,d;For(a=0;a<16;a++){Write_date(table0[a]);//显示table0Delay(200);}Write_com(0×80+0×40);//第二行首地址For(b=0;b<12;b++){Write_date(table1[b])；//显示table1Delay(200);}Write_com(0×01);//清屏Write_com（0×80）；For(c=0;c<16;c++){Write_date(table2[c]);//第二次写入显示table2Delay(200)}Write_com(0×80+0×40);For(b=0;b<12;b++){Write_date(table3[d]);//显示table3Delay(200);}TR0=1;//开定时器0TR1=1;}/*********************************************************************初始化函数/********************************************************************/Voidinit(){Delay(15);Write_com(0×01);//清除LED的显示内容Write_com(0×38)；//16*2显示，5*7点阵，8位数据Delay（5）Write_com(0×38)；Delay（5）Write_com(0×38)；//设置16×2显示，5×7点阵，8位数据口Delay（5）Write_com(0×0c);//设置开显示，不显示光标Delay（5）Write_com(0×06)；//设置写入一个字符后指针自动加一Delay（5）；Write_com（0×80）；//第一行数据首地址TMOD=0×11TH0=0×00TL0=0×00TH1=(65536-50000)/256;//设定初值TL1=(65536-50000)%256;EA=1;//开总中断//ET0=1;//开定时器0中断ET1=1;}/****************************************************************