基于單片機的車用測距系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機的車用測距系統(tǒng)設(shè)計I摘 要伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為許多家庭不可或缺的組成部分。許多經(jīng)驗不足的駕駛員因倒車鏡死角，目測距離有誤，視線模糊等原因而造成倒車事故。此設(shè)計首先介紹了超聲波及超聲波測距的原理，再對設(shè)計的硬件組成進行介紹，此部分主要包括單片機、超聲波測距模塊、顯示電路及溫度補償電路。根據(jù)超聲波從發(fā)送到接收之間的時間從而計算出測距裝置距離障礙物之間的距離。應(yīng)用于實際生活中可提高駕駛員的安全行車系數(shù)。關(guān)鍵詞：單片機;超聲波;測距 IIAbstractWith the development of economy in our country, the car has b

2、ecome an integral part of many families. Many inexperienced drivers for the mirror blind angle; visual distance is flawed, blurred vision and other reasons caused by the reverse accident. This design first introduced the ultrasound scanning ultrasonic ranging principle, to introduce the design of ha

3、rdware circuit, this part mainly includes single chip microcomputer, the ultrasonic ranging module, and display circuit and temperature compensate circuit. According to the ultrasonic time between sending and receiving and dome is calculated the distance between the obstacle distances. Applied to re

4、al life can improve the drivers safe driving factor.Keywords: single-chip; ultrasonic; measurementIII目 錄1 緒論.11.1 課題研究的目的與意義.11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.12 超聲波測距.22.1 測距傳感器選擇.22.2 超聲波簡介.32.3 超聲波傳感器的介紹.33 硬件電路設(shè)計.53.1 單片機 AT89C51.53.2 超聲波測距模塊.63.2.1 超聲波測距模塊介紹.63.2.2 超聲波測距時序.83.3 顯示器 LCD1602.83.3.1 液晶顯示器的優(yōu)點.83.3.2 LC

5、D1602 主要參數(shù)以及引腳功能.93.4 數(shù)字溫度傳感器.104 系統(tǒng)軟件設(shè)計.104.1 主程序設(shè)計.114.2 液晶顯示模塊.114.3 溫度測量模塊.124.4 超聲波測量模塊.124.5 主程序部分.135 結(jié)論.14參考文獻.15致 謝.1611 緒論1.1 課題研究的目的與意義經(jīng)濟的發(fā)展給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便捷，汽車的保有率不斷的增加，已經(jīng)成為許多家庭十分重要的組成部分，在方便我們生活的同時也帶來了許多不可避免的問題，比如道路的擁堵問題，因此許多城市鼓勵大家在出行之時乘坐公共交通工具，同時安全問題也變得尤為突出，特別是在倒車的時候許多駕駛員依靠后視鏡進行倒車，而這不可避免

6、的會造成視覺盲區(qū)，留下來安全的隱患，去多事故是在倒車的時候發(fā)生，為此設(shè)計一個輔助倒車的測距裝置變的尤為重要，在駕駛員無法對后面距離經(jīng)行準確判斷時經(jīng)行及時的提示，本設(shè)計結(jié)合單片機、傳感器裝置進行設(shè)計，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，反映靈敏，適應(yīng)不同環(huán)境的優(yōu)點1，從而避免因駕駛員對距離判斷的錯誤而產(chǎn)生的安全事故，以保證汽車行駛的安全性。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀測量技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來極大的便捷,人們在尋求準確快速的測量方式時發(fā)現(xiàn)超聲波具有方向性好，在傳播過程中能量的衰減緩慢，適應(yīng)較長距離測量的優(yōu)點，而廣泛的使用超聲波進行距離的測量，在實際的應(yīng)用中其反映敏捷，精度較高，所以，在利用傳感器技術(shù)和自動控制技

7、術(shù)兩者相結(jié)合的測距方案中，超聲波因其獨特的優(yōu)點而被廣泛的使用。利用超聲波可以制作實現(xiàn)比如測距儀以及物位測量儀等裝置?？梢杂脕頊y量液位、流量、溫度、粘度、厚度等，并在無損探傷、運動物體防撞等方面取得良好的應(yīng)用。因其運用非接觸的方法進行測量，與光學(xué)的或電磁的方法相比較，它對環(huán)境的適應(yīng)性好，也不受被測物體自身因素的干擾，特別適合在空氣中傳播2。目前超生波測距的技術(shù)發(fā)展的比較成熟，測量的精度已經(jīng)可以達到毫米的級別，而且穩(wěn)定性也相當高。雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但同時也面臨著急需人們解決的問題。比如在對測量精度有更高的需求時，其測量的精度已經(jīng)無法滿足使用的需要。當需要經(jīng)行超遠距離測量時，因超聲波能量的衰

8、減，而無法準確感知被反射信號。高精度和遠距離的測距裝置成本太高，不符合使用需要，針對以上存在的問題，國內(nèi)外的研究人員正努力的經(jīng)行研究。研究的主要內(nèi)容包括：超聲波反射后信號脈沖的處理、換能裝置的改進、發(fā)射脈沖選取等等，通過進行溫度補償，提高接收裝置的敏感度等方法克服超聲波測距裝置在使用中外界因素的干擾，而達到精確測量的目的?，F(xiàn)在國內(nèi)的研究成果主要有：運用最小均方自適應(yīng)時延估計算法，對超聲波反射脈沖信號進行處理。使用一體化的換能器和專用的脈沖發(fā)生器，提高精確度，采用功率驅(qū)2動芯片和升壓變壓器等，還通過超聲波測距儀專用集成電路通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，來提高測量時間差到微秒級，以及用溫度傳感

9、器來進行聲波傳播速度的補償后，其高精度超聲波測距儀也可以達到毫米級的測量精度。通過運用最新的技術(shù)不斷提高超聲波測距的精度和距離3。國內(nèi)的超聲波測量品牌有古大，飛鷹，百特等。因其產(chǎn)品運用領(lǐng)先的技術(shù)而走在前列。國外的超聲測量技術(shù)也同樣迅速發(fā)展。國外西門子，E+H，HAWK 的產(chǎn)品比較齊全，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠4。目前的倒車雷達依靠非接觸式測量技術(shù)的提升而得到不斷的發(fā)展，測量的精度不斷的提高，功能也日趨強大，最初的提示裝置只能進行語言的提示，到后來的蜂鳴器根據(jù)汽車距離障礙物的距離而發(fā)出不同頻率的聲音進行報警，從第三代開始加入了數(shù)碼管顯示，結(jié)合語音報警給駕駛員更直觀的提示。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，其同樣

10、被引入倒車雷達系統(tǒng)，取代數(shù)碼管顯示，可以給駕駛員更加豐富全面的畫面顯示。現(xiàn)在的無線倒車雷達運用無限連接技術(shù)可以使控制器和顯示屏之間進行無限連接。與最初的雷達相比已經(jīng)有了很大的提升。相信隨著各項新技術(shù)的發(fā)展。倒車雷達將不再僅僅局限于倒車測距上面，隨著車內(nèi)環(huán)境檢測，車載影音等功能的加入，它將變成一個超級智能化系統(tǒng)。測距技術(shù)的發(fā)展給駕駛員提高了強有力的安全保障?？萍嫉陌l(fā)展給人們帶來了永無止境的探索之路。2 超聲波測距2.1 測距傳感器選擇傳感器是論文設(shè)計的重要組成部分，它是把那些不被人們直接感知到的被測量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于人們應(yīng)用、處理的另一參量。由于傳感器的種類繁多，而且性能差異也比較大，因

11、此在實際的選擇時需要根據(jù)使用的要求和傳感器的性能來經(jīng)行選擇，目前比較常用的測距傳感器主要有激光測距傳感器、紅外線測距傳感器、超聲波測距傳感器。下面將對其經(jīng)行簡要介紹：（1）激光測距傳感器激光具有傳光性能好和傳導(dǎo)方向性強的優(yōu)點，激光傳感器很好的利用了激光在傳導(dǎo)過程中的優(yōu)點很好的克服了其它傳感器方向性差、傳輸距離近、易受干擾的缺點。它工作的原理是由激光傳感器向測量物體發(fā)射出激光脈沖，經(jīng)障礙物反射由接收傳感器接收反射后的激光脈沖信號，通過計算處理激光脈沖從發(fā)射到接收所用的時間即可測定出激光傳感器與被測物體之間的距離。激光在傳輸?shù)倪^程中由于衰減緩慢，所以其適應(yīng)遠距離的測量，而且速度很高，并且對微弱信號

12、也有良好的感知，但由于激光對身體的安全3性和較高的使用成本，激光傳感器更適用于特殊條件下的應(yīng)用5。（2）紅外線測距傳感器紅外線又名紅外輻射，是一種不可見光，它位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。工程上把紅外線所占據(jù)的波段分為近紅外、中紅外、遠紅外和極紅外四個部分。由于紅外線在不同距離下的衰減程度不同，主要是因為傳播介質(zhì)的吸收和散射。因此由被測物體反射回來的信號強度也各不相同，紅外線傳感器利用其這一特點進行距離測量，但由于紅外線在傳輸過程中衰減明顯，影響其測量的準確性，因此其適用于近距離的測量。（3）超聲波傳感器超聲波是一種振動頻率超過 20000Hz 的機械波。人耳已經(jīng)無法對其進行感知，

13、超聲波是由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，在發(fā)射時將電能轉(zhuǎn)換為機械震蕩產(chǎn)生超聲波發(fā)射出去，在接收超聲波時再將其轉(zhuǎn)換為電能，因此其由發(fā)送器和接收器組成。超聲波在傳輸?shù)倪^程中衰減緩慢適合不同距離的測量需求，在實際應(yīng)用中好于紅外傳感器，但其制作成本高于紅外傳感器。為了滿足測量精度的需要，以及從各方面的考慮，結(jié)合超聲波傳感器的優(yōu)點，其更符合實際測量的需要。通過比較上述三種傳感器，激光傳感器在測量精度以及對各種測量環(huán)境下的適應(yīng)性最好，但其制作成本卻高于其傳感器，在安全性方面遜色與另外兩種傳感器。而且在實際的測距應(yīng)用中，具有很多干擾因素，因此就需要傳感器具有很高的抗干擾能力，綜合各方面對比，選用超聲

14、波傳感器作為此設(shè)計方案的傳感器探頭。2.2 超聲波簡介赫茲(Hz)指的是聲音的振動頻率，它由聲音每秒所振動的次數(shù)所決定，我們?nèi)硕苈牭降臋C械波稱為聲波，低于人類聽覺下限的機械波稱為次聲波，而超聲波是頻率高于20000 赫茲的聲波，我們?nèi)硕芨兄曇舻臉O限最高頻率為 20000Hz，而超聲波因其頻率下限超過人的聽覺上限而得名。超聲波在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中，能量的衰減小，穿透性強，方向性好，適應(yīng)各種介質(zhì)下長距離的測量和較高的測量精度要求，并且具有較快的反映速度的優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及廣大領(lǐng)域都有深入的應(yīng)用，并取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。給人類的生產(chǎn)生活帶來了極大的便捷6。2.3 超聲波傳感器的

15、介紹超聲波在檢測中，首先需要把超聲波發(fā)射后進行接收，轉(zhuǎn)換成電信號，實現(xiàn)這一功能的就是超聲波傳感器，也稱超聲波換能器。超聲測距從原理上分為脈沖反射式、共振式兩種。從兩種方法的對比而言，利用超聲波反射測距，更為簡單便捷。它是利用壓電4材料的壓電效應(yīng)制成的，發(fā)射探頭利用逆壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為超聲波，接收探頭利用正壓電效應(yīng)將超聲波振動轉(zhuǎn)換為電信號。它在工作時是由傳感器向測量物體發(fā)射出脈沖信號，經(jīng)障礙物反射由接收傳感器接收反射后的脈沖信號，通過計算處理脈沖信號從發(fā)射到接收所用的時間即可測定出傳感器與被測物體之間的距離7。在這里我們把測量距離用 D 表示ctD21 （2.1）式中c超聲波傳播的速度；t脈

16、沖信號從發(fā)射到接收所用的時間。從表達式可以看出，傳感器與被測物體之間的距離是有所用時間和聲波的速度決定，而它們在測量時的準確性，直接影響測距距離的精確性。在單片機的計時精度方面，可以選用 12MHz 的晶振，使定時間達到精確的 1s。超聲波在不同環(huán)境條件下的速度各不相同，它會隨著外界因素的變化而變化，通過它的關(guān)系式我們可以進一步了它的決定因素，其關(guān)系表達式為：KTcMRTc27310 （2.2）式中R氣體的普適常數(shù)，為 8.314kg/mol。氣體定壓熱容和定容熱容的比值，空氣的比值為 1.40。M氣體的相對分子質(zhì)量，空氣為 28.810-3kg/mol。T氣體的熱力學(xué)溫標， T=273K+t

17、，t 代表攝氏溫標。c00時聲波的速度，為 331.4m/s。由上式可知，傳播環(huán)境的溫度在超聲波波速的影響中有著舉足輕重的地位，溫度與波速的關(guān)系，如表 2.1 所示。超聲波隨溫度的升高而變快，而且傳播速度在不同溫度條件下差別很大。因此，通常對測量精度要求比較高時，通過溫度補償?shù)姆椒▉硖岣呔仁且环N非常有效的措施。忽略溫度的影響時，一般認為 340m/s 是超聲波在空氣中的傳播速度。表表 2.1 波速與氣溫的關(guān)系表波速與氣溫的關(guān)系表5項目數(shù)值溫度-30-20-100102030405060100聲速/( ms)3133193253323383443503563613673883 硬件電路設(shè)計3.

18、1 單片機 AT89C51單片機即單片微型計算機 SCMC（Single Chip MicroComputer） 。又稱為微控制器MCU（Microcontroller Unit） 。它是把具有很多邏輯功能系統(tǒng)的集成到一塊電路芯片上，與其它微機相比較，單片機具有體積小、價格低、性能強大、速度快、用途廣、靈活性強、可靠性高的優(yōu)點8。本設(shè)計的 MCU 采用的是 AT89C51 單片機。它具有功能較強，價格較低的優(yōu)點。Flash 的可反復(fù)擦寫程序存儲器能有效的降低開發(fā)成本。并能使單片機多次重復(fù)利用，外形采用 40 個引腳雙列直插的封裝，每個引腳有固定的序號和名稱。其引腳圖如右圖 3.1。AT89C5

19、1 的引腳功能有：1.主電源引腳。VSS 電路接地電平。VCC 正常運行和編程校驗+5V 電源。2.時鐘源XTAL1 和 XTAL2 分別為晶體震蕩電路的反向器輸入端和輸出端。3.控制、選通或復(fù)用RST/VPD第 9 腳，RESET 是復(fù)位信號的輸入端口。當單片機正常運行時，通過該引腳輸入脈寬為 2 個以上機器周期的高電平復(fù)位信號到單片機。在 VCC 掉電期間，此引腳(即 VPD)可接通備用電源，以保持片內(nèi) RAM 信息不受破壞。第 30 腳，輸出允許地址鎖存信號。在訪問外部存儲器時，ALE 用PROGALE/來鎖存 P0 口送出的低 8 位地址信號。是對 8751 內(nèi)部 EPROMB 編程時

20、的編程脈沖PROG圖 3.1 AT89C51 的引腳圖6輸入端第 29 腳，外部程序存儲器的讀選通信號。PSEN第 31 腳，訪問外部程序存儲器控制信號。VPPEA/4.多功能 I/O 端口P0 口第一功能是一個 8 位漏極開路型的雙向 I/O 口，這時 P0 口可看做用戶數(shù)據(jù)總線，第二功能是在訪問外部存儲器時，分別提供 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線，這時先做地址總線在做數(shù)據(jù)總線。P1 口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。P2 口第一個功能是一個內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。第二個功能是在訪問外部存儲器時，輸出高 8 位地址。P3 口第一個功能是一個內(nèi)部帶上拉

21、電阻的 8 位準雙向 I/O 口。在系統(tǒng)中，這 8個引腳都有各自第二功能，如下表 3.1 所示表表 3.1 P3 口第二功能定義口第二功能定義端口引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入）P3.1TXD （串行輸出）P3.20INT （外中斷 0 輸入）P3.31INT （外中斷 1 輸入）P3.4T0 （定時/計數(shù)器 0 外部輸入）P3.5T1 （定時/計數(shù)器 1 外部輸入）P3.6WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號）3.2 超聲波測距模塊根據(jù)實際的生產(chǎn)生活和和傳感器的參數(shù)指標，結(jié)合其它因素的綜合考慮，在此設(shè)計中使用 HC-SR04 超聲波集成模塊。它在 0.2

22、5m 的范圍內(nèi)可以達到誤差在 0.3cm 的準確測量，滿足在實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)精度要求。另外其工作頻率可以穩(wěn)定在 40 kHz 進行工作9。HC-SR04 超聲波模塊有發(fā)射和接收兩個探頭組成，由于發(fā)射和接收探頭處在同一水平線上，因而其可以保證測量的準確性。而且超聲波在傳播的過程中收到溫度等其它因素的影響，兩個探頭距離太近可能會產(chǎn)生脈沖信號的相互干擾，保持兩個探頭的合理位置，對測量的結(jié)果同樣至關(guān)重要，參考相關(guān)設(shè)計，兩探頭比較理想的距離在75cm8cm，HC-SR04 模塊兩探頭的距離為 6 cm，滿足設(shè)計的要求。3.2.1 超聲波測距模塊介紹超聲波測距模塊有超聲波發(fā)射與接收電路和控制電路三個部分組

23、成。工作的原理以及工作的步驟：(1)通過 IO 口 TRIG 觸發(fā)來進行測距，給不少于 10us 的高電平信號;(2)接收電路自動感知被障礙物反射后的脈沖信號。(3)感知到反射后的脈沖信號時，通過 IO 口 ECHO 輸出高電平，持續(xù)高電平的時間由脈沖信號從發(fā)射到接收所決定。聲波測距模塊 HC-SR04 實物如圖 3.2 所示，實物規(guī)格如圖 3.3 所示，電氣參數(shù)見表3.2所示，超聲波測距原理如圖 3.4 所示 圖 3.2 測距模塊 HC-SR04 實物圖圖 3.3 超聲波測距模塊 HC-SR04 規(guī)格圖8表表 3.2 超聲波測距模塊超聲波測距模塊 HC-SR04 的電氣參數(shù)的電氣參數(shù) 電氣參

24、數(shù)HC-SR04超聲波測距模塊工作電壓DC 5 V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15 度輸入的觸發(fā)信號10uS 的 TTL 脈沖輸出的回響信號輸出 TTL 電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm3.2.2 超聲波測距時序超聲波測距時序圖如圖 3.5 所示。圖 3.5 超聲波測距時序圖從時序圖我們可以看出，超聲波模塊循環(huán)發(fā)出 8 個 40kHz 的脈沖需要一個大于 10uS的持續(xù)時間的觸發(fā)信號。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號，回響電平輸出與檢測距離成比例。測量時間由模塊內(nèi)部信號發(fā)出到接收到反射信號的時間決定。另外特別需要注意的是對模塊進行連接時

25、應(yīng)先關(guān)閉電源，以免對模塊的正常工作產(chǎn)生影響10。93.3 顯示器 LCD1602目前，在顯示電路中比較常用的顯示類型分別為 LCD 和 LED 這兩種，LED 數(shù)碼管是由若干個發(fā)光二極管組合而成的，通過單片機的控制實現(xiàn)不同數(shù)碼管的發(fā)光以達到不同的顯示效果，它由共陰極和共陽極兩種11。與 LCD 相比它的亮度比較高，成本低，但沒有 LCD 顯示靈活，外形美觀。3.3.1 液晶顯示器的優(yōu)點最終綜合各方面因素，結(jié)合設(shè)計的實際需要本系統(tǒng)最終選擇液晶顯示器 LCD1602 做為顯示電路，因為其具有以下幾個優(yōu)點12：(1)顯示質(zhì)量高與陰極射線顯示器（CRT）最大的不同之處在與，液晶顯示器的每個顯示點的色彩

26、和亮度不需要反復(fù)的進行刷新，其可以保持恒定的顯示。因此，液晶顯示器的畫質(zhì)高且不會閃爍。與數(shù)碼管相比其顯示內(nèi)容可以靈活豐富多變。(2) 數(shù)字式的接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加便捷可靠。(3)體積小、重量輕、功耗低液晶顯示器以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕。而且與其它顯示器相比其功耗要更低。LCD1602 顯示器實物如圖 3.6 所示。圖 3.6 LCD1602 顯示器3.3.2 LCD1602 主要參數(shù)以及引腳功能1LCD1602 主要參數(shù)：顯示容量:162 個字符芯片的工作電壓:4.55.5V10工作電流:2.0

27、mA(5.0V)模塊的最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm2LCD1602 引腳功能說明LCD1602 分為有背光和無背光的兩種，分別為 14 引腳和 16 引腳，在實際使用中可以根據(jù)實際的需要而選擇是否帶有背光的功能，其它引腳的功能完全相同，顯而易見帶背光的顯示功能可以適應(yīng)夜晚無其它光源照的條件，以此在本論文中選擇具有背光功能的顯示器，引腳接口說明如表 3.3 所示。表表 3.3 各引腳接口說明表各引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/

28、寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極3.4 數(shù)字溫度傳感器在超聲波的介紹過程中，了解到超聲波在實際的應(yīng)用中會因為外界環(huán)境的影響造成衰減近而導(dǎo)致測量結(jié)果的改變，而得到準確的測量結(jié)果正是我們的需求所在，因為溫度對超聲波波速的影響有著舉足輕重的地位，為了彌補溫度對超聲波波速的影響，需要對其進行溫度補償。經(jīng)過對比最終認為 DS18B20 是一個比較理想的溫度傳感器，其內(nèi)部具有唯一的標識碼，每個傳感器的標識碼各不相同。而且在體積、功耗、抗干擾性方面都有突出的優(yōu)勢。DS18B20 具有以下特性：(1)單線的接口方式能夠?qū)崿F(xiàn)單片機與傳感器的雙

29、向數(shù)據(jù)通訊，連接簡單(2)多點multidrug能力使分布式溫度檢測應(yīng)用變得簡化(3)不需要其它外部元件(4)可以使用數(shù)據(jù)線供電(5)不需要備份的電源(6)可以實現(xiàn)-55至+125溫度范圍內(nèi)的準確測量11(7)以 9 位數(shù)字值的方式讀出溫度(8)在 1 秒典型值內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字(9)用戶可定義的非易失性溫度告警設(shè)置4 系統(tǒng)軟件設(shè)計通過上文的介紹，已經(jīng)對超聲波測距系統(tǒng)不可或缺的硬件部分做了介紹，單純依靠硬件部分無法完成整個測距系統(tǒng)的實現(xiàn)，各個硬件需要通過單片機的控制與數(shù)據(jù)處理進行工作，下面將對系統(tǒng)的軟件部分進行說明。4.1 主程序設(shè)計單片機是整個系統(tǒng)的核心，而主程序是整個單片機程序的主體，在單

30、片機的控制與數(shù)據(jù)處理下完成整個系統(tǒng)的實現(xiàn)，主程序的流程圖如圖 4.1 所示。 圖 4.1 主程序流程圖4.2 液晶顯示模塊顯示模塊控制 LCD1602 液晶顯示屏顯示，關(guān)鍵點在于先根據(jù)液晶顯示模塊工作時序圖設(shè)計寫指令程序和寫數(shù)據(jù)程序，然后根據(jù)上兩個程序設(shè)計初始化程序和顯示程序13。本部分包括延時若干毫秒程序 delay(uchar c)，寫入指令程序 WriteInstruction(unsigned char dictate)，寫入數(shù)據(jù)程序 WriteData(unsigned char y)，LCD1602 初始化程序 lcd_init()和顯示程序 void show(uchar p,u

31、char *s,uint low)。其中顯示程序如下：void show(uchar p,uchar *s,uint low)12uint num;WriteAddress(p); /寫入地址 pfor(num=0;numlow;num+) /寫入數(shù)組 s作為數(shù)據(jù) /數(shù)組內(nèi)字符的個數(shù)為 lowWriteData(snum);delay(1);4.3 溫度測量模塊溫度測量模塊主要是控制 DS18B20 溫度傳感器完成溫度測量，設(shè)計要點是先設(shè)計溫度測量模塊讀命令程序和寫命令程序，再根據(jù)以上兩個程序逐步編寫測溫程序。本部分包括延時若干微秒程序 delay1(uint z)，DS18B20 初始化程序

32、 DS18B20_Init()，DS18B20 讀命令程序 read_bey()，DS18B20 寫命令程序 write_bey(uchar det)，讀出溫度程序 temperature()，溫度處理程序 get_temp()和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 TempConvert(long int tep)。其中溫度處理程序如下： uint get_temp()uchar h,l;DS18B20_Init(); /初始化溫度傳感器delay(6);write_bey(0 xcc); /跳過 romwrite_bey(0 xbe); /發(fā)讀內(nèi)部 9 字節(jié)內(nèi)容指令l=read_bey(); /讀前兩個字即溫

33、度h=read_bey();temp1=h; /溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換temp1=temp18;temp1=temp1|l;t_temp=temp1*0.0625;temp1=t_temp*10+0.5;return temp1;134.4 超聲波測量模塊超聲波模塊循環(huán)發(fā)出 8 個 40kHz 的脈沖需要一個大于 10uS 的持續(xù)時間的觸發(fā)信號。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號，所以需要在計時器打開的時候由 P1.0 端口發(fā)送8 個 40kHz 的脈沖，持續(xù)的時間大于 10uS，在檢測到反射回的脈沖信號后進入中斷程序，然后關(guān)閉計時器 T0。通過計時器的計時時間計算出測距模塊距離障礙物的距離。這部分包括

34、運行程序 void yunxing()和 HC-SR04 數(shù)據(jù)處理程序:void DistanceConvert(long int dat)。其中運行程序如下：void yunxing()uint j,k;for(j=0;j10;j+) /測量 10 次Tx=1; /發(fā) 1 次脈沖給 trip 端，則其自 動產(chǎn)生 8 個 40kHz 脈沖并發(fā)出超 聲波NOP();NOP();NOP();NOP();Tx=0; /發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷v=0.0607*temp1+331.5; /通過溫度計算當前超聲波速度distance=v*n/4424; /計算距離zonghe+=distance;di

35、stance=zonghe/10; /求測量 10 次距離的平均值外部中斷程序如下：void int0() interrupt 0n=(TH0*256+TL0); /取出定時器計時個數(shù)TH0=0; /重置定時器TL0=0;144.5 主程序部分主程序主要控制整體系統(tǒng)的工作流程。主程序如下：void main()lcd_init(); /液晶顯示器初始化delay(5);TMOD=0 x19; /設(shè)定定時器工作方式EA=1; /打開計時和各個中斷TR0=1;EX0=1;IT0=1;while(1)temperature(); /溫度測量和處理get_temp();yunxing(); /利用超聲

36、波測量距離DistanceConvert(distance); /距離和溫度數(shù)據(jù)處理TempConvert(temp1);show(0 x04,temp,5); /設(shè)置顯示屏上行顯示溫度show(0 x44,dis,8); /設(shè)置顯示屏下行顯示距離5 結(jié)論經(jīng)過近段時間的努力，在老師和同學(xué)的幫助下我完成了畢業(yè)設(shè)計的工作，在經(jīng)行畢業(yè)設(shè)計的過程中，運用所學(xué)的知識解決了我在設(shè)計中遇到的一些問題，使自己的思考能力有了進一步的提高，在做設(shè)計的過程中我查閱了很多相關(guān)的資料，并認真的閱讀這些與我設(shè)計相關(guān)的資料。不僅是我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，而且知識的儲備也有了進一步的增加。同時我復(fù)習(xí)了許多專業(yè)課的知識，使我的專業(yè)知識在離校之前得到了進一步的15鞏固。這對我以后的學(xué)習(xí)和工作都有很大的幫助。同時在