單片機的智能汽車防撞畢業(yè)設(shè)計論文

1、目 錄1引言11.1 選題研究背景、目的及意義12 總體方案論證42.1 測距系統(tǒng)方案比較與選擇42.2 測速系統(tǒng)方案的確定52.3 汽車防撞報警器的總體方案設(shè)計62.4汽車防撞安全模型的建立73 超聲波測距系統(tǒng)簡介93.1 超聲波的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀93.2 超聲波測距的工作方式93.3 超聲波測距原理104 系統(tǒng)的硬件設(shè)計124.1 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計工具平臺簡介124.2 系統(tǒng)各部分的硬件設(shè)計145 系統(tǒng)軟件設(shè)計225.1 系統(tǒng)軟件原理及程序流程圖225.2 各部分電路程序設(shè)計236 總 結(jié)29參考文獻31謝 辭32附錄一33附錄二471引言1.1 選題研究背景、目的及意義1.1.1 課題研

2、究背景據(jù)初步統(tǒng)計，汽車交通事故造成的人員死亡在這100年內(nèi)大約有2千多萬人。這個數(shù)字比第一次世界大戰(zhàn)死亡人數(shù)1700萬超出300多萬人，是第二次世界大戰(zhàn)死亡人數(shù)3760萬的一半多。在美國，從1872年埃巴斯生產(chǎn)蒸汽汽車以來至1994年共有304萬人死于汽車交通事故，這個數(shù)據(jù)約為美國1872年以來戰(zhàn)爭中死亡人數(shù)（117.5萬人)的3倍，同期汽車交通事故中受傷3億人，是過去200年間在戰(zhàn)爭中受傷人數(shù)(145萬人)的200多倍。1990年全球有統(tǒng)計紀錄的汽車交通事故損失為1370億美元，1993年達5000億美元，相比之下1995年日本的阪神大地震經(jīng)濟損失為1000億美元?？梢妼θ祟悂碚f，汽車交通事

3、故的總體傷害與經(jīng)濟損失規(guī)模已大于任何一種自然或其它社會災(zāi)害所造成的損失規(guī)模。全球道路安全形勢十分嚴峻。2004年，在法國舉行的由世界衛(wèi)生組織組辦的世界衛(wèi)生日首次以道路交通安全為主題。目前，全世界每年死于車禍的人數(shù)達120萬人，傷殘5000萬人，直接經(jīng)濟損失5000多億美元。據(jù)預(yù)測，到2020年，道路交通死亡人數(shù)將達234萬人，道路交通傷害在人類死亡和致病原因中排名第三，遠在艾滋病、結(jié)核病、上呼吸道感染等疾病之前。值得指出的是，在所有道路交通傷害事故中，中等和低收入國家占90%，而且這一趨勢還在繼續(xù)上升。法國人驚呼，車禍這種“城市文明病”每年可以摧毀一座尼斯城。1986年圣誕節(jié)前夕，巴黎市發(fā)出了

4、“救救巴黎”新方案，即巴黎副市長勃羅什提出的解決巴黎交通計劃。日本則把城市車禍稱為“交通地獄”。與世界各國相比，我國的道路交通事故就更為嚴重。20002003年，汽車保有量按年均近500萬量的數(shù)目增長，道路交通死亡人數(shù)年均超過10萬，年均受傷人數(shù)50多萬，年均經(jīng)濟損失約30億人民幣，下面是2001年以來全國交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計：2001年，全國公安交通管理部門共受理道路交通事故案件75.5萬起，事故共造成10.6萬人死亡，平均每天因交通事故死亡的人數(shù)已達300人，直接經(jīng)濟損失30.9億元。 2002年，中國共發(fā)生道路交通事故77.3萬起，造成10.9萬人死亡、56.2萬人受傷，直接經(jīng)濟損失33.2

5、億元。 2003年，全國共受理一般以上道路交通事故66.75萬起，這些事故造成10.4萬人死亡，直接經(jīng)濟損失33.7億元。03年死傷人數(shù)出現(xiàn)了10年以來的首次下降，其中“非典”期間事故下降明顯。 2004年，中國道路交通事故死亡人數(shù)達9.4萬人，居世界第一。因駕駛員因素導(dǎo)致的交通事故占總數(shù)的89.8%，造成的死亡人數(shù)、受傷人數(shù)分別占到了總數(shù)的87.4%和90.6%。 2005年，全國共發(fā)生道路交通事故450254起，比2004年減少67635起，下降13.1%；造成9.9萬人死亡，同比減少8339人，下降7.8%；造成469911人受傷，同比減少10953人，下降2.3%；直接財產(chǎn)損失18.8

6、億元，同比減少5.1億元，下降21.2%。2006年，全國共發(fā)生道路交通事故378781起，比上年下降15.9%。自2000年以來，道路交通事故死亡人數(shù)首次回落到9萬人以下，共造成89455人死亡，比上年下降9.4%。2007年，全國共發(fā)生道路交通事故327209起，造成81649人死亡、380442人受傷，直接財產(chǎn)損失12億元。由此可見，隨著交通工具的現(xiàn)代化和絕對數(shù)量的急劇增長，汽車交通事故已成為嚴峻的全球性社會問題。雖然近兩年有所下降，但是總體數(shù)目還是觸目驚心。世界上各發(fā)達的汽車工業(yè)國都在大力發(fā)展車輛安全技術(shù)，以減少車輛交通事故或避免車輛交通事故的發(fā)生。所以研究智能汽車防撞報警系統(tǒng)刻不容緩

7、。1.1.2 選題的目的及意義在過去2030年中，人們主要把精力集中于汽車的被動安全性方面，汽車被動安全性能的提高，雖然明顯地減少了乘員的受傷程度和財產(chǎn)損失程度，但并不能從根本上避免交通事故的發(fā)生和真正解決道路交通安全問題。完善道路交通安全設(shè)施，健全道路交通法規(guī)，加強道路交通安全管理，以及提高交通參與者的安全意識等措施雖然也能夠改善交通安全狀況，但防患于未然的主動安全措施則無疑是最好的安全措施，方能真正的治理交通安全問題。 而當今隨著城市車輛，尤其是私家車的增多，現(xiàn)代生活節(jié)奏加快，交通事故發(fā)生的頻率也隨之增加，為提高汽車運行的安全性，本文介紹一種單片機控制的汽車防撞報警系統(tǒng)。該裝置具有將單片機

8、進行實時控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，可檢測汽車運行中后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過數(shù)顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據(jù)距離遠近情況發(fā)出警告聲。從而達到主動防范交通事故的發(fā)生，從本質(zhì)上降低交通事故。本文研究的汽車防撞控制系統(tǒng)能實現(xiàn)以上目標，它通過超聲波對車輛行駛過程中的各種對車輛有危險的障礙物進行探測，通過控制單元對可能發(fā)生的危險碰撞做出相應(yīng)的判斷并實施報警，以幫助駕駛員處理行駛過程中所遇到的危險碰撞問題。當探測到存在潛在碰撞危險時向駕駛員發(fā)出警報信號以提醒駕駛員采用轉(zhuǎn)向、制動、減速等措施。確保了防撞控制的可靠性。2 總體方案論證2.1 測距系統(tǒng)方案比較與選擇

9、準確地測量車與障礙物間距離是智能汽車防撞報警系統(tǒng)開發(fā)的第一步，提高車間距離測量的精度是整個防撞系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的距離測量裝置安裝到了汽車上，先后出現(xiàn)了機器視覺、激光雷達、紅外線及超聲波等測距方式，這些傳感器均可對周邊的環(huán)境進行非接觸探測，以獲取周邊其他車輛或障礙物的距離、速度等信息。但是由于各個測距傳感器的最大測量距離、方向性、響應(yīng)時間、成本、尺寸、環(huán)境適應(yīng)性等各不相同，因此必須仔細研究以選擇合適的測量方式。1）機器視覺測距用視頻成像系統(tǒng)是以CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器件)攝像機觀測物體移動為基礎(chǔ)的。物體在被觀測區(qū)域橫向或上下方向移

10、動就決定了物體的位置。通常物體上需要有給圖象處理軟件提供物體行蹤的可視條(如白色十字)。實際距離的測量取決于預(yù)先輸入的詳細的所跟蹤物體的幾何信息。它主要的優(yōu)點是探測范圍廣、檢測信息量大、能夠遙測等，但是計算量大、系統(tǒng)的實時性較差，易受環(huán)境、氣候影響、無法獲得深度信息。這種方式主要用于路徑識別與跟蹤、障礙物識別、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測、駕駛員視角增強等。由于成本高，對外界環(huán)境敏感，故在許多場合都不可能采用此項技術(shù)。2）激光雷達激光雷達有脈沖式和連續(xù)波式兩種。脈沖式激光雷達采用短的、大功率紅外光脈沖，根據(jù)光脈沖所需的傳播時間確定被測距離。連續(xù)波激光雷達是把光調(diào)幅在約100MHz的正弦波上，根據(jù)發(fā)射光與反射

11、光之間的相位差來推算被測距離(也稱作相位法測距)。脈沖激光雷達信號處理比較容易，其應(yīng)用也最為普遍。由于光束一般很集中，激光雷達主要用于大范圍直線距離的測量。激光雷達量程大、方向強且響應(yīng)時間快，但成本高，易受外界環(huán)境(如能見度低、傳感器表面有泥土等)影響。同時，激光能量必須限制在人眼安全水平范圍之內(nèi)。3）紅外線紅外線對環(huán)境適應(yīng)性好，體積小，重量輕，功耗低。但它不能很準確地確定物體的距離，分辨率低，響應(yīng)時間過長，因此主要用于障礙物探測，紅外成像，紅外夜視等。響應(yīng)時間過長使駕駛員得到的提前報警常常不足以躲避碰撞，這就限制了其在車輛碰撞報警系統(tǒng)的應(yīng)用。紅外線式傳感器是基于測量傳感器附近物體所發(fā)射的熱能

12、來實現(xiàn)測距的。紅外線測距跟其它測距原理相同，都是根據(jù)發(fā)射波和反射波的總時間來確定障礙物的距離的，相比之下，技術(shù)上易于實現(xiàn)，測距系統(tǒng)的成本也比較低廉。但是對障礙物位置的準確判斷還存在隱患，在惡劣天氣和長距離探測方面仍然不能滿足公路防撞的要求，所以從性能上來看，紅外測距是很不可取的。本文開發(fā)的是適應(yīng)能力強，能受到大眾普遍接受的智能汽車防撞報警系統(tǒng)，考慮到高速公路上霧天和雨天發(fā)生的交通事故比較多，所選用的距離傳感器必須在雨天、霧天和晴天都能夠全天候的工作。激光雷達、機器視覺探測方式雖然都能滿足要求，但是從成本角度考慮的話都不適合，普遍推廣難度有點大。超聲波是指頻率在20kHz以上的機械振動波，它是針

13、對障礙物測距的特殊要求而發(fā)展起來的一種測距方法。超聲波距離傳感器一般采用獨立的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器由高頻信號(4080kHz)來激勵。測量發(fā)射一個超聲波脈沖至接收到反射信號所用的時間間隔，便可簡單地估計出被測物體的距離。數(shù)據(jù)處理簡單、快速，價格低。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較

14、其它方法為高；而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。所以用超聲波測距完全符合我們的要求。2.2 測速系統(tǒng)方案的確定自車速度通過自車上的轉(zhuǎn)速傳感器測得。在整個系統(tǒng)中精確地測量汽車的轉(zhuǎn)速是提高系統(tǒng)精度的關(guān)鍵。由于汽車自身所帶的轉(zhuǎn)速表測量精度很差，故應(yīng)對其轉(zhuǎn)速傳感器進行必要的選擇和設(shè)計。根據(jù)不同類型轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號大小的不同，可以采用不同方法將結(jié)果給單片機。轉(zhuǎn)速的測量方法有模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是模擬電壓量;而數(shù)字式可以采用光碼器、光電式、圓光柵、霍爾元件等為檢測元件，得到的是脈沖信號。由于此系統(tǒng)的車速傳感器的工作條件十分惡劣，發(fā)動機的熱

15、源、汽油、水、電火花放射以及其它的電磁波形成的電氣環(huán)境較差，光電式、光碼器、圓光柵易受到干擾，穩(wěn)定性變差。而霍爾轉(zhuǎn)速傳感器得到的是數(shù)字信號，抗干擾能力強，故本系統(tǒng)采用霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器?；魻柤稍鳛閭鞲衅骶哂芯雀?、靈敏度高、線性度好、體積小、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大、無觸點等優(yōu)點，故其測量變速器的轉(zhuǎn)速是合適的。將傳感器的輸入軸與汽車車速表驅(qū)動軸連接，該軸通過軟軸與汽車變速器第二軸后端的車速里程表驅(qū)動渦輪軸相連，磁鋼均勻地分布在傳感器輸入軸的周圍。根據(jù)霍爾效應(yīng)，在控制電流恒定條件下，當傳感器輸入軸上的每個磁鋼經(jīng)過霍爾感應(yīng)元件時，由于改變了磁通密度，便輸出一個脈沖信號，將變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)

16、換成頻率與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖序列。該脈沖經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)理后，可直接送入單片機進行測試。單片機對數(shù)據(jù)處理后，可得到變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速。2.3 汽車防撞報警器的總體方案設(shè)計汽車防撞報警系統(tǒng)是智能車輛的重要組成部分，是車載附加安全裝置之一。本系統(tǒng)以AT89C2051作為系統(tǒng)的主要控制單元，完成對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集，并將采集到的數(shù)據(jù)進行計算和處理。該報警器由控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接收電路、測速電路、報警電路、LED顯示電路組成，電路原理框圖見圖2-1圖2-1 系統(tǒng)總原理框圖系統(tǒng)通過安裝在汽車前部的超聲波發(fā)射探頭測量自車與前方障礙物的距離，將距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C的控制單元，控制單元同時收集自車車速信息，并結(jié)

17、合自車的運動狀態(tài)辨別目標運動狀態(tài)(靜止或運動)，根據(jù)建立的數(shù)學模型進行數(shù)據(jù)處理，計算出汽車此時應(yīng)保持的安全距離，并與實測距離進行比較，一旦實測距離小于安全距離，則啟動相關(guān)的報警單元，提醒駕駛員采取正確措施，避免碰撞事故發(fā)生。本系統(tǒng)采用單片機通過計算測量模型提醒報警距離與實測距離進行比較，當實測距離值小于報警距離時，系統(tǒng)報警;當實測距離大于報警距離時，系統(tǒng)不發(fā)出報警。在這兩種情況下，同時顯示屏顯示自車與前方障礙物的距離和自車的速度。但是在一些不必要的場合，系統(tǒng)的警報應(yīng)當抑制，如汽車處于轉(zhuǎn)彎、低速、超車和己制動的情況下應(yīng)抑制報警。因為在轉(zhuǎn)彎時，頻繁的報警會引起駕駛員的厭煩;在低速行駛時，發(fā)生重大交

18、通事故的可能性很低；車時，由于超聲波會探測到高速公路護欄，系統(tǒng)不易鑒別，可能會產(chǎn)生虛警;已采取制動時，事故的可能性己大大地減少，出現(xiàn)惡性事故的可能性更小，因而上述三種情況應(yīng)抑制報警。2.4 汽車防撞安全模型的建立在超聲波測距中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是超聲波往返距離的測定，而測量過程是以用戶設(shè)置的時間間隔為周期循環(huán)進行的，每次的測量周期，需要進行的步驟是：l 測量傳播時間；l 計算測量距離。 在每個測量周期中，單片機根據(jù)設(shè)置的輸入信號處理參數(shù)值，評估每次測量是否合理，有問題的測量結(jié)果將被剔除，并用上一次周期的測量結(jié)果替代，在每一次測量周期結(jié)束后，CPU處于等待狀態(tài)直至下一個測量周期的到來。傳播時間的

19、測量如下：l 單片機復(fù)位清零；l 清零傳播時間計數(shù)器；l 單片機給出發(fā)射信號，驅(qū)動發(fā)射換能器，發(fā)出超聲波，同時啟動傳播時間計數(shù)器；l 接收換能器將接收到的超聲波脈沖轉(zhuǎn)換為電信號輸入到接收回路；l 接收電路判斷輸入脈沖是否檢測電波的第一個脈沖沿；l 校驗接收到的信號特征是否符合；l 確定該信號是所測信號時停止傳播時間計數(shù)器；l 如果在當前最大估算時間沒有檢測到信號，則復(fù)位所有標志位，重新測量；根據(jù)確定的測量時間，就可以進行距離計算了，而測量時間的確定，還與具體的硬件電路設(shè)置有關(guān)，為了提高測量時間的精確性，則要采用比較好的算法。系統(tǒng)檢測距離的原理是通過單片機發(fā)出40kHz的方波串后，檢測接收端是否

20、接收遇障礙物反射的回波，同時利用單片機計算出收到回波所用的時間和確定超聲波在空中傳播的速度。則障礙物到汽車距離為根據(jù)測出來的相應(yīng)距離，通過單片機計算后判斷作出報警響應(yīng)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)準確地測出障礙物到汽車的距離，盡量減少誤差，采取算法為：兩對超聲波收發(fā)傳感器分別安裝在車前，兩者相隔1.6m，如圖2-2所示，、分別代表兩對超聲波收發(fā)器，=1.6m假設(shè)代表障礙物，聲波的傳播速為，由于聲波傳播是來回反射的，則，也就是只要把時間與確定下來就可以計算出與，然后利用海倫公式，設(shè)，有，這就可以求出的面積為，則其中就是汽車前方與障礙物之間的距離。ABFt1t2E圖2-2 測距算法幾何圖3 超聲波測距系統(tǒng)簡介3.

21、1 超聲波的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀眾所周知，超聲波測距技術(shù)由來已久，已在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如利用超聲波技術(shù)的自動測距照相機、建筑上使用的手持式墻面測距儀。這些儀器的組成是較為簡單的，通常由超聲波測距傳感器（分為收、發(fā)分體式和一體式）和電子元器件組成。由于這樣的儀器功能不強，現(xiàn)在已逐漸淡出人們的生產(chǎn)生活中。近年來隨著微電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的小型價廉的微處理器（單片機）的出現(xiàn)，使超聲波測距傳感器的功能得到了提升。有了微處理器不僅使測距的精度大為提高，而且為超聲波測距技術(shù)的應(yīng)用開辟更大的空間。人們首先設(shè)計出了基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)如雨后春筍般層出不窮，國內(nèi)外的許多科研單位、廠家研制生產(chǎn)了這樣

22、的測距儀。但有些場合，只裝備單個傳感器系統(tǒng)已不能滿足人們的需要了，于是就有了多個傳感器組成的列陣。支持這類系統(tǒng)的技術(shù)是近年來從軍事上發(fā)展的多傳感器信息融合技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)。國內(nèi)的科研單位也在進行這方面的科研工作。例如：北京中科院自動化研究所的研制基于DSP（Digital Signal Processing數(shù)字信號處理）的多超聲波測距數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；中國礦業(yè)大學信息工程院將多超聲波傳感器列陣應(yīng)用于礦井下的機器人；國防科技大學自控系設(shè)計用于自主車繞障的超聲傳感器線陣。而這些系統(tǒng)大多是為自主移動機器人而開發(fā)的。另外，在國外改進超聲波傳感器的工作也有所進展，在美國已經(jīng)

23、有人采用光纖傳感器來收集超聲波傳感器列陣的龐大信息。3.2 超聲波測距的工作方式大慶石油學院碩士研究生學位論文超聲波發(fā)生器主要包括兩大類，一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，包括壓電型、磁致伸縮型和電動型；另一類是用機械方式產(chǎn)生，包括加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛。目前較為常用的是壓電型超聲波發(fā)生器。超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于共振法的應(yīng)用要求復(fù)雜，在這里使用脈沖反射式。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當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，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接

24、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，這時它就成為超聲波接收器了。在超聲探測電路中，在發(fā)射端得到的輸出脈沖為一系列方波，這一系列方波的寬度為發(fā)射超聲與接收超聲的時間間隔，顯然被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖的個數(shù)與被測距離成正比。圖3-1 超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實物圖壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器有兩個壓電晶片和一個共振板。發(fā)射超聲波時，壓電傳感器中的壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。接收超聲波時，兩電極間未外加電，共振波接收到超聲波，將壓迫壓電晶片作振動將機械能轉(zhuǎn)換為電信號。3.3 超聲波測距原理

25、超聲波測距的原理是，通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射超聲波和接收到回波的時間差，然后求出距離，其中，為超聲波波速。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。在超聲波測距中，雖然可以通過分析波形頻率、相位等特征通過數(shù)學關(guān)系來得到要測量的距離值，但更為一般的是通過分析發(fā)射波與回波的時間差來獲取距離值，這也就是一般所說的聲納原理。由系統(tǒng)控制單元送出的40 KHz超聲波頻率信號經(jīng)放大推動輸出給升壓變壓器初級，通過由變壓器副邊和壓電換能晶片構(gòu)成的LC振蕩電路轉(zhuǎn)換成40KHz頻率的超聲波，組成 (周期)為一超聲波發(fā)射波束，波束時間長度為0.5ms()，壓電換能晶片可將

26、電能轉(zhuǎn)換成超聲波發(fā)射到被檢測物體，或把被檢測物體反射的聲波轉(zhuǎn)換成電信號。換能晶片在系統(tǒng)控制單元送出的40 KHz信號起振，推動空氣發(fā)出超聲波，超聲波能在固體、液體和氣體類的彈性介質(zhì)中傳播，因而具有不怕雨、水和塵等，能在空氣中穩(wěn)定傳播，且不易受外界聲音的干擾等特性。換能晶片發(fā)出的超聲波自振效應(yīng)越短越好，因此要給LC振蕩電路加阻尼電阻，降低LC振蕩電路的值，使發(fā)出超聲波波束后的阻尼振蕩波快速衰減，以等待接收障礙物反射回饋的超聲波束信號。在超聲波傳感器發(fā)出的聲波碰到障礙物后反射到換能晶片，在壓電反應(yīng)下產(chǎn)生一振蕩電壓送運算放大器電路進行運算放大并整形后送主機控制單元，主機根據(jù)發(fā)送和接收信號的時間差及相

27、應(yīng)的那個US回波，就能得出距離。超聲波信號經(jīng)超聲波傳感器發(fā)出去以后，遇到固體或者液面等障礙物后會反射回來，超聲波接收器接收到反射回來的超聲波，并且將其轉(zhuǎn)換為電信號測出，根據(jù)接收到的發(fā)射波與發(fā)射波的時間差，就可以算出所測的距離，距離計算公式是： 其中：是所測得的距離，是超聲波在空氣中的傳播速度，其試驗值等于331.45m/s，是超聲波從發(fā)射到接收到第一個回波經(jīng)過的時間。對上式進行全微分，得到如下關(guān)系式： 由此可以知道，由于速率的變化或者測量誤差、時間的測量誤差都會給所測得的距離帶來誤差，其中，是由于速率的變化引起的誤差，而則是由于計時不準確引起的誤差。4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計

28、工具平臺簡介4.1.1 系統(tǒng)模塊的組成及各部分的功能碰撞報警控制系統(tǒng)實際上是一個單片機系統(tǒng)，主要包括單片機的基本系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接收電路、測速電路、報警電路、LED顯示電路組成。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，單片機是主要的智能單元，控制方案通過軟件來實現(xiàn)，利用單片機內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器存儲程序和數(shù)據(jù)參數(shù)。測量控制系統(tǒng)面板上的LED顯示器顯示車與障礙物之間的距離和自車的速度，便于駕駛員及時了解汽車的運行情況，必要的時候?qū)嵤┳詣訄缶?.1.2 單片機的選擇單片機是數(shù)據(jù)采集器的核心，因此單片機的選型很重要。在單片機的發(fā)展過程中，Intel公司扮演了重要角色。從1980年以來，Intel公司在MC

29、S-48系列單片機的基礎(chǔ)上又推出了MCS-518位的高檔單片機以及今天的MCS96系列及各種CMOS系列，使單片機技術(shù)日趨成熟和完善。無論是哪一種位數(shù)的單片機，哪一系列的單片機，都為新產(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)的研制、智能控制器的研究等，創(chuàng)造了極其有力的硬件環(huán)境。目前世界各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的4位、8位、16位、32位通用型以及衍生出的五花/又門的系列及型號，使單片機技術(shù)的應(yīng)用己達到了無孔不入的地步。但是在國內(nèi)，單片機使用量最大的還是8位單片機，應(yīng)用范圍最廣的也是8位單片機。目前世界各生產(chǎn)單片機的公司都在努力提高時鐘頻率，以提高單片機速度；精簡指令，采用多級流水線操作方式以提高指令的執(zhí)行速度，擴大尋址能力

30、;擴大片內(nèi)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量，并在結(jié)構(gòu)上細致化、智能化、密切化，以增加片內(nèi)功能；盡量減少外部接口芯片，提供與主機的接口，降低單片機的功耗，提高寬電源的適應(yīng)能力，增加高噪聲容限，并使其具有更好的電磁兼容性。面向應(yīng)用對象的多功能多品種的增強型單片機將不斷出現(xiàn)。本系統(tǒng)的主控單元采用了MCS-51系列的AT89C2051單片機，主要考慮到這種單片機操作相對簡單， 同時價格也較便宜，便于實驗時使用。充分運用單片機內(nèi)部資源，對汽車的轉(zhuǎn)速、顯示和串口通信進行了研究。4.1.3 AT89C2051的特點與功能 AT89C2051是一個低功耗、高性能的CMOS8位微處理器，與MCS-51系列指令集和引腳

31、兼容，具有以下特點：128 bytes內(nèi)部RAM，2Kbytes EPROM，15根I/O線，2個16位定時計數(shù)器，5個兩級中斷源，1個全雙工串行口，一個片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，低功耗的閑置和掉電模式。工作電壓范圍4.25V5.5V，工作頻率取12MHz。AT89C2051中的兩個16位定時計數(shù)器寄存器T0和T1，作定時器時，可計數(shù)機器周期，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12；作計數(shù)器時，可對外部輸入引腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現(xiàn)從1至0的變化時增1，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。AT89C2051明細如圖4-1所示。 圖4-1 AT89C2051芯片引腳圖AT89C2051芯片的

32、20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓 2. GND：地 3. P1口：P1口是8位雙向I/O口。P1口引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端。當引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流()。P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向I/0引腳。P3.6

33、用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口引腳寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口引腳將用上拉電阻而流出電流()。此外P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的功能：P3.0：RXD(串行輸入端口)P3.1：TXD(串行輸出端口)P3.2：INT0(外中斷0)P3.3：INT1(外中斷1)P3.4：TO(定時器0外部輸入)P3.5：T1(定時器1外部輸入)5. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 6. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。從上述引腳說明可看出

34、，AT89C2051沒有提供外部擴展存儲器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號，因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設(shè)備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)。4.1.4 單片機系統(tǒng)的設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計包括軟件和硬件設(shè)計兩個方面，兩者之間互相影響。一般設(shè)計原則是簡化設(shè)計(采用功能較強的芯片以簡化電路，增強可靠性);冗余技術(shù)設(shè)計(提高系統(tǒng)可靠性和便于維修);以軟代硬(在速度允許的條件下，能用軟件的盡量不用硬件)，如用軟件低通濾波代替硬件低通濾波，用軟件中斷代替硬件中斷等。硬件設(shè)計一般包括單片機接口電路設(shè)計和單片機作用對象設(shè)計。在

35、硬件電路的基礎(chǔ)上，高質(zhì)量的軟件可使系統(tǒng)的性能大大地提高，其中包含:中斷控制、定時、顯示、數(shù)碼轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)采集、處理、輸出等程序。在設(shè)計時，較多的使用硬件來完成一些功能，可以提高工作速度，減少軟件工作量;較多的使用軟件來完成一些功能，則可以降低成本，簡化電路，但是增加了編程的工作量。因此，在綜合設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)研制的周期和市場狀況來進行合理的分配。4.2 系統(tǒng)各部分的硬件設(shè)計4.2.1 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計超聲波發(fā)射電路由NE555時基電路和超聲波發(fā)射探頭組成。單片機AT89C2051的P1.7引腳控制NE555時基電路產(chǎn)生40kHz的頻率信號給超聲波發(fā)生器，由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。利

36、用超聲波測距具有以下特點：測量靈敏度高，穿透力強，測量速度快，測量角度大，可對較大范圍內(nèi)的物體進行檢測。其原理圖如圖4-2所示。圖4-2 超聲波發(fā)射電路原理圖用于驅(qū)動超聲波傳感器的40KHz的方波由一片NE555搭成的多諧振蕩器生成，受控于控制器的PLUS_EN信號（即AT89C2051的P1.7引腳）；40KHz的方波經(jīng)CD4049（驅(qū)動功能的反相器）調(diào)理后，成為振幅18V的方波，提高發(fā)射功率。4.2.2 超聲波接收電路的設(shè)計超聲波接收電路由超聲波接收探頭、放大器和整形器組成。由障礙物反射回來的超聲波經(jīng)接收探頭，變換為電脈沖信號，再由放大器、整形器放大和整形后送入到單片機AT89C2051的

37、P3.2引腳。放大器宜選用有足夠增益和較低噪聲的寬帶放大器，以保持脈沖信號尤其是前沿不發(fā)生畸變，提高測距的精度。其原理圖如圖4-3所示。圖4-3 超聲波接收電路原理圖發(fā)射頭發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射后，反射到接收頭，而接收到的波形幅度非常小，所以在回波處理電路中，把接收到的波形放大了5000倍，用的是NE5532搭成的兩級交流放大電路。經(jīng)放大后的波形送入，LM311比較器；經(jīng)比較器調(diào)理后的波形成為方波，可送給AT89C2051的P3.2引腳。在此模塊電路的設(shè)計中，超聲波發(fā)射頭和接收頭之間存在一些干擾。一般壓電式的超聲波換能器都會存在余波的干擾，發(fā)射頭和接收頭間要有5cm的距離。而在發(fā)射頭發(fā)射

38、超聲波后的3ms內(nèi)，接收頭會一直接收到發(fā)射頭傳過來的非反射波，這是干擾波，在后面的軟件處理的時候?qū)宄@些干擾。4.2.3 門控電路（觸發(fā)器）設(shè)計為了在本超聲波測距電路中實現(xiàn)對超聲波發(fā)射和接收的自動控制，必須在電路中加入門控電路。下面結(jié)合系統(tǒng)總原理圖（見附錄）解釋一下該門控電路的作用。由式中是所測得的距離，是超聲波在空氣中的傳播速度，是超聲波從發(fā)射到接收到第一個回波經(jīng)過的時間。如果已知，距離便可確定，如何測量時間呢？把輸出脈沖作為一閘門信號，讓已知頻率的脈沖恰好能通過閘門，那么：式中，為已知脈沖的周期；為脈沖周期的個數(shù)或脈沖的個數(shù)。閘門信號與已知脈沖信號的關(guān)系如圖4-4所示。圖4-4 閘門信

39、號與已知脈沖信號的關(guān)系在本電路設(shè)計中門控電路由觸發(fā)器來完成，而觸發(fā)器是用觸發(fā)器CD4013來完成。當時復(fù)位，即；時置位，即,在原理分析中，就利用它的這一特性。當上電復(fù)位時，觸發(fā)器CD4013的腳輸出低電平加到單片機的P3.3口，不啟動內(nèi)部計數(shù)器，處于等待狀態(tài)。4.2.4 報警電路的設(shè)計報警電路由語音集成電路、放大電路和揚聲器組成。根據(jù)測量結(jié)果，AT89C2051的P1.6產(chǎn)生一定頻率的低電平信號，使電路導(dǎo)通驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲。原理圖如圖4-5所示。圖4-5 語音報警電路原理圖當車前方有障礙物時，反射回來的超聲波信號經(jīng)超聲波接收器US2接收并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號。該信號經(jīng)過芯片處理后從P1.6

40、以低電平信號輸出，三級管導(dǎo)通，語音集成電路（HFC5214）開始工作，然后再經(jīng)過LM386，LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，經(jīng)過放大后由揚聲器發(fā)出“嘟嘟，請注意！”的語言提示！同時二極管發(fā)光，實現(xiàn)聲光同時報警提示！4.2.5 測速電路設(shè)計測速電路由傳感器、倍頻電路組成。霍爾集成傳感器將車輪轉(zhuǎn)速信號變成脈沖信號輸出，經(jīng)放大、整形電路后送入倍頻電路，送入單片機AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計數(shù)器計數(shù)，實現(xiàn)了在單位時間內(nèi)的計數(shù)。轉(zhuǎn)速傳感器由霍爾開關(guān)元件，帶磁鋼圓盤（裝在汽車車軸上的）及電平轉(zhuǎn)換電路組成。構(gòu)成原理

41、框圖如圖4-6所示。當車輪轉(zhuǎn)動時，磁塊與霍爾元件相對位置發(fā)生變化，磁塊靠近霍爾元件時，磁場增強，霍爾元件輸出低電平，相反則輸出高電平，因此車輪轉(zhuǎn)動，霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號，通過整形送單片機，根據(jù)具體要求進行信號處理計算。霍爾傳感器選用霍尼韋爾公司的SS41型霍爾位置傳感器/開關(guān)輸出。它尺寸小，有靈敏的磁特性，響應(yīng)速度快，工作頻率從0100kHz，完全滿足采樣時間的要求?？刹捎脝?V電源供電，輸出電壓值小于0.4V，故與微機接口時，需有后續(xù)電路放大脈沖信號。 圖4-6 測速原理框圖轉(zhuǎn)速測量裝置的硬件包括脈沖發(fā)生部分以及脈沖信號與微機的接口電路兩部分。脈沖的形成是基于霍爾效應(yīng)原理。車輪轉(zhuǎn)動霍爾元

42、件輸出的脈沖信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比，由于圓盤上貼有60 塊（為了計算方便，選用60片小磁塊）磁塊，車輪轉(zhuǎn)動時，每個小磁片經(jīng)過霍爾傳感器時，霍爾傳感器便產(chǎn)生一個脈沖。車輪每轉(zhuǎn)一周，霍爾元件輸出60個脈沖。若轉(zhuǎn)速傳感器輸出頻率為，則汽車車輪轉(zhuǎn)速為：因此轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號頻率即為車輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。磁片選用SH30型，將60塊磁片粘貼于非磁性圓盤上，注意辨別每個磁片的N、S 極，(N 極貼向轉(zhuǎn)動軸，S 極朝向霍爾傳感器)。其原理圖如下圖所示，其中SH30是粘貼于非磁性圓盤上的小磁片。圖4-7 霍爾傳感器測速電路原理圖微機接口電路將傳感器輸出的微弱的脈沖信號轉(zhuǎn)換為幅值為+5V的單片機標準輸入信號。用LM31

43、1比較器實現(xiàn)。實際電路如圖4-7所示。R18、R21用于調(diào)整比較器的基準電壓，設(shè)定為0.25V。當傳感器的輸出電壓高于基準電壓時，比較器輸出+5V的高電平，反之則輸出為0V的低電平。比較器上拉電阻的大小會影響輸出幅度，由500改為15k后，使輸出幅值增大。D2用作限幅保護。經(jīng)該電路輸出波形規(guī)則穩(wěn)定。測速算法由單片機編程實現(xiàn)。4.2.6 倍頻電路設(shè)計為了滿足對測速精度的更高要求，可將上述脈沖信號進行倍頻后，再送到單片機處理。下圖為利用高速CMOS單片鎖相環(huán)電路芯片4046實現(xiàn)的二倍頻電路。原理圖如圖4-8所示。圖4-8 倍頻電路原理圖4046由相位比較器和壓控振蕩器組成，外接低通濾波器。相位比較

44、器的輸出正比于輸入信號與壓控振蕩器輸出信號的相位差。經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量后的電壓作為壓控振蕩器的控制電壓。在的作用下，壓控振蕩器輸出的頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，并反饋到相位比較器，構(gòu)成1個反饋系統(tǒng)，最終使得輸出信號與輸入信號相位之差趨于常數(shù)，頻率之差趨于零，鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)，此時，與信號的頻率相等，相位差為常數(shù)。芯片4046的相位比較器和壓控振蕩器在片內(nèi)有相連，因而可以靈活使用。根據(jù)鎖相環(huán)工作原理，在這兩個部件之間，插入1個分頻電路，就可以實現(xiàn)倍頻功能。若的頻率為，的頻率為，則鎖相環(huán)鎖定后，。觸發(fā)器74LS74實現(xiàn)2分頻器的功能。芯片4046內(nèi)部有兩個獨立的相位比較器，它們有共同的信號輸入端A

45、IN(14腳)和比較輸入端(反饋輸入)BIN(3腳)，但它們的輸出PC1(2腳)和PC2(13腳)是獨立的。只使用比較器2，將PC2與壓控振蕩器的控制電壓輸入端VCIN連接。CA(6腳)與CB(7腳)之間接壓控振蕩器的定時電容，R1(11腳)接壓控振蕩器的定時電阻到接地端。脈沖發(fā)生器的信號送給芯片4046根據(jù)以上設(shè)計方案，容易實現(xiàn)高于2倍頻的電路設(shè)計。也可以根據(jù)測量要求，追加一控制信號選擇對圖4-6輸出的脈沖信號進行倍頻或不倍頻。4.2.7 顯示電路的設(shè)計LED顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動電路組成。將用到兩片數(shù)碼管顯示，一片顯示距離，一片顯示速度。數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，由芯片MC14499驅(qū)動顯示。M

46、C14499是一個CMOS LED譯碼驅(qū)動器，片內(nèi)主要包括一個20位移位寄存器、一個鎖存器、一個多路輸出器，由多路輸出器輸出的BCD碼經(jīng)段譯碼器譯碼后，送到段驅(qū)動器輸出(a、b、c、d、e、f、g)和小數(shù)點DP。另外，由片內(nèi)振蕩器經(jīng)過四分頻的信號，經(jīng)位譯碼后提供4個位控信號，經(jīng)位驅(qū)動器至四位控制線(S1、S2、S3、S4)。由于MC14499片內(nèi)具有BCD譯碼器和串行接口，所以它幾乎可以與任何單片機接口相連。芯片主要控制信號為D：串行數(shù)據(jù)輸入端；a、b、c、d、e、f、g：七段顯示輸出；S1、S2、S3、S4：字位選擇端，用來產(chǎn)生LED選通信號；OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內(nèi)振蕩器產(chǎn)

47、生200800Hz掃描信號以防LED顯示器閃爍；CLK：時鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時鐘，標準時鐘頻率為250kHz；EN：使能端，為0時，MC14499允許接收串行數(shù)據(jù)輸入，為1時，片內(nèi)的移位寄存器將數(shù)據(jù)送入鎖存器中鎖存。MC14499管腳配置如圖4-9所示。圖4-9 MC14499芯片引腳圖MC14499的DI，CLK和EN連接，分別接P1.0，P1.1和 P1.2。其接口電路如圖4-9所示。顯示程序作為子程序，在AT89C2051的RAM區(qū)設(shè)置顯示緩沖區(qū)，調(diào)用顯示子程序前，將顯示數(shù)據(jù)(20位)以壓縮BCD碼存儲在顯示緩沖區(qū)中，并設(shè)置一個發(fā)送計數(shù)器T，計數(shù)長度為20，P1.1用軟件模

48、擬出一個發(fā)送時鐘脈沖，每送一位前將其置1，送后再將其復(fù)位。圖4-10是距離顯示模塊，為了更精確的顯示距離，故采用了四位顯示。速度顯示模塊和距離顯示模塊原理基本相同，只是速度顯示中MC14499的DI，CLK和EN與AT89C2051的P1.3，P1.4和P1.5連接，原理圖略。圖4-10 顯示原理圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 系統(tǒng)軟件原理及程序流程圖本裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收，根據(jù)定時時間計算障礙物的距離，根據(jù)計數(shù)頻率計算汽車車速，判斷所測距離是否在車速所對應(yīng)的安全范圍內(nèi)，并根據(jù)計算和判斷結(jié)果產(chǎn)生BCD碼和相應(yīng)頻率的脈沖信號，以驅(qū)動顯示電路和發(fā)聲電路。實現(xiàn)整個

49、系統(tǒng)功能的主流程圖如圖5-1所示。圖5-1 系統(tǒng)主程序流程圖5.2 各部分電路程序設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括：測距部分程序設(shè)計、測速部分程序設(shè)計、報警部分程序設(shè)計、顯示部分程序設(shè)計組成。5.2.1 測距部分程序設(shè)計測距主程序流程圖如圖5-2。初始化檢測位置脈沖計時開始盲區(qū)延時數(shù)據(jù)處理開中斷檢測回波脈沖顯示NY停止計時圖5-2 測距主程序流程圖根據(jù)模塊設(shè)計的功能要求，測距系統(tǒng)需要有顯示數(shù)據(jù)的功能，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也正是據(jù)此而設(shè)計的；測距主程序作為整個程序的入口，可以配合系統(tǒng)主程序?qū)嵤┏暡y距的功能實現(xiàn)。    超聲波測距，最重要的就是發(fā)射的控制及接收測量的時機的控制。而

50、在本系統(tǒng)中，測距功能函數(shù)要和16Hz的中斷、P3.2外部中斷進行配合測距的；下面分別給出三個流程圖。開 始超時出錯處理返 回判斷上次測量是否超時啟動一次新的測量NY 圖5-3 16Hz時基中斷流程圖開 始關(guān)外部中斷INT0，部分標志清零讀取本次測量值存入緩存，并進行數(shù)據(jù)初步處理返 回圖5-4 P3.2外部中斷流程圖開 始使16Hz時基中斷，以控制發(fā)射信號返 回當次信號發(fā)射后是否超過4ms數(shù)據(jù)處理使INT0外部中斷等待檢測回波信號本次測距的四次測量是否結(jié)束NNY Y 圖5-5 超聲波發(fā)射控制流程圖在設(shè)計中，驅(qū)動超聲波換能器的40KHz是以14個脈沖的序列發(fā)射出去的，也就是說是以脈沖的形式進行發(fā)射

51、的。超聲波測距模塊中有40KHz方波的產(chǎn)生電路，所以在AT89C2051對發(fā)射的控制也就是對40KHz方波產(chǎn)生電路的使能控制；14個40KHz的脈沖序列的時間為350us，在程序是用延時來實現(xiàn)的。    用戶每查詢一次距離，在系統(tǒng)中設(shè)計為要進行四次的測量；這四次測量的間隔時間用16Hz的時基中斷來控制的。每一次測量，先發(fā)射14個40KHz脈沖，然后時間基準計數(shù)器開始計時，當發(fā)射時間過4ms時，才打開外部中斷P3.2，等待回波反射到接收頭。發(fā)射后等待4ms是因為：壓電式的電聲傳感器一般都會存在余波干擾，而有部份聲波會沿電路板直接傳到接收頭，經(jīng)接收電路的5000倍放大

52、后，系統(tǒng)就有可能會把它誤認為反射回來的回波信號。而指向性也是超聲波傳換能器的一個重要性能指標，指向性不好的換能器在狹小且復(fù)雜的環(huán)境是無法進行測量的。所以，傳感器的特性決定了本系統(tǒng)的最小測距為：70cm。本文主要給出測距部分程序流圖，說明編程思路，以及采用AT89C2051處理器的計時部分的程序。5.2.2 測速部分程序設(shè)計本系統(tǒng)采用兩個中斷子程序,外部中斷INT0（其功能是來一個脈沖就產(chǎn)生中斷,并調(diào)用除法子程序,計算轉(zhuǎn)速）及定時中斷T0。（計周期,定時器定時136s,并計數(shù)在一個脈沖內(nèi)有x個136s)其主程序框圖,如圖5-6所示。在此僅給出程序流程圖，詳細程序見附錄。顯示位置初值計數(shù)器清零內(nèi)部

53、RAM初始化中斷初始化中斷置初值顯示器初始化開計時器中斷Out為0，不計數(shù)Out t為1，未將十進制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)為二進制轉(zhuǎn)速若out t=0顯示位置初值低8位、高8位清0二進制轉(zhuǎn)速低8位送p1口二進制轉(zhuǎn)速高8位送p3口 等待中斷圖5-6 測速模塊程序流程圖5.2.3 報警電路部分程序設(shè)計報 警 器 的 軟 件 采用C語言編譯。系 統(tǒng) 聯(lián) 調(diào) 時 發(fā) 現(xiàn) ，當 檢 測 環(huán) 境 比 較 復(fù) 雜 時 ，檢 測值 會 出 現(xiàn) 常 數(shù) 0或 隨 機 數(shù) 的 現(xiàn) 象 ，因 此 ，實 際 檢 測 并不 是 以 一 次 檢 測 值 進 行 計 算 的 ，而 是 將 本 次 檢 測 值 與之 前 連 續(xù)9 次 的 檢

54、 測 值（ 共10次 ）進 行 比 較（ 取 平 均值 ），從 而 得 出 一 個 最 終 檢 測 結(jié) 果 ，再 計 算 出 距 離 ，根據(jù) 距 離 所 屬 的 范 圍 報 警 。檢 測 一 次 所 需 時 間 為50ms。初始化發(fā)射脈沖監(jiān)測處理器管腳是否低電平計 時計時是否超時報 警數(shù)據(jù)處理N Y N Y 圖5-7 報警模塊程序流程圖一 般 報 警 程 序 中 所 需 的 時 間 參 數(shù) 都 是 由 定 時 器通 過 硬 件 計 數(shù) 進 行 中 斷 控 制 ，但 是 超 聲 波 檢 測 中 ，在發(fā) 射 信 號 期 間 不 允 許 中 斷 ，否 則 導(dǎo) 致 發(fā) 射 信 號 頻 率 不精 確 ；

55、同 時 在 檢 測 過 程 中 如 果 產(chǎn) 生 定 時 器 中 斷 ，也 會給 計 數(shù) 帶 來 誤 差 。 因 此 ， 報 警 程 序 不 采 用 中 斷 方 式 ，而 是 將 檢 測 報 警 所 需 的 時 間 參 數(shù) 與 單 次 檢 測 時 間（50ms）結(jié) 合 起 來 ，將 蜂 鳴 器 的 鳴 響 頻 率 和 LED的 閃動 頻 率 規(guī) 定 為500ms，即 檢 測10次 的 時 間 ，相關(guān)程序見附錄5.2.4 顯示部分程序設(shè)計。MC14499每次可接收的串行數(shù)據(jù)最多為20位，而AT89C2051單片機由于是8位機，每次送出的數(shù)據(jù)并非一定是20位。當AT89C2051單片機送出的數(shù)據(jù)多于

56、20位時，MC14499接收的將是最后20位數(shù)據(jù)，20位以前多余的數(shù)據(jù)在移位過程中被后來的數(shù)據(jù)擠出；當AT89C2051單片機送出的數(shù)據(jù)少于20位時，MC14499在接收移位過程中將保留一部分移位寄存器中原來的數(shù)據(jù)。 AT89C2051單片機每次發(fā)送完數(shù)據(jù)后，必須將MC14499使能端置位。這是因為MC14499進行譯碼輸出的并非是其移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，而是其鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。將使能端置位有兩個作用：第一，禁止MC14499再接收外來數(shù)據(jù)；第二，將移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)送入鎖存器中，以提供譯碼輸出 6 總 結(jié)通過這個學期的畢業(yè)設(shè)計，我學習到了很多東西。這也是我大學以來第一次在老師的幫助下自行設(shè)計一個完整的系統(tǒng)。雖然期間遇到了很多麻煩，但最終還是在老師和同學的幫助和自己的努力下做好了我的設(shè)計。從剛開始的查資料，到現(xiàn)在的即將完成的整個畢業(yè)設(shè)計，有效的使我對整個大學階段的專業(yè)知識進行了系統(tǒng)的學習和運用，同時也是對我整個大學的學習總結(jié)。記得剛開始，面對這個畢業(yè)設(shè)計題目，自己一點思路都沒有，不知道