新型汽車防撞報警器設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)品說明書

1、湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院新型汽車防撞報警器設(shè)計說明書系 別： 自動化工程系 年 級： 10級 專 業(yè)：電氣自動化技術(shù) 姓 名： 葉青 學(xué) 號： 1101010215 導(dǎo)師姓名： 宋進 職 稱： 講 師 2013年5月27日目錄1.前言12.系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求23.系統(tǒng)設(shè)計33.1系統(tǒng)設(shè)計總體框圖33.2 各模塊原理說明43.2.1at89c51模塊：43.2.2超聲波諧振頻率調(diào)理電路模塊：73.2.3超聲波回路接收處理模塊：83.2.4數(shù)碼管顯示模塊：93.3 系統(tǒng)總原理圖說明103.4 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖103.5 系統(tǒng)的操作說明103.6 系統(tǒng)操作注意事項10參考文獻11致謝詞12附錄13

2、附錄一：電路總原理圖13附錄二：印刷電路板原理圖14附錄三：元件清單15附錄四：系統(tǒng)程序16 1.前言聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體阻擋時就會發(fā)生反射，反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標(biāo)然后返回聲源的時間可以測量得到，那么就可以計算出從聲波到目標(biāo)的距離。這就是本系統(tǒng)的防撞報警原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。接收回路中測得的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束位余波信號，即超聲波接收頭在發(fā)射頭發(fā)射信號（一組40khz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號，并持續(xù)一段時間。另一個波束為有效信號，即經(jīng)過被測物

3、表面反射的回波信號。超聲波測距時，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號的時間差，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。 軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號：程序采用的是脈沖測量法，由單片機引腳產(chǎn)生40khz 的脈沖信號，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少要12個完整的40khz脈沖。同時發(fā)射信號前打開計數(shù)器，進行計時；等計時到達一定值后再開啟檢測回波信號，以避免余波信號的干擾。采用外部中斷對回波信號進行檢測（回波信號送到單片機的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號后，馬上讀取計數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為需要測量的時間差數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理后得到這

4、一次測距值。假設(shè)室溫下聲波在空氣中的傳播速度是 340m/s，測量得到的聲波從聲源到達目標(biāo)然后返回聲源的時間是t秒，則距離d可以由公式(1-1)計算：d=34560(cm/s)*t(s)，因為聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。2.系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)要求設(shè)計一個超聲波測距器，可以應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合。具體要求如下：(1)測量范圍在0.5-1.11m，測量精度1cm。(2)測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。3.系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)設(shè)計總體框圖單片機顯示模塊超聲波

5、接收器r超聲波發(fā)生器t電源電路圖3-1 基于單片機的超聲波測距器系統(tǒng)框圖3.2 各模塊原理說明3.2.1at89c51模塊本設(shè)計采用以at89s51為核心的最小系統(tǒng)，其電路圖如圖3-2。圖3-2單片機最小系統(tǒng)原理圖1.功能特性概括：at89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：40個引腳、4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器、128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram）、32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口、5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷、2個數(shù)據(jù)指針、2個16位可編程定時/計數(shù)器、2個全雙工串行通信口、看門狗（wdt）電路、片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。此外，at89s51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作,并支

6、持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑模式下，cpu暫停工作，而ram、定時/計數(shù)器、串行通信口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。2.本設(shè)計所用到管腳說明：(1) vcc:電源 (2) gnd:地 (3) p0口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。 (4) p1口：p1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個t

7、tl 邏輯電平。對p1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸出口使用。作輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如表3-1所示。在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。表3-1 p1口第二功能引腳號第二功能p1.0t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出p1.1t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7sc

8、k（在系統(tǒng)編程用）(5) p2 口：p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個ttl 邏輯電平。對 p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil） 。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器 （例如執(zhí)行movx dptr）時，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控

9、制信號。 (6) p3 口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個ttl 邏輯電平。對 p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil） 。 p3口亦作為at89c51特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。 在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。表3-2 p3口第二功能引腳號第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3.1txd（串行輸出）p3.2int0(外部中斷 0)p3.3int0(外部中斷 0)p3.4t0（定時器0外部輸入）p3.

10、5t1（定時器1外部輸入）p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)(7) rst:：復(fù)位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，rst腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址 8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 (8) ale/prog：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用

11、。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1”，ale操作將無效。這一位置“1”，ale僅在執(zhí)行movx或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。這個ale使能標(biāo)志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 (9)psen：外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) at89c51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，psen在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，psen將不被激活。 (10)ea/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h 到f

12、fffh的外部程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。 (11) xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 (12) xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2超聲波諧振頻率調(diào)理電路模塊本模塊以hd74lso4芯片為核心的電路設(shè)計，其電路圖如圖3-5。發(fā)射電路主要由反相器74ls04和超聲波發(fā)射換能器t構(gòu)成，單片機p1.0端口輸出的40khz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器

13、的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻r10、r11一方面可以提高反向器74ls04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3 超聲波諧振頻率調(diào)理電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極同未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它

14、就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。3.2.3超聲波回路接收處理模塊集成電路cx20106a是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 khz與測距的超聲波頻率40 khz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖3-4)。實驗證明用cx20106a接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容c4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3-4 超聲波檢測接收電路3.2.4數(shù)碼管顯示模塊本電路的顯示模塊主要由一個4位一體的7段led數(shù)碼

15、管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機的p1口產(chǎn)生的顯示段碼。s1，s2，s3，s4引腳端為其位選端，用于接收單片機的p2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共極com各自獨立地受i/o線控制。cpu從字段輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于com端。com端與單片機的i/o接口相連接，由單片機輸出選碼到i/o接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的

16、掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖3-5圖3-5 數(shù)碼管顯示模塊3.3 系統(tǒng)總原理圖說明總原理圖參見附錄一。電路由超聲波傳感器、單片機、發(fā)射/接收電路和led顯示器組成。以單片機at89c51為主處理器，通過超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，再通過單片機中斷測出單片機由發(fā)射到接收到超聲波的時間，再計算出單片機與被測物體之間的距離，然后通過數(shù)碼管顯示出被測物體與單片機之間的距離。發(fā)射電路主要由74ls04和超聲波換能器構(gòu)成用單

17、片機p1.0端口輸出40khz方波信號一路經(jīng)一級反向后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向后送到超聲波換能器的另一個電極。超聲波接收采用的是常用于電視紅外遙控接收器的芯片cx20106a。顯示電路采用四位數(shù)碼管的動態(tài)顯示。3.4 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖詳見附錄二。3.5 系統(tǒng)的操作說明接通電源，按下開關(guān)，電源指示燈亮，顯示管顯示0000。將聲波發(fā)射器對準(zhǔn)障礙物時，在測量范圍內(nèi)顯示管顯示距離，當(dāng)靠近0.5m-1.11m之間的時候蜂鳴器開始報警，當(dāng)離障礙物小于0.5m的時候，顯示管顯示亂碼此時處于測試盲區(qū)。3.6 系統(tǒng)操作注意事項1.通電使用前先對照電路板與電路圖是否有錯焊、漏焊、短路、開

18、路、元器件相碰等現(xiàn)象，有要處理好后再使用。2.通電使用前先檢查好電路板是否與電源供電線、驅(qū)動電路開關(guān)與負(fù)載供電線、負(fù)載供電線之間相互接反，不得在接錯的情況下通電，要處理好后再使用。3.通電使用時人體不得與電路板線路任何一個部位相碰，防止觸電，注意安全。4.應(yīng)把電極片與電路板隔離，避免電極片與電路板上元器件相碰觸發(fā)生短路現(xiàn)象。 5.通電時應(yīng)把電路板放在絕緣物體上，避開其他導(dǎo)電物體避免發(fā)生短路現(xiàn)象。6.使用時聞到燒焦味、發(fā)現(xiàn)元器件或集成塊冒煙燒毀應(yīng)立即斷開電源，待電路板查明原因處理好后才可以繼續(xù)通電使用。參考文獻1蘇長贊.紅外線與超聲波遙控人民郵電出版社.1993.1591892胡萍.超聲波測距儀

19、的研制.浙江大學(xué)出版社.2000.1031593劉鳳然.基于單片機的超聲波測距系統(tǒng).傳感器世界.2001.20314靳達.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航.人民郵電出版社.2003.26295余永權(quán)、汪明慧等.單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2004.45516胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社.2004.11237張藝剛.單片機原理與接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2005.68105 8蘇偉.超聲波測距誤差分析.傳感器技術(shù).2005.第五期.239李華.單片機語言編程.北京航空航天大學(xué)出版社.2005.265610高飛燕.基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計.信息技術(shù).200

20、5.4152 11周荷琴、吳秀清.微型計算機原理與接口技術(shù).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2009.4547致謝詞大學(xué)三年一眼即逝。首先我要感謝在背后辛勤勞動默默支持著我的父母，是他們的付出才有我在校園安靜學(xué)習(xí)生活的機會。接著感謝宋進老師細(xì)心為我修改論文，從他那里學(xué)到的不只是專業(yè)知識，更多的是做人的道理。感謝梁峰林老師三年來擔(dān)任我們的班主任，對我們生活、學(xué)習(xí)方面都付出了許多努力，沒有她的帶領(lǐng)，我們不會成為合格的畢業(yè)生，另外還要感謝李清生、鄭維清、陳輝煌、邱興陽、楊阿弟、林壽光、宋進老師，他們在學(xué)習(xí)方面給了我大量的指導(dǎo)，讓我學(xué)到了知識，也獲得了實踐鍛煉的機會。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對我的嚴(yán)格要求以及為人

21、處世的坦蕩將使我終身受益。除此之外，他們對我生活的關(guān)心和照顧也使得我得以順利完成大學(xué)的學(xué)業(yè)。在此祝愿他們身體健康，全家幸福！其次感謝湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，給我提供這么好的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，在校學(xué)習(xí)和生活的日子是我一生中一段難忘的經(jīng)歷。最后還要感謝三年來一起生活學(xué)習(xí)的同學(xué)們，人生旅途中有著各種的幸酸與喜悅。是你們在陪伴著我一起度過，希望即將融入社會的你們能夠闖出屬于自己的一片天空。附錄附錄一：電路總原理圖附錄二：印刷電路板原理圖附錄三：元件清單序號元件名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量1電阻r8 r9 r38 1k只32電阻r1 10k只13排阻 rp1 10k只14電阻r10 r11 r12 r13 r31 2

22、.2k只55電阻r15 r16 200k只26電阻r2 r14 10歐只27磁片電容c2 c3 30p (300)只28磁片電容c6 330pf （331）只19磁片電容c11 104只110磁片電容c9 473只111二級管 d12 led只112電解電容c1 10uf c10 c17 4.7uf 只313蜂鳴器蜂鳴器只114超聲波探頭40r 40t 只215三極管q1q5 8550只516電源插座dc 3.5*1.1只117數(shù)碼管四位一體共陽數(shù)碼管只118 集成電路 74hc04 cx20106a只219晶振12m只120芯片 ic 座40腳 14腳只221單片機stc89c51只122開

23、關(guān)6*6*5按鍵 自鎖開關(guān)只223電源線usb電源線條124焊錫0.6焊錫米1附錄四：系統(tǒng)程序#include sbit k1=p34; sbit csbout=p10; /超聲波發(fā)送 sbit csbint=p32; /超聲波接收 sbit bg=p33; #define led p0 sbit led1=p24; /led控制 sbit led2=p25; /led控制 sbit led3=p26; /led控制 sbit bj=p20;/報警#define csbc 0.0347 unsigned char cl,mqzd,csbs,csbds,buffer3,xm1,xm2,xm0,j

24、pjs;/顯示標(biāo)識 unsigned char convert10=0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09;/09段碼 unsigned int s,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1; void csbcj(); void delay(j); /延時函數(shù) void scanled(); /顯示函數(shù) void timetobuffer(); /顯示轉(zhuǎn)換函數(shù) void keyscan(); void k1cl(); void k2cl(); void k3cl(); void k4cl(); void offmsd

25、(); void main() /主函數(shù) ea=1; /開中斷 tmod=0x11; /設(shè)定時器0為計數(shù)，設(shè)定時器1定時 et0=1; /定時器0中斷允許 et1=1; /定時器1中斷允許 th0=0x00; tl0=0x00; th1=0x9e; tl1=0x57; csbds=0; csbout=1; cl=0; csbs=8; jpjs=0; sj1=50;/測試報警距離 sj2=200; sj3=580; k4cl(); tr1=1; while(1) keyscan(); if(jpjssj3) /大于時顯示“ccc” buffer2=0xc6; buffer1=0xc6; buffer0=0xc6; else if(ssj1) /小于時顯示“- - -” buffer2=0xbf; buffer1=0xbf; buffer0=0xbf