汽車防碰撞電路

1、大學生科技創(chuàng)新活動汽車倒車防碰撞電路設(shè)計 摘要 本論文介紹的是利用超聲波測距法設(shè)計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。本設(shè)計是基于STC89C52單片機最小系統(tǒng)作為控制核心，由超聲波模塊，電機驅(qū)動模塊，電源模塊和報警顯示模塊等幾個模塊所組成的汽車倒車防碰撞電路系統(tǒng)。主要利用超聲波的特性，將超聲波測距系統(tǒng)和STC89C52單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于STC89C52單片機的汽車倒車防碰撞報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和易操作的特點。關(guān)鍵字 單片機 超聲波 STC89C52引言隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的快速發(fā)展，我國汽車的擁有量在大幅增加，其數(shù)量已經(jīng)躋身到世界各國的前列，與此同時也造成道

2、路擁堵，交通事故頻發(fā)，給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了巨大的損失。安全駕駛已然成為大家關(guān)注的焦點，其中汽車防碰撞系統(tǒng)的設(shè)計和需求顯得非常重要和迫切。針對這種情況，設(shè)計一種響應快、可靠性高，穩(wěn)定性強且較為經(jīng)濟的汽車防碰撞報警系統(tǒng)勢在必行。所謂的汽車倒車防碰撞報警系統(tǒng)即是俗稱的倒車雷達，是汽車泊車輔助裝置。在汽車倒車時，倒車雷達采用超聲波測距原理探測汽車尾部離障礙物的距離。當汽車尾部離障礙物的距離達到探測的報警范圍時，倒車雷達通過一些人性化的提示來給駕駛員發(fā)出預警，以警示駕駛員，輔助駕駛員安全倒車，為駕駛員的倒車安全提供保證和方便。汽車倒車雷達預警系統(tǒng)的運用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強度，降低

3、倒車難度，避免駕駛員因方向感不強、判斷和操作失誤而引起的事故，同時它將對提高汽車智能化水平和最終實現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。因此有市場需求的產(chǎn)品，必然會帶動產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，現(xiàn)在市場上的的倒車雷達種類較多。幾乎道路上的所有的中高檔小轎車都配置有各種倒車雷達。需求的提高必然會迫使產(chǎn)品的技術(shù)不斷更新。本設(shè)計是一種基于單片機控制的倒車防碰撞系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用通用型單片機作為核心控制器，方便系統(tǒng)功能擴展。系統(tǒng)電路主要采用集成器件構(gòu)成，外圍元件少，電路簡潔、調(diào)試方便、成本低，利于商品化生產(chǎn)。在此設(shè)計過程中將研究的主要方向集中到超聲波測距的應用和如何使用單片機來控制整個系統(tǒng)。超聲波在現(xiàn)在的科學技術(shù)中的應用

4、也是很廣泛的。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦裕瓷?，折射，干涉，衍射，散射。與物理緊密聯(lián)系，應用靈活。并且更適合與高溫，高粉塵，高濕度和高強電磁干擾等惡劣環(huán)境下工作。 超聲波可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點。超聲波測距是利用計算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸來測量距離的，對被測目標無損害，而且超聲波傳播速度在相當大范圍內(nèi)與頻率無關(guān)。超聲波的這些獨特優(yōu)點越來越受到人們的重視。因此，本次設(shè)計所要研究的幾個方面是很有意義的。既能把以前所學習的電子電路技術(shù)回顧，又能使用單片機的控制理論來講這些模塊綜合到一起，使它們能夠完成特定的功能，

5、最有趣的是學習了超聲波測距這種傳感技術(shù)。我覺得能夠運用目前所學到的知識來解決一些問題就是這次課程設(shè)計意義的所在。1 系統(tǒng)總體設(shè)計1.1 設(shè)計要求及主要功能設(shè)計要求是設(shè)計一種能自動探測汽車與物體距離，在距離小于設(shè)定值能夠報警的防撞電路。電路主要以超聲波傳感器、信號接收處理電路、單片機控制電路、報警電路等組成。主要功能是所設(shè)計的智能避障小車，它是以STC89C52作為主控制器，用超聲波模塊來測量小車與障礙物之間的距離，并將信號發(fā)給主控制器。用L298N芯片驅(qū)動直流電機，執(zhí)行主控制器命令，控制小車的前進，并用LED燈和蜂鳴器報告檢測出前方有障礙物。在小車的行進過程中按照超聲波測距模塊的測量范圍在四位

6、數(shù)碼管上相應的顯示出小車與障礙物之間的距離。并且當其測量距離小于預設(shè)報警值時，蜂鳴器會發(fā)出警報，小車停止前進。1.2 系統(tǒng)功能模塊定義根據(jù)設(shè)計要求，我按照由主及次的原則大致勾勒出該設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖，需要如下所示的幾個模塊：51單片機最小系統(tǒng)超聲波測距模塊數(shù)碼管顯示模塊蜂鳴器報警模塊直流電機驅(qū)動模塊電源模塊電源模塊1.3 總體方案本次設(shè)計的防碰撞小車，設(shè)計思路如下：采用與MCS系列完全兼容的STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能、COMS微處理器。片內(nèi)具有8字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫Flash存儲器，256×8位內(nèi)RAM，STC89C52可構(gòu)成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積

7、，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。驅(qū)動采用L298N這款芯片，主要的特點是功率強大，可以加載高達46V的電壓，并且提供兩組IN口便于對兩個輪子進行PMW速度調(diào)制控制。超聲波模塊采用計時器中斷計時的方法，算法簡單有效，并且程序中采取超時控制防止出現(xiàn)無限大的數(shù)據(jù)，在允許的測量范圍內(nèi)以增加測量的精確度。電源模塊采用六節(jié)干電池 (9V) 串聯(lián)做電源，利用LM2940芯片轉(zhuǎn)換成5V穩(wěn)定電壓為小車的各個模塊供電。功率上達到設(shè)計要求，并且是很好的穩(wěn)定的直流電源，避免了電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)化時出現(xiàn)的電流不穩(wěn)定現(xiàn)象，一定程度上降低了電路的復雜程度。LED與蜂鳴器的設(shè)計發(fā)揮了安全的報警作用，有較強的實用性，為系統(tǒng)人性化設(shè)計增

8、添了色彩。具體實施辦法如下：(1) 在小車前進過程中STC89C52芯片向超聲波傳感器模塊Trig口發(fā)送長度大于10us的脈沖信號，使超聲波發(fā)射電路工作向前方發(fā)送超聲波進行測量，此時STC89C52芯片中定時計數(shù)器開始計時；當超聲波遇到障礙物反射被，超聲波接收電路收到反射波時，將測得的高電平信號通過Echo口傳給主控制器，只有出現(xiàn)低電平時，計數(shù)器開始中斷計時STC89C52根據(jù)時間差值檢測法公式：S =T *1.7/10 (cm) 計算出距離。(2) 主控芯片STC89C52根據(jù)設(shè)定的報警距離判斷前方是否出現(xiàn)了障礙物，如果判斷是，則驅(qū)動蜂鳴器報警，小車停止前進。(3) 利用主控芯片分別對兩個直

9、流電機發(fā)送連續(xù)的具有一定占空比的矩形脈沖進行PWM小車速度調(diào)制，在沒有障礙物的情況下，車輪直流電機收到一定的脈沖寬度則小車走的是勻速直線運動；當STC89C52芯片判斷出有障礙物時，則小車得到脈沖寬度為零的PWM，從而達到避障的目的。2 系統(tǒng)硬件單元設(shè)計2.1 主控單元電路設(shè)計2.1.1 主控芯片介紹本次的設(shè)計采用的是STC89C52單片機，它是40個引腳的雙列直插式封裝形式，各個引腳功能說明如圖2.1所示。 圖2.1 STC89C52芯片管腳圖VCC：電源，接+5VGND：接地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

10、用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。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TTL 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）。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

11、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：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3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STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳將持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。看門狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振

12、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默認狀態(tài)下，復位高電平有效。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，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。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AL

13、E 使能標志位（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。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。定時/計數(shù)器：(1)MCS-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器：定時/計數(shù)器T0和定時/計數(shù)器T1，52子系列有三個，還有一個定時/計數(shù)器T2。(2)每個定時/計數(shù)器既可以對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以對外部信號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能，通過編程設(shè)定來實現(xiàn)。(3)每個定時/計數(shù)器都有多種工作方式，其中T0有四種工作方式；T1有三種工作方式，T2有三種工作方式。通過編程設(shè)置其方式寄存器TMOD可設(shè)定定時器工作

14、于某種方式，方式寄存器TMOD格式見表2.1所示。表2.1 定時/計數(shù)器的方式寄存器TMODGATEC/M1M2GATEC/M1M2門 控開/關(guān)計數(shù)/定時方式選擇門 控開/關(guān)計數(shù)/定時方式選擇 T1 T0 GATE：門控信號。GATE=0，TRx=1時即可啟動定時器/計數(shù)器工作，是一種自啟動的方式；GATE=1,TRx=1, =1時才可啟動定時器/計數(shù)器工作。即是引腳加高電平啟動，是一種外啟動方式。C/：定時或計數(shù)方式選擇位，當C/=1時工作于計數(shù)方式；當C/=0時工作于定時方式。M1、M0：為工作方式選擇位，定時器/計數(shù)器的四種工作方式由M1M0設(shè)定。(4) 每一個定時/計數(shù)器定時計數(shù)時間到

15、時產(chǎn)生溢出，使控制寄存器TCON中相應的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理：TF1：定時/計數(shù)器T1的溢出標志位，當定時/計數(shù)器T1計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T1中斷。進入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR1：定時/計數(shù)器T1的啟動位，可由軟件置位或清零，當TR1=1時啟動；TR1=0時停止。TF0：定時/計數(shù)器T0的溢出標志位，當定時/計數(shù)器T0計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T0中斷。進入中斷處理后由內(nèi)部硬件電路自動清除。TR0：定時/計數(shù)器T0的啟動位，可由軟件置位或清零，當TR0=1時啟動；TR0=0時停止。中斷：STC89C52有6個中斷源：兩個外部中

16、斷（ 和），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。2.1.2 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(1) 整體電路設(shè)計該設(shè)計的整體電路圖見論文后面的附錄。(2) 復位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即 4.755.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器

17、穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。復位電路圖見下圖2.2所示。圖2.2 復位電路圖圖2.3振蕩電路圖(3)振蕩電路晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏谶@個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它會組成并聯(lián)諧振電路 。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就波振蕩電路，由于晶振等效為電感頻率范圍很窄所以即使其它參數(shù)元件很大，這個震蕩器的頻率也不會有

18、很大變化。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。振蕩電路圖見圖2.3。2.1.3 電源電路穩(wěn)壓電源是單片機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術(shù)指標和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高有效率的開關(guān)電源所取代，特別是單片機開關(guān)電源的迅速推廣應用，為

19、設(shè)計新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。本設(shè)計采用的是6節(jié)1.5V的干電池串聯(lián)組成電源，然后使用LM2940穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為單片機的使用電壓。圖2.4電源電路圖 2.2 超聲波測距單元設(shè)計2.2.1 設(shè)計要求本次設(shè)計的測距單元電路主要采用超聲波傳感器模塊HC-SR04，達到基本的測距功能。該模塊可提供2-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度高達3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器與控制電路。2.2.2 超聲波測距的基本原理超聲波是高于聽覺頻率閾值的機械波，其頻率在104Hz1012Hz 之間。超聲波具有直線傳播特性，頻率越高，反射能力越強，而繞射能力越弱，表現(xiàn)出更強的方向性。利用超聲波的

20、這種特性，采用時間差值檢測法(常稱渡越時間檢測法)進行距離的測量。其工作原理是：聲波發(fā)射探頭向介質(zhì)發(fā)射超聲波，聲波遇到目標后有反射回波作用到接收探頭，測量發(fā)射時刻與接收時刻的時間差T，然后根據(jù)以下公式計算距離S：S=CT/2 其中C 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(m/s)。由于超聲波在空氣中傳播速度與溫度有關(guān)。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償?shù)膯栴}。空氣中的聲速C 與溫度T(單位：°C)的關(guān)系可以表示為：C331.45+0.607T 2.2.3 超聲波收發(fā)電路(1)超聲波發(fā)射電路:經(jīng)實驗測量當加在40KHz 超聲波探頭的激勵電流大于30mA 時，測量距離將不在增加，只有通過升壓的

21、辦法來加大激勵能量。驅(qū)動電路采用通用的升壓芯mc34063 將5V 電壓升壓到40V，然后作為驅(qū)動三極管的電源電壓。由STC89C52 單片機產(chǎn)生的10個脈沖信號送入三極管Q1 基極， 經(jīng)Q1、Q2 功率放大，最后驅(qū)動發(fā)射超聲波探頭工作。發(fā)射電路如圖2.5所示。 圖2.5 超聲波發(fā)射電路(2)超聲波接收電路:超聲波在空氣中傳播，遇到目標物體反射的回波信號，加到超聲波接收探頭上，由于壓電效應產(chǎn)生微弱電壓信號，輸出的這種回波信號是mV 級甚至更低的電壓信號，必須要經(jīng)過放大電路的信號放大才能進行進一步處理。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?？紤]到紅外

22、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2.6所示。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2.6 超聲波接收電路2.2.4 模塊端口功能介紹VCC接5V電源。GND接地。TRIG觸發(fā)控制信號。ECHO回響信號輸出。在操作中采用IO口的TRIG觸發(fā)測距，提供至少10us的高電平信號。該模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。若有信號返回，則通過ECHO引腳輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間便是超

23、聲波從發(fā)射到返回的時間。2.3 小車電機驅(qū)動模塊設(shè)計2.3.1 驅(qū)動控制芯片的介紹(1)主要特性：L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是工作電壓高， 最高工作電壓可達46V，輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端， 使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。L298N內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)

24、動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。(2)引腳排列及功能：L298N采用15腳Multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。內(nèi)部包含：兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器A與B（每個全橋由4只PNP型三極管構(gòu)成）；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。引腳排列如圖2.7所示。圖2.7 L298N引腳圖2.3.2 驅(qū)動電路的設(shè)計小車驅(qū)動電路是由L298N芯片和74HC04反相器組成，L29

25、8N的IN1和IN2口分別接反相器的正反相得引腳，然后接到主控芯片的P35，P36口，IN3和IN4接法一致；ENABLE腳是使能端，用于接收主控芯片輸出的PWM信號，控制小車的速度；OUT口接直流電機，是L298處理過的信號電流，驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動；SENGSING口和GND口是接地，Vs和Vss是電源接口，是小車運動的能量源。驅(qū)動電路圖如圖2.8所示。用L298驅(qū)動兩臺直流減速電機的電路。引腳6，9可用于PWM控制。本設(shè)計項目只要求直行前進，則將5，10和7，12兩對引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機的兩個端口給出PWM信號控制6，11即可實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動作。電機的速度通過PWM (

26、 脈沖寬度調(diào)制 )來調(diào)節(jié)。對直流電動機電壓的控制和驅(qū)動中，L298N在使用上可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。在線性放大驅(qū)動方式中，半導體功率器件L298N工作在線性區(qū)。那么采用PWM脈寬調(diào)制的優(yōu)點就是：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小。當然也存在缺點，例如：功率芯片工作在線性區(qū)會發(fā)生功率低和散熱問題嚴重。 圖2.8 驅(qū)動電路圖 2.3.3 小車PWM速度調(diào)節(jié)PWM( Pulse Width Modulation )是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓

27、力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。如圖2.9所示，在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，則電機的平均速度為50%，最大速度100%，最小速度0。在本次設(shè)計中為了能使超聲波模塊更加精確的測距，我選擇了較小的占空比來降慢速度。 圖2.9 PWM方波2.4 報警顯示模塊設(shè)計2

28、.4.1 報警電路小車所使用的報警器是蜂鳴器。當小車離障礙物之間的距離小于預警值時，蜂鳴器會發(fā)出聲音報警。蜂鳴器會一直報警直到小車與障礙物之間的距離大于預警值。下圖2.10即為小車的報警電路設(shè)計圖。圖2.10 蜂鳴器報警電路2.4.2 顯示單元電路顯示單元能夠直觀的看出小車與障礙物之間的距離，包括行進過程中和報警停車的位置與障礙物之間的距離。現(xiàn)有以下三種方案：方案1：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.方案2：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字

29、、符號等的點陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。1602的驅(qū)動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實效果如：清屏、左移右移、光標顯示。但是對于只顯示三位溫度值顯得浪費，又考慮到其價格較高，運用起來的復雜性，所以也不用此來顯示。方案3：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)字顯示器件，通過控制相應的二極管的狀態(tài)顯示相應的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動電路驅(qū)動相應的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設(shè)計應采用動態(tài)顯示方式。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時間

30、應不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應用數(shù)碼管顯示。綜合比較上述三種方案，結(jié)合實際的測量范圍我采用數(shù)碼管顯示來組成本設(shè)計的顯示模塊。驅(qū)動電路如下圖2.11所示： 圖2.11 數(shù)碼管顯示電路 上圖電路由74LS245和四位一體數(shù)碼管組成，然后它的引腳統(tǒng)一由主控單元控制。下面分別介紹一下他們的特性及用法。74LS245：三態(tài)輸出的總線收發(fā)器。用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當80

31、51單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸，此為接收狀態(tài)；DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸，此為發(fā)送狀態(tài)。當CE為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。 由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。P0口與74LS245輸入端相連,E端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入（P0.1D1），其它時間處于輸出（P0.1D1）。 數(shù)碼管：數(shù)碼管按段數(shù)

32、可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到電流約10mA左右的電壓端，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時

33、，相應字段就不亮。本設(shè)計我選用的是四位一體共陰極數(shù)碼管來顯示。3 系統(tǒng)軟件單元設(shè)計3.1 軟件實施流程圖主要完成超聲波的產(chǎn)生、計時、計算以及結(jié)果顯示的功能，它包括主程序、計算子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序以及定時中斷子程序。主程序主要完成寄存器、變量等的初始化、超聲波的出發(fā)以及部分子程序的調(diào)用。中斷子程序是用來響應回波信號，當有回波信號時，立即停止計時，然后轉(zhuǎn)入計算程序。程序流程圖如圖3.1所示。 圖3.1 系統(tǒng)軟件流程圖4 總體調(diào)試4.1 總體電路圖 圖4.1 總體電路圖4.2 調(diào)試步驟按照總體電路圖的設(shè)計，將各個模塊電路與主控單元電路依次連接好。詳細步驟如下：(1)首先測試各個模塊電路的工作情況，并且做下記錄。(2)在保證各個模塊能正常工作的前提下，按照總體電路圖，將各個模塊的端口對應好組裝在一起，為整個電路系統(tǒng)提供電源。(3)將已經(jīng)編譯成功的程序下載到STC89C52單片機中。(4)打開電源開關(guān)，設(shè)定好報警距離(10-150cm)，然后開始測試。(5)小車開始行進，設(shè)定報警距離為30cm，當小車與障礙物之間的距離小于30cm時，小車的報警蜂鳴器發(fā)出聲響。4.3 調(diào)試結(jié)果按照上述步驟測試后，小車能夠按照設(shè)定的預警距離報警并且停車，達到了預期的目標。5 制作過程問題與分析在本次設(shè)計的過程中，