基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計

邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGEPAGEII摘要本文介紹了一種基于STC89C52單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，主要論述了超聲波測距的基本工作原理、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)硬件電路以及軟件流程的設(shè)計。由于超聲波受外界溫度的影響較大，本設(shè)計在數(shù)據(jù)處理中采用溫度補(bǔ)償技術(shù)對超聲波的傳播速度進(jìn)行修正。單片機(jī)對超聲波發(fā)射信號與接收信號之間的時間差和修正后的真實(shí)傳播速度進(jìn)行分析、處理，計算出精確的距離，并通過LCD實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。同時，系統(tǒng)根據(jù)障礙物與車尾的距離遠(yuǎn)近情況，發(fā)出不同頻率的聲光報警信號，使駕駛者得到及時提醒，降低倒車事故的發(fā)生率。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，且具有性價比高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，為中低端汽車市場開辟了一條汽車防撞的新道路。關(guān)鍵詞：超聲波；STC89C52；溫度補(bǔ)償；測距。

ABSTRACTThisarticleintroducesasystemofreversingradarbasedonSTC89C52singlechipcomputer,mainlyelaboratedthebasicprincipleofultrasonicranging,thestructurecompositionofthesystem,thedesignofhardwarecircuitandsoftwareflowchart.Thetemperaturehasastronginfluenceonthespeedofultrasonic,thusthesystemadoptsthetemperaturecompensationamendmenttoeliminatetheeffectoftemperatureonsoundvelocityindataprocessing.Bymeasuringthetimedifferencebetweentheultrasonictransmittingsignalandreceivingsignal,correctingtherealpropagationvelocity,thesinglechipMCUanalyzesandprocessesthedata,thencalculatestheaccuratedistance.Simultaneously,throughtheLCDdisplaythedistanceonrealtime.Accordingtothedistancebetweentailstockandobstacles,thesystemwillsendsoundandlightalarmsignalofdifferentfrequenciestowarndriverstobecarefulsoastodecreasethefrequencyofaccidents.Experimentalresultsshowthat,thesystemwhichmeetstherequirementsofparkinghascost-effective,strongstabilityandbroadapplicationprospects.Itwillbreakanewpathforthemarketofthemediumcarsandthelow-endcarsforthecarcollisionavoidance.Keywords:ultrasonic;STC89C52;temperaturecompensation;distancemeasure目錄TOC\o"1-2"\u摘要 IABSTRACT II第1章緒論 11.1課題研究的背景與意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本文的主要研究內(nèi)容 3第2章超聲波測距的基本原理 52.1超聲波簡介 52.2超聲波測距原理 5第3章倒車?yán)走_(dá)的硬件系統(tǒng)設(shè)計 93.1超聲波收發(fā)電路設(shè)計 93.2單片機(jī)系統(tǒng)電路 10第4章倒車?yán)走_(dá)的軟件系統(tǒng)設(shè)計 164.1倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計方案 164.2主程序設(shè)計 164.3超聲波測距子程序 184.4顯示子程序 194.5報警子程序 19第5章系統(tǒng)調(diào)試與分析 245.1調(diào)試分析的一般過程 245.2硬件調(diào)試 245.3軟件調(diào)試 255.4汽車倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)調(diào)試 255.5調(diào)試故障及原因分析 255.6測試結(jié)果分析 26第6章結(jié)束語 27參考文獻(xiàn) 28附錄I源程序代碼 29附錄II系統(tǒng)原理圖 37致謝 38邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章緒論1.1課題研究的背景與意義世界上第一輛汽車是由德國的發(fā)明家卡爾·本茨發(fā)明的，自它問世以來，汽車工業(yè)發(fā)展歷史已經(jīng)有120多年了。隨著汽車保有量的不斷增加、駕駛員人數(shù)的遞增、道路通行能力逐漸飽和、駕駛環(huán)境日益惡化，交通事故的發(fā)生率也在不斷地增長[1]。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國在2011年共發(fā)生道路交通事故21.1萬起，死亡人數(shù)達(dá)到6.2萬，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過10億。另外，世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《道路安全全球現(xiàn)狀報告》指出，全球每年至少有127萬人的生命被交通事故奪走，傷害死亡的首位原因也由曾經(jīng)的自殺傷害被道路交通傷害所取代。報告同時預(yù)測：如果道路交通安全仍然按照現(xiàn)在的狀況發(fā)展的話，2030年全球由道路交通事故導(dǎo)致的死亡人數(shù)將高達(dá)240萬人。在所有的道路交通事故中，倒車引發(fā)的事故約占總數(shù)的一半，其極高的發(fā)生頻率引起了社會和交通部門的高度重視，技術(shù)人員對汽車倒車安全的研究也隨之興起。國內(nèi)外研究成果表明：只有駕駛員在交通危險出現(xiàn)的1.5秒之前正確操縱，90%的交通事故才有可能避免發(fā)生。但事實(shí)表明，依靠駕駛員的心理警覺與生理反應(yīng)來操縱車輛以避免或者降低交通事故的發(fā)生，是一件極不可靠的事情[1]。因此，人們在控制安全車距的操作上提出了更智能的要求，希望汽車能夠擺脫駕駛員通過后視鏡來估算汽車與車后障礙物之間的距離的傳統(tǒng)倒車預(yù)警方式，能夠具備一種安全智能技術(shù)從而更有效地解決倒車事故問題，消除不安全因素，提高汽車駕駛的安全性、便捷性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2據(jù)美國的最新統(tǒng)計表明，因各種原因造成的車輛碰撞追尾事故占公路交通事故總量的90%左右。因此，要降低公路交通事故，必須降低車輛碰撞事故的發(fā)生，而汽車碰撞技術(shù)的不斷發(fā)展及其廣泛應(yīng)用有利于降低汽車碰撞事故發(fā)生。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國公路級別水平的不斷提升，尤其是高速公路的快速發(fā)展，車流量越來越大，并且汽車行駛速度也越來越快，導(dǎo)致汽車碰撞事故發(fā)生率越來越高。造成汽車碰撞的原因非常復(fù)雜，既有人為自身的因素，也有車輛本身的因素，也包括公路、氣象等外界的環(huán)境因素。在諸多因素中，造成汽車碰撞的主要原因還是人為自身因素。所以，國內(nèi)外許多科學(xué)家都在研究怎樣利用先進(jìn)的技術(shù)，即汽車避撞技術(shù)，來輔助汽車駕駛?cè)藛T對影響公路交通安全的人、車、道路等環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和觀測，在緊急情況下由系統(tǒng)自動對車輛進(jìn)行駕駛操縱、輔助引導(dǎo)駕駛?cè)藛T進(jìn)行應(yīng)急處理、避免汽車相撞事故的發(fā)生。1.2倒車?yán)走_(dá)，又稱汽車防撞報警系統(tǒng)，根據(jù)使用傳感器的不同，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)可以分為紅外線式、激光式、電磁感應(yīng)式、超聲波式等類型。由于紅外線式系統(tǒng)抗干擾性差、激光式系統(tǒng)價格昂貴、電磁感應(yīng)式系統(tǒng)只能動態(tài)檢測障礙物，所以市面上的倒車?yán)走_(dá)通常采用具有指向性強(qiáng)、耗能低、在傳播距離遠(yuǎn)、不受環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)的[2]超聲波作為檢測手段。隨著科技的進(jìn)步，超聲波倒車?yán)走_(dá)的種類日益增多，技術(shù)也日趨成熟。第1代——鳴笛器提示倒車時，根據(jù)車體與障礙物之間距離的遠(yuǎn)近改變電路中的電壓或電流，使轟鳴器發(fā)出不同頻率的警報聲。警報聲的頻率越快，表示障礙物離車輛越近。該倒車?yán)走_(dá)沒有語音和距離顯示提示，雖然駕駛者知道車后有障礙物，但并不能確定具體確切的距離數(shù)值，幫助并不是很大[3]。第2代——數(shù)碼波段顯示系統(tǒng)對超聲波傳感器探測到的距離進(jìn)行處理，并將結(jié)果送給顯示設(shè)備以顯示車后障礙物與車體的距離。這一代最初的產(chǎn)品分別采用數(shù)碼和波段兩種顯示方式，數(shù)碼顯示的產(chǎn)品能直接顯示距離數(shù)字，而波段顯示的產(chǎn)品則由紅黃綠3種顏色來代表距離遠(yuǎn)近。之后的產(chǎn)品將這兩種提示方式組合在一起，具有性價比高、普及面廣等特點(diǎn)，但其反應(yīng)速度不夠快，且沒有聲響，警示效果并不好。第3代——液晶顯示屏動態(tài)顯示除了采用不同等級的聲音提示以外，系統(tǒng)將汽車模型的圖案以及汽車周圍障礙物的方位和距離標(biāo)識動態(tài)顯示在液晶顯示屏上，使駕駛員得到更加清晰、直觀的提示。缺點(diǎn)是此系統(tǒng)的抗干擾能力較差，誤報情況較多[4]。第4代——魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)采用了最新的超聲雷達(dá)技術(shù)，通過電腦的高速控制超聲波傳感器探測汽車2m以內(nèi)的障礙物，并以直觀的數(shù)值顯示和不同等級的聲音提示來提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)將倒車?yán)走_(dá)、后視鏡、免提電話融為一體，并設(shè)計了語音提示功能[5]，但是該設(shè)備的造價較高。第5代——整合影音系統(tǒng)將車后情況通過攝像頭的拍攝以將圖象方式傳送給單片機(jī)。單片機(jī)在收到圖象、轉(zhuǎn)向角、車身轉(zhuǎn)角和車速等信號后，對倒車軌跡和距離進(jìn)行測算，最后將引導(dǎo)汽車停車的路線以圖像的形式顯示在屏幕上以提示駕駛員如何操縱方向盤。整合影音系統(tǒng)擁有高級影音系統(tǒng)能夠播放高清畫質(zhì)的DVD影片[6]。該系統(tǒng)專門為高檔汽車生產(chǎn)，不利于中低端市場的推廣。1.3本文的主要研究內(nèi)容本課題的設(shè)計采用超聲波檢測和單片機(jī)系統(tǒng)的汽車倒車?yán)走_(dá)。該倒車障礙物檢測系統(tǒng)主要采用的是\o"超聲波"超聲波\o"傳感器"傳感器技術(shù)，它可以探測附近的障礙物，為駕駛者提供倒車警告以及輔助泊車的功能。它是利用超聲波來探測倒車路徑上或者車輛附近存在的障礙物，并且能夠及時發(fā)出警告。此設(shè)計的檢測系統(tǒng)能夠同時提供聲光并茂的聽覺和視覺警告，當(dāng)汽車與障礙物不同距離時，發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員以不同的車速倒車或者及時停車。設(shè)計一個基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)以下功能：溫度補(bǔ)償，提高測量精度；實(shí)時液晶屏顯示車輛與障礙物之間的距離和溫度；當(dāng)與障礙物之間距離小于1m，1.50m，0.25m,發(fā)出不同頻率的聲光警報。本文論述的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波測距模塊、DS18B20溫度補(bǔ)償模塊、LCD數(shù)值顯示模塊、聲光報警模塊等部分組成。系統(tǒng)整體框架如圖1.1所示。MCUSMCUSTC89C52電源電路復(fù)位電路晶振電路聲光報警模塊LCD顯示模塊超聲波測距模塊溫度補(bǔ)償模塊圖1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖各主要模塊所完成的具體功能如下：單片機(jī)最小系統(tǒng)：以STC89C52單片機(jī)為核心，外接晶振電路和復(fù)位電路，控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行，對各種接口電路進(jìn)行控制；超聲波測距模塊：由單片機(jī)控制系統(tǒng)、超聲波測距傳感器組成，用來完成汽車與障礙物之間的距離測量；溫度補(bǔ)償模塊：由單片機(jī)控制系統(tǒng)和DS18B20溫度傳感器組成[7]，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高測距精度；顯示報警模塊：由單片機(jī)控制系統(tǒng)、顯示模塊和聲光報警模塊組成，用來實(shí)時顯示汽車與障礙物的距離，同時通過蜂鳴聲和發(fā)光二極管閃爍報警提示提醒駕駛員注意。當(dāng)汽車處于倒車狀態(tài)時，接通倒車?yán)走_(dá)的電源，DS18B20傳感器開始檢測周圍環(huán)境溫度并實(shí)時傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)檢測到的溫度確定此時超聲波真正的傳播速度。另外，STC89C52單片機(jī)通過編程產(chǎn)生頻率為40kHz的脈方波，該信號經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后進(jìn)入超聲波傳感器，并使超聲波發(fā)射引腳發(fā)出超聲波，于此同時啟動定時器工作。根據(jù)超聲波的反射性原理，超聲波接收引腳接收超聲波回波信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，該信號經(jīng)放大器放大整形后送至比較器，當(dāng)比較器的輸出由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綍r，單片機(jī)啟動中斷程序并讀取定時器記錄的時間，即超聲波發(fā)射信號與超聲波接收信號之間的時間差。通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，計算得出車尾與障礙物的距離并送至LCD數(shù)碼管顯示，同時觸發(fā)聲光報警模塊電路。單片機(jī)通過上述的循環(huán)檢驗不斷給駕駛者實(shí)時的警報提示，直至汽車退出倒車運(yùn)行控制狀態(tài)。第2章超聲波測距的基本原理2.1超聲波簡介超聲波頻率大于等于20KHz，診斷超聲波頻率一般范圍在0.5-80MHz，其中3-10MHz最常用。超聲波可由多種物理能量轉(zhuǎn)變而成，需經(jīng)過換能器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。目前最常用的換能器是壓電陶瓷即壓電晶體，在交變電場的作用中產(chǎn)生厚度的交替改變即聲振動：當(dāng)電場交變頻率與壓電晶體的固有頻率一致時，換能器的電轉(zhuǎn)換效率最高，即晶體的振幅最大。壓電晶體常具有兩種可逆的能量轉(zhuǎn)變效應(yīng)：由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷軙r稱逆壓電效應(yīng)；相反，由聲波的壓力變化傳至壓電晶體后其兩端的電極隨聲波的壓縮（壓力）與張弛（負(fù)壓）發(fā)生正負(fù)電位交替變化，稱正壓電效應(yīng)。在逆壓電效應(yīng)中壓電晶體成為超聲發(fā)生器；在正壓電效應(yīng)中壓電晶體成為回聲接收器。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石等。2.2超聲波測距原理隨著科技的發(fā)展以及人們對超聲波測距的不同需求，市面上的超聲波傳感器的種類越來越多。不同型號的超聲波傳感器產(chǎn)生的超聲波頻率、聲波特性各不相同，因此其使用范圍也不相同。就目前而言，較為常用的超聲波發(fā)生器采用壓電陶瓷作為換能材料，將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的壓電式超聲波發(fā)生器。為了使測量的距離更加精確，超聲波的回波功率必須要足夠多，因此傳感器產(chǎn)生的超聲波頻率必須要合理。經(jīng)數(shù)據(jù)分析和大量實(shí)驗表明，頻率為40kHZ的超聲波波長短、方向性好、能夠呈射線定向傳播，界面反射較為顯著，在空氣中的傳播效率最佳。所以，大多數(shù)超聲波傳感器的超聲波信號頻率都為40kHZ左右[8]。利用超聲波傳感器測距的方法有很多種，本設(shè)計采用渡越時間法，即往返時間檢測法。將超聲波傳感器安裝在汽車的尾部，單片機(jī)驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，當(dāng)其遇到障礙物便會反射回來，該回波又作用于超聲波傳感器，使之將機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為電信號。單片機(jī)通過計時器，計算出超聲波發(fā)射與接收信號之間的時間差，再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度來計算出車尾與障礙物的距離。假設(shè)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度為c，超聲波發(fā)射時定時器記錄的時間為t1,超聲波接收時定時器記錄的時間為t2，則所測的障礙物與車尾之間的距離L為：（2-1）如果在實(shí)際操作中，超聲波傳感器工作環(huán)境的溫度變化較大，為了提高測量的精確度，通常應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。圖2.1即為超聲波測距的具體流程圖。定時器顯示器振蕩器調(diào)制器接收檢測器電聲換能器計時器控制電聲換能器定時器顯示器振蕩器調(diào)制器接收檢測器電聲換能器計時器控制電聲換能器聲波在其傳播介質(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(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計算出來。2.2.1影響精度的因素分析(1)發(fā)射和接收時間對測量精度的影響分析采用TR40壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射是由單片機(jī)來控制，發(fā)射頻率為40KHz，當(dāng)忽略脈沖電路對硬件產(chǎn)生的延時時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精準(zhǔn)度是很可靠的。而對于接收到的回波來說，當(dāng)超聲波在空氣介質(zhì)中傳播時，其過程中會有很大的衰減，并且衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設(shè)測量設(shè)備的基準(zhǔn)面距被測物距離為h，那么超聲波在空氣中傳播的的波動方程為： （2-2）由以上公式很容易知道，超聲波在傳播過程中存在衰減，并且超聲波頻率越高，衰減越快，然而頻率的增高對提高超聲波的指向性是很有利的。經(jīng)以上的分析，超聲波回波在傳播過程中的幅值存在衰減很大，收到的回波信號有可能十分微弱，如果要判斷捕獲到的第一個回波來確定準(zhǔn)確的接受時間，就必須對接收信號進(jìn)行足夠的放大，反之不正確的判斷回波時間，就會對超聲波測量的精度產(chǎn)生很大影響。(2)當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析超聲波測距測量精度受當(dāng)?shù)芈曀俚挠绊懕仁瞻l(fā)時間的影響更加嚴(yán)重。超聲波在大氣中的傳播速度是受介質(zhì)氣體的密度、溫度以及氣體分子成分影響的，即： （2-3）由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦蝗Q于氣體的溫度，所以要獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У靥岣叱暡y距的測量精度。氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俪Ｓ门c工程上，其公式如下： （2-4）式中C0=331.4m/s；其中T為絕對溫度，單位K。此公式一般可以為聲速的換算提供比較準(zhǔn)確的結(jié)果。在實(shí)際情況下，溫度每上升或下降1℃,聲速將增加或者減少0.607m/s，這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此提高超聲波測量精準(zhǔn)度的最重要任務(wù)的就是獲得精準(zhǔn)的當(dāng)?shù)芈曀?。對于時間誤差主要是由發(fā)送計時點(diǎn)以及接收計時點(diǎn)的準(zhǔn)確性確定，為了可以提高計時點(diǎn)選擇的準(zhǔn)確性，所以本文提出了對發(fā)射信號以及加收信號通過校正方式實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計時要求。除此之外，如果要求測距誤差小于1mm時，首先假定超聲波速度為C=344m/s(20℃室溫)，并且忽略聲速傳播的誤差。那么測距的誤差s△t<0.000002907s，即2.907ms。通過以上計算容易得知，當(dāng)超聲波傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，并且測量的距離傳播時差值的精度只要達(dá)到了微秒級，就可以保證測距的誤差小于1mm的誤差。當(dāng)使用的12MHz晶體作為時鐘基準(zhǔn)的STC89C52單片機(jī)定時器可以方便的計數(shù)到要求的1μ的精度，因此如果系統(tǒng)采用STC89C52定時器就可以確保時間誤差保證在1mm空氣密度是影響超聲波傳播速度的主要原因，如果空氣密度越高那么超聲波的傳播速度也就越快，并且空氣的密度又和溫度有著緊密的關(guān)系。因此，測量精度和溫度有著直接關(guān)系，本文中采用的是DS18B20溫度傳感器，其對外界的溫度進(jìn)行測量，并且在軟件中可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。2.2.2提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(1)溫度校正的方法提高測距精度由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式(2-4)求出當(dāng)?shù)芈曀?，進(jìn)而能夠獲得很高的測量精準(zhǔn)度。而問題的關(guān)鍵是獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。采用熱敏電阻或者熱電耦等都可以獲得比較準(zhǔn)確的溫度值。為了方便對溫度信號數(shù)據(jù)采集以及處理，我們采用DALASS公司生產(chǎn)的DS18B20集成溫度的傳感器。DS18B20采用DALASS公司的1-WIRE總線專利技術(shù)，可以僅在占用控制器一個I/O口的情況下工作下，極大的方便使用者的調(diào)試以及使用，而且其在－10℃～＋85℃的工作環(huán)境下能夠保持±0.5%使用精準(zhǔn)度，在這個空間內(nèi)可以保證為超聲波測距的設(shè)備提供充分的精度范圍。通過DS18B20芯片獲得的數(shù)據(jù)信號通過1-WIRE總線傳至MCU，通過軟件進(jìn)行聲速的換算。為了可以更好的實(shí)現(xiàn)換算的過程并且同時兼顧設(shè)備的使用成本，因此采用宏晶公司的最新推出的STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測距的各項功能。STC89C52采用了低功耗、強(qiáng)抗干擾設(shè)計，并且當(dāng)在最高支持頻率48MHz的前提下可以實(shí)現(xiàn)1個時鐘機(jī)械周期運(yùn)行速度。因為能夠使用高頻率晶振，所以相對于普通單片機(jī)來說可以有效的降低由計時問題帶來的量化誤差，可以滿足比較高精準(zhǔn)度超聲波測距儀的設(shè)計要求。(2)標(biāo)桿校正的方法提高測距精度當(dāng)在復(fù)雜環(huán)境下，當(dāng)難于獲得環(huán)境溫度，或不方便獲得環(huán)境溫度時，如果依舊要求比較高的測量精準(zhǔn)度，我們可以采用所謂標(biāo)桿校正方法來實(shí)現(xiàn)超聲波測距精度的校正。其校正的示意圖如圖2.2所示。TTR基平面（標(biāo)桿）超聲波測距裝置被測物圖2.2標(biāo)桿校正的示意圖通過超聲波測距裝置測量距離已知為h的基平面（標(biāo)桿）聲波往返所用的時間，然后利用測得的時間以及距離h。并且根據(jù)公式(2-4)求出當(dāng)?shù)芈曀?。利用這樣的方法，我們就可以順利地求出聲速，并且省去了使用傳感器測量溫度所帶來的麻煩。所以，只需為測距設(shè)備設(shè)定“標(biāo)定”以及“測量”兩種狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)溫度校正所能夠?qū)崿F(xiàn)的高精準(zhǔn)度的測距功能。第3章倒車?yán)走_(dá)的硬件系統(tǒng)設(shè)計研制一臺智能儀器是一個復(fù)雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能要求和擬定總體設(shè)計方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能的測試等等。軟件的設(shè)計應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計原則，在總體概況設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設(shè)計的程序應(yīng)該達(dá)到可讀性、可理解性、可維護(hù)性、有效性、可修改性。3.1超聲波收發(fā)電路設(shè)計本設(shè)計采用的HC-SR04超聲波傳感器[9]內(nèi)含超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路，能夠提供2～400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度高達(dá)3mm。其實(shí)物如圖3.1所示。HC-SR04的各引腳功能如下：引腳1：VCC引腳，+5V工作電源；引腳2：TRIG信號發(fā)射引腳，提供的高電平信號至少為10us；引腳3：ECHO信號接收引腳，有收到超聲波返回信號時輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間即為超聲波傳感器從發(fā)射到接收超聲波的時間；引腳4：GND引腳，接地。圖3.1HC-SR04超聲波傳感器為了擴(kuò)大視線范圍，減小盲區(qū)，本設(shè)計采用1個HC-SR04超聲波傳感器，傳感器被平均安裝在車尾，獨(dú)立工作。這個傳感器的引腳2分別連接單片機(jī)的P2.6口，引腳3分別連接單片機(jī)的P2.7口。當(dāng)單片機(jī)上電工作后，超聲波傳感器的引腳2就開始源源不斷地產(chǎn)生超聲波，遇到障礙物后反射回來的超聲波信號由引腳3接收，經(jīng)過單片機(jī)的分析比較處理，探頭中測得的距離為系統(tǒng)最后確定的車尾與障礙物的距離。其引腳連接電路如圖3.2所示。圖3.2HC-SR04超聲波測距電路3.2單片機(jī)系統(tǒng)電路3.2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)自從問世以來，它一直是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的單片機(jī)有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS-51由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，價格低等特點(diǎn)，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。89C52是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由美國的Atmel公司生產(chǎn)八位單片機(jī)。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機(jī)。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，STC89C52比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為AT89C52的單片機(jī)，STC89C52本身帶有8K的內(nèi)存儲器。STC89C52管腳圖如圖3.3所示。下面介紹STC89C52的主要管腳功能如下：圖3.3STC89C52管腳圖VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/O口；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。由于本課題的需要用到單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)器和定時器，所以在這里有必要介紹定時器/計數(shù)器的工作原理。首先，先看看定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖：圖3.4定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理圖從上面定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，16位的定時/計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用來存放定時或者計數(shù)初始值的。除此之外，它內(nèi)部有一個8位定時器方式寄存器TMOD以及一個8位定時控制寄存器TCON。并且這些寄存器之間都是通過內(nèi)部總線以及控制邏輯電路連起來的。選定定時器的工作方式主要是利用TMOD；控制定時器的啟動停止主要是用TCON，此外TCON也可以用來保存T0、T1的溢出以及中斷標(biāo)志。當(dāng)定時器工作于計數(shù)方式時，那么外部事件就通過引腳T0（P3.4）或T1（P3.5）輸入。當(dāng)定時器/計數(shù)器工作在計數(shù)方式時，就可以通過引腳T0和T1來對外部信號進(jìn)行計數(shù)，而外部脈沖的上升沿也將觸發(fā)計數(shù)。一般來說，計數(shù)器在每個機(jī)器周期的S5P2期間對采樣引腳進(jìn)行電平輸入。假如一個機(jī)器周期的采樣值為0，而下一個機(jī)器周期的采樣值為1，那么計數(shù)器加1。隨后的機(jī)器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。因此檢測一個由0至1的跳變需要有兩個機(jī)器周期，由于本課題所利用的是計數(shù)器T0、定時器T1，并且是工作在工作方式1。所以以下重點(diǎn)介紹工作方式1的特點(diǎn)。工作方式1是16位的計數(shù)器，由TLX作為高8位和THX作為低八位由于計數(shù)器為16位，其計數(shù)范圍最大。當(dāng)啟動TX前，TLX和THX裝入計數(shù)初值，當(dāng)TLX計滿后，向THX進(jìn)位，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達(dá)到0FFFF后，再計一個數(shù)，則計數(shù)器產(chǎn)生溢出中斷，向CPU請求中斷，在中斷程序時THX和TLX需重新裝入初值，以便中斷返回后重新開始計數(shù)。所以，工作方式1是一種需重裝初值的計數(shù)器。由于這種方式，計數(shù)范圍大，所以在計較大數(shù)據(jù)時可采用這種工作方式。鑒于本課題的實(shí)際情況在此課題T0用來計時，當(dāng)INT0引腳出現(xiàn)低電平時，立即進(jìn)入中斷函數(shù)。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，可以用來實(shí)現(xiàn)等待計時功能。3.2.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計由單片機(jī)硬件設(shè)計原理可知：（1）盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路；（2）留有余地，在設(shè)計硬件電路時，要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。1.時鐘電路為了向單片機(jī)提供工作脈沖信號，STC89C52內(nèi)部設(shè)置了一個高增益反向放大器，該反相放大器用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器，其中，XTAL1引腳為此反相放大器的輸入端，XTAL2引腳為此反相放大器的輸出端。XTAL1引腳和XTAL2引腳外接定時元件，該定時元件是由石英晶振與電容組成的并聯(lián)諧振回路。內(nèi)部振蕩器主要是按照石英晶振的頻率振蕩，不過電容C2、C3的容量也能對頻率起到微調(diào)作用。本設(shè)計的晶振電路以STC89C52單片機(jī)為控制核心，采用頻率為12MHz的石英晶振，電容C2、C3的取值都為30Pf，其連接電路如圖3.5所示。圖3.5晶振電路2.復(fù)位電路STC89C52的復(fù)位輸入引腳RET（即RESET）為STC89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在STC89C52的時鐘電路工作后，只要在RET引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RET保持高電平，則STC89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RET由高電平變成低電平以后，STC89C52才從0000H地址開始執(zhí)行程序。單片機(jī)在運(yùn)算的過程中，外界的一些干擾容易造成單片機(jī)發(fā)出錯誤指令或者執(zhí)行錯誤的操作，甚至出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象。為了確保單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，我們往往設(shè)計復(fù)位電路以使系統(tǒng)恢復(fù)到最初狀態(tài)，從而使單片機(jī)能夠重新開始工作。復(fù)位電路有兩種方式，分別為上電復(fù)位以及按鍵復(fù)位。在上電復(fù)位中，在上電的瞬間，電容的充電電流達(dá)到最大值，電容就相當(dāng)于短路，RESET端為高電平，并且自動復(fù)位；當(dāng)電容電壓等于VCC時，電容的充電電流就為零，電容就相當(dāng)于開路，RESET端為低電平，并且程序正常運(yùn)行。在按鍵復(fù)位中，我們需要在RESET端和VCC之間接一個按鈕。通過上電復(fù)位后，按下按鍵，此時RESET與VCC直接相連，RESET端為高電平，形成復(fù)位；按鍵松開時，VCC對電容就充電，并且充電電流在電阻上時，RESET端仍是高電平，仍處于復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)電容充電完成以后，RESET端為低電平，并且程序正常運(yùn)行。本設(shè)計采用按鍵復(fù)位的方式。在單片機(jī)系統(tǒng)中，電容的大小直接影響了單片機(jī)的復(fù)位時間，電容值越大，需要的復(fù)位時間越短，一般采用10～30uF的電容，本設(shè)計采用的C1為22uF。另外，為了限制電容在按鍵瞬間的放電電流，保護(hù)按鍵觸電，按鍵電路上串聯(lián)一個1K的電阻R6，其電路連接如圖3.6所示。圖3.6復(fù)位電路3.2本設(shè)計中采用LCD顯示器顯示[10]。LCD顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的輸出器件。帶中文字庫的128X64是一種內(nèi)部含有國標(biāo)一級和二級簡體中文字庫并且具有4位/8位并行、2線或者3線等串行多種接口方式的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；它的顯示的分辨率為128×64,內(nèi)部設(shè)置有8192個16*16點(diǎn)漢字，以及128個16*8點(diǎn)ASCII字符集.通過利用該模塊靈活的接口方式以及簡單和方便的操作指令系統(tǒng)，就可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形的界面。并且可以顯示8×4行和16×16點(diǎn)陣的漢字。當(dāng)然也可完成圖形顯示。其另一顯著特點(diǎn)是低電壓低功耗。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案和同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比較，無論硬件電路結(jié)構(gòu)還是顯示程序都要簡潔很多，且該模塊的價格也比相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊略低，LCD引腳圖如圖3.7。LCD基本特性:（1）低電源電壓（VDD:+3.0--+5.5V）（2）顯示分辨率:128×64點(diǎn)（3）內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選)（4）內(nèi)置128個16×8點(diǎn)陣字符（5）2MHZ時鐘頻率（6）顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6點(diǎn)（9）背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10（10）通訊方式：串行、并口可選（11）內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓（12）無需片選信號，簡化軟件設(shè)計（13）工作溫度:0℃-+55℃,存儲溫度:-20圖3.7LCD引腳圖3.2.4蜂鳴器俗稱喇叭，是一種采用直流電壓供電的一體化結(jié)構(gòu)電子訊響器。蜂鳴器主要由多諧振蕩器、阻抗匹配器、壓電蜂鳴片以及共鳴箱組成[11]。在直流電壓的驅(qū)動下，多諧振蕩器起振，輸出的1.5～2.5kHZ音頻信號促使阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。由于蜂鳴器的工作電流較大，需要放大電路驅(qū)動，因此需要使用三極管對電流進(jìn)行放大。本設(shè)計采用軟件編程的方式通過單片機(jī)的P0.3端口來控制蜂鳴器的發(fā)聲。系統(tǒng)根據(jù)車尾與障礙物之間的距離遠(yuǎn)近輸出不同頻率的信號，該信號通過三極管的放大作用來驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)頻率的鳴叫聲，以給予駕駛員不同程度的報警提示。其電路連接如圖3.9所示。圖3.9蜂鳴器報警電路圖第4章倒車?yán)走_(dá)的軟件系統(tǒng)設(shè)計研制一臺智能儀器是一個復(fù)雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能要求和擬定總體設(shè)計方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能的測試等等。軟件的設(shè)計應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計原則，在總體概況設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設(shè)計的程序應(yīng)該達(dá)到可讀性、可理解性、可維護(hù)性、有效性、可修改性。4.1倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計方案設(shè)計所需要實(shí)現(xiàn)的功能都需要用軟件來完成，因此軟件是整個控制系統(tǒng)的核心。軟件程序語言我們通常采用有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法的C語言程序，或者采用具有高效率且容易精細(xì)計算程序運(yùn)行時間的匯編語言程序。由于利用超聲波傳感器探測距離時對計算程序運(yùn)行時間的要求較高，而系統(tǒng)計算距離時的算法較復(fù)雜，本設(shè)計在軟件程序部分采用C語言和匯編語言混合編程。為了增強(qiáng)程序的可讀性和可操作性，本設(shè)計將根據(jù)硬件設(shè)計模塊將程序分成幾個獨(dú)立的子程序來編寫、調(diào)試。整個系統(tǒng)軟件程序主要包括主程序、超聲波測距模塊、溫度采集模塊、顯示模塊和聲光報警模塊等子程序。中斷子程序是將T1中斷，發(fā)生超聲波信號，同時啟動T0進(jìn)行計數(shù)。超聲波信號發(fā)送完畢后，調(diào)用延時程序，避開發(fā)射后的超聲波信號直接被接收電路所接收。然后開啟接收回波中斷。顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。延時子程序是實(shí)現(xiàn)所需功能的選擇。距離計算子程序是將單片機(jī)定時器計入的時間與超聲波傳播的速度相乘，就得到要送顯示的距離值。4.2主程序設(shè)計系統(tǒng)主程序的主要功能是完成系統(tǒng)初始化工作，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能以及對各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制并將測得的距離用LCD實(shí)時顯示，同時，當(dāng)超聲波測得的距離小于一定距離時，調(diào)用聲光報警提示程序以警示駕駛員車后障礙距離。其程序流程圖如4.1所示。圖4.1主程序流程圖4.3超聲波測距子程序本設(shè)計采用中斷計時，首先系統(tǒng)上電開始工作，啟動超聲波測距模塊，當(dāng)接收引腳為高電平時，定時器T0開始計時，一段時間后，接收引腳為低電平，則關(guān)閉定時器T0，得到T0的數(shù)值，單片機(jī)計算測量的距離。其程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2超聲波測距程序流程圖4.4顯示子程序根據(jù)溫度采集模塊和超聲波測距模塊采集的數(shù)據(jù)，單片機(jī)分析處理后計算出車尾與障礙物的距離。經(jīng)過查表查得該數(shù)值所對應(yīng)的段碼，送至數(shù)碼管顯示。當(dāng)距離小于2m后，再根據(jù)相應(yīng)數(shù)值實(shí)時顯示。其程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3顯示子程序流程圖4.5報警子程序本設(shè)計在軟件中設(shè)定的距離為2m，當(dāng)探測到的距離小于2m時，系統(tǒng)執(zhí)行聲光報警程序。當(dāng)探測到的距離為0.7～2m時，綠燈點(diǎn)亮，黃燈和紅燈不亮；當(dāng)探測到的距離為0.2～0.7m時，綠燈和黃燈點(diǎn)亮，紅燈不亮；當(dāng)探測的距離小于0.2m時，綠燈、黃燈和紅燈全亮。同時，根據(jù)探測到的距離遠(yuǎn)近，改變蜂鳴器的頻率，探測到的距離越近，頻率越高。其程序流程圖如圖4.4所示。報警程序流程圖如圖4.4所示。開始開始返回等于200？小于50？小于100？報警1報警2NNYNYYN圖4.4報警子程序流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試與分析系統(tǒng)的硬件、軟件獨(dú)調(diào)和系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，因為設(shè)計和開發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善只有在這里才能顯現(xiàn)出來。所以為了保證設(shè)計系統(tǒng)能夠正常工作，必須對軟件和硬件部分的每一個部分進(jìn)行調(diào)試和分析。本章詳細(xì)的介紹了汽車倒車?yán)走_(dá)的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)的過程，并對調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。5.1調(diào)試分析的一般過程本次畢業(yè)設(shè)計采用的仿真系統(tǒng)是由南京偉福實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)的偉福仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試的，此系統(tǒng)可以開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試等。它的具體功能是可以進(jìn)行CPU仿真，可以單步、跟蹤、斷點(diǎn)和全速運(yùn)行，而且，程序的編譯過程中，可以對設(shè)計軟件進(jìn)行自診斷，并自動給出故障原因。同時用戶調(diào)試程序時，可以通過窗口觀察寄存器的工作狀況，以便及時發(fā)現(xiàn)和排除編程中可能出現(xiàn)的錯誤。可以看出，該仿真系統(tǒng)是款功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)的仿真系統(tǒng)。調(diào)試與分析的過程一般包括電路原理的調(diào)試、程序的調(diào)試及它們的聯(lián)機(jī)調(diào)試過程。一旦系統(tǒng)的工作總框圖確定之后，電路原理圖和程序的設(shè)計工作就可以齊頭并進(jìn)。硬件電路的調(diào)試可以先采用某種信號作為激勵，然后通過檢查電路能否得到預(yù)期的響應(yīng)來驗證電路是否正常。通常采用的方法是通過編制一些小的調(diào)試程序分別對相應(yīng)各硬件單元電路的功能進(jìn)行檢查，而整個系統(tǒng)硬件功能必須在硬件和軟件設(shè)計完成之后才能進(jìn)行。軟件程序也是先按模塊分別調(diào)試，然后再連接起來進(jìn)行總調(diào)。它只有在相應(yīng)的硬件系統(tǒng)中調(diào)試，才能最后證明其正確性。5.2硬件調(diào)試由于本設(shè)計本設(shè)計涉及的模塊比較多，設(shè)計的不定因素也比較多，因此，在調(diào)試的時候采用分塊調(diào)試的方法，以排除各個模塊的干擾。在硬件調(diào)試之前，需要先對照電路原理圖或者以元器件為中心，依次檢察引腳的相關(guān)連線。在確保連線正確、外圍電路元器件無損害的基礎(chǔ)上，再對硬件進(jìn)行通電調(diào)試。系統(tǒng)軟件的調(diào)試主要在KeilVision4軟件中進(jìn)行，待編譯無錯后，再將HEX文件下載到單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲器中進(jìn)行軟件調(diào)試。如果出現(xiàn)不能達(dá)到設(shè)計要求的情況，則從出錯的地方著手，找出出錯的那部分程序，對其進(jìn)行修改并重新調(diào)試，直到完成本設(shè)計的要求。經(jīng)過多次的軟件調(diào)試并修改，本設(shè)計的所需程序都執(zhí)行有效，DS18B20能正常進(jìn)行溫度采集，LCD顯示精確度高，聲光報警提示及時性高。5.3軟件調(diào)試軟件的調(diào)試是利用偉福軟件，模塊化調(diào)試，通過觀察存儲單元數(shù)據(jù)的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯誤，具體的調(diào)試步驟如下：1.把系統(tǒng)的各個模塊在仿真軟件中逐個調(diào)試，如中斷模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。2.對各個需要賦值模塊調(diào)試時，賦入初值，單步調(diào)試，觀察仿真器窗口，看輸出結(jié)果是否為設(shè)計時想要的結(jié)果。3.把各個模塊組合起來，全速運(yùn)行，看程序是否能流暢的，是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計的系統(tǒng)的所有功能。5.4汽車倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試是利用偉福仿真器及其自帶軟件來實(shí)現(xiàn)一個模擬仿真系統(tǒng)。偉福調(diào)試軟件功能較強(qiáng)，包含了單步、斷點(diǎn)、跟蹤、檢查和修改等功能。偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來插89C52芯片的插座上，就可以軟硬件調(diào)試了。本次設(shè)計的聯(lián)調(diào)采用分塊聯(lián)調(diào)，再總體聯(lián)調(diào)的方法。下面介紹本設(shè)計的軟硬件聯(lián)調(diào)的過程。首先用偉福仿真器調(diào)試顯示電路部分，調(diào)入預(yù)先編制好的顯示程序，檢查程序和硬件是否對應(yīng)上。顯示電路顯示的數(shù)據(jù)和硬件在實(shí)際測顯示的數(shù)據(jù)一致，顯示電路聯(lián)調(diào)成功。進(jìn)行整體的聯(lián)調(diào)，用焊接好的電路板，接入信號發(fā)生源模擬的信號，看整體運(yùn)行是否正確。5.5調(diào)試故障及原因分析本節(jié)就基于超聲波檢測的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計中遇到的故障和調(diào)試方面出現(xiàn)的問題作一概要的敘述。1.線路錯誤在實(shí)際焊硬件電路，由于線路較多，焊錯電路，如74LS245芯片的20引腳沒有接高電平，導(dǎo)致74LS245芯片不工作，故LCD不顯示數(shù)值。改正后，LCD顯示數(shù)值了。2.調(diào)試方法錯誤 直接整體調(diào)試硬件和軟件聯(lián)調(diào)導(dǎo)致沒出現(xiàn)與其結(jié)果，后來分步調(diào)試，才逐漸找到原因。3.軟件錯誤在軟件調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，報警的距離不正確，經(jīng)分析是設(shè)定的閾值有問題，程序重新改寫后，解決了該問題。5.6測試結(jié)果分析本課題研究的超聲波倒車?yán)走_(dá)設(shè)計，能夠精確測量2cm-250cm的距離，精度在3cm圖5.1硬件實(shí)物效果圖第6章結(jié)束語該課題的主要任務(wù)是開發(fā)一個以STC89C52單片機(jī)為核心的汽車倒車?yán)走_(dá)。通過對硬件電路的聯(lián)調(diào)，實(shí)驗驗證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對汽車倒車過程中對其與后方障礙物距離的顯示和規(guī)定距離進(jìn)行報警提示。從確定畢設(shè)題目，到查閱質(zhì)料確定總體方案設(shè)計，總體方案論證，硬件電路的設(shè)計，硬件電路的優(yōu)化，軟件的設(shè)計，軟件的優(yōu)化，焊制硬件電路板，檢驗硬件電路，調(diào)試軟件程序，到最后的軟硬件聯(lián)調(diào)，其中的每一個過程都是精心設(shè)計、仔細(xì)完成的。經(jīng)過不斷的檢測、調(diào)試，本設(shè)計系統(tǒng)基本趨于穩(wěn)定。通過對本系統(tǒng)的功能測試，本系統(tǒng)基本上已達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。即在車輛處于倒車狀態(tài)時，超聲波傳感器對車后障礙物進(jìn)行實(shí)時檢測，并通過溫度補(bǔ)償提高了測距的精度。當(dāng)測得的距離小于2m時，LCD顯示屏上顯示車與障礙物之間的距離，實(shí)時準(zhǔn)確。同時，綠黃紅三種顏色的發(fā)光二極管發(fā)光提示，蜂鳴器逐級發(fā)出蜂鳴聲，障礙物越近，聲音頻率越快。畢業(yè)設(shè)計過程中，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)單片機(jī)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的調(diào)試運(yùn)行環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次畢業(yè)設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于迎刃而解。眾所周知，實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)代大學(xué)生需要時刻懂得理論聯(lián)系實(shí)際并將理論應(yīng)用到實(shí)踐中去，只有這樣，才能更好地提升自己的能力，畢業(yè)設(shè)計正是這樣一個檢驗自己能力，督促自己學(xué)習(xí)的好方式。在這三個多月的畢業(yè)設(shè)計過程中，我從剛開始的不知如何著手到后來的熟練掌握，不僅鞏固了之前所學(xué)過的知識，而且使我學(xué)到了很多在書本外的內(nèi)容。這一段經(jīng)歷也進(jìn)一步增強(qiáng)了自己的動手實(shí)踐能力，鍛煉了我分析問題解決問題的能力。另外我也深深體會到實(shí)踐的樂趣與成功的興奮，并使自己對今后的學(xué)習(xí)和工作保持信心和干勁。參考文獻(xiàn)[1]張秀彬，應(yīng)俊豪．汽車智能化技術(shù)原理[M]．上海:上海交通大學(xué)出版社，2011，1-2．[2]施德恒，張云龍，黃宜軍等．高溫物體比輻射率在線測量系統(tǒng)的研究[J]．儀器儀表學(xué)報，1999，20(4)：364-367．[3]騰志軍，陳莉，張宇帥．一種語音同步提示的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計[J]．電子科技，2008，218（11）：77-79．[4]梁振歡.泊車時尚新體驗，看倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)發(fā)展史[J]．音響改裝技術(shù)，2007，(12)：162-165．[5]朱華．發(fā)展中的汽車倒車?yán)走_(dá)[J]．城市車輛，2006，(1)：57-59．[6]陳爍華，馮桑．倒車輔助系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展[J]．城市車輛，2009，(10)：36-38．[7]李元斌.DS18B20數(shù)字傳感器溫度檢測顯示系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊，2008，(1)：80-83.[8]黃建兵．超聲波精確測距的研究[D]．南京:南京理工大學(xué)，2004．[9]李軍，申俊澤．超聲測距模塊HC-SR04的超聲波測距儀設(shè)計[J]．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011，(10)：77-78．[10]李正浩，姜寶鈞，鄧興成．51單片機(jī)在LED數(shù)碼管顯示中的應(yīng)用[J]．實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2006，(12)：95-98．[11]RichterE，F(xiàn)erreiraC．Performanceevaluationofa250kwswitchedreluctancestarter[J]．AnnualReviewofAstronomy&Astrophysics，2007，04（13）：133-136．附錄I源程序代碼程序源代碼如下：/*接線：模塊TRIG接P1.2ECH0接P1.1 *//*RS(CS)接P3.3; *//*RW(SID)接P3.4; *//*E(SCLK)接P3.5; *//*PSB接GND串行模式 */#include<AT89X51.H> #include<intrins.h> //引腳定義sbitRX=P1^1;sbitTX=P1^2;sbitCS=P3^3; //片選高電平有效單片LCD使用時可固定高電平sbitSID=P3^4; //數(shù)據(jù)sbitSCLK=P3^5; //時鐘//FunctionDefinition函數(shù)聲明voidDelay(intnum);voidInit_DS18B20(void);unsignedcharReadOneChar(void);voidWriteOneChar(unsignedchardat);unsignedintReadTemperature(void);voidclock_out(unsignedchardd);unsignedcharclock_in(void);unsignedcharread_clock(unsignedcharord);voidwrite_clock(unsignedcharord,unsignedchardd);voidDisp(void);voidid_case1_key(void);voidid_case2_key(void);voidSet_time(unsignedcharsel,bitsel_1);voidTimer0_Init(void);voidInit_1302(void);voidSet_Bell(unsignedcharsel,bitsel_1);voidBell(void);//12864voidWrite_char(bitstart,unsignedcharddata);voidSend_byte(unsignedcharbbyte);voidDelaynms(unsignedintdi);voidLcd_init(void);voidDisp_img(unsignedchar*img);voidLCDWritestring(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedchar*s);voidLCD_set_xy(unsignedcharx,unsignedchary);unsignedcharcodenum[]={"0123456789:.-"};unsignedcharcodewaves[]={"超聲波測距系統(tǒng)"};unsignedcharcodeznwk[]={"通信張強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計"};unsignedcharcodeCM[]={"M"};unsignedinttime=0;longS=0;bitflag=0;unsignedchardisbuff[4] ={0,0,0,0,};unsignedcharcodelogo[]={/*調(diào)入了一幅圖像：logo.bmp*//*寬度x高度=128x64歡迎使用本產(chǎn)品LOGO*//*調(diào)入了一幅圖像：C:\DocumentsandSettings\lwd\桌面\新建文件夾\X.bmp*//*寬度x高度=128x64*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE0,0x0F,0x38,0x18,0x1C,0x38,0x00,0x38,0x00,0x38,0x04,0x1C,0x0C,0x0F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--超--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE8,0x0E,0x78,0x18,0x08,0x0F,0x80,0x03,0xF8,0x10,0x1C,0x18,0x0C,0x1F,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--聲--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE0,0x0F,0x38,0x18,0x1C,0x38,0x00,0x38,0x00,0x38,0x04,0x1C,0x0C,0x0F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--波--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE0,0x0F,0x38,0x18,0x1C,0x38,0x00,0x38,0x00,0x38,0x04,0x1C,0x0C,0x0F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--測--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE0,0x0F,0x38,0x18,0x1C,0x38,0x00,0x38,0x00,0x38,0x04,0x1C,0x0C,0x0F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--距--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0xE0,0x0F,0x38,0x18,0x1C,0x38,0x00,0x38,0x00,0x38,0x04,0x1C,0x0C,0x0F,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--系--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--統(tǒng)--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--通--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--信--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--張--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--強(qiáng)--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--畢--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--業(yè)--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--設(shè)--*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x0E,0x00,0x1F,0x00,0x3F,0x80,0x30,0x80,0x20,0xC0,0x20,0xC0,0x20,0x40,0x20,0x40,0x20,0xC0,0x21,0x80,0x11,0x80,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*--計--*/};voidLcd_int(void) //初始化LCD{Delaynms(10);//啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài) CS=1;Write_char(0,0x30);//8位介面，基本指令集 Write_char(0,0x0c);//顯示打開，光標(biāo)關(guān)，反白關(guān) Write_char(0,0x01);//清屏，將DDRAM的地址計數(shù)器歸零}voidWrite_char(bitstart,unsignedcharddata)//寫指令或數(shù)據(jù){unsignedcharstart_data,Hdata,Ldata;if(start==0) start_data=0xf8; //寫指令else start_data=0xfa;//寫數(shù)據(jù)Hdata=ddata&0xf0; //取高四位 Ldata=(ddata<<4)&0xf0;//取低四位Send_byte(start_data); //發(fā)送起始信號 Delaynms(5);//延時是必須的 Send_byte(Hdata); //發(fā)送高四位 Delaynms(1);//延時是必須的 Send_byte(Ldata);//發(fā)送低四位Delaynms(1);//延時是必須的}voidSend_byte(unsignedcharbbyte)//發(fā)送一個字節(jié){unsignedchari; for(i=0;i<8;i++) { SID=bbyte&0x80;//取出最高位 SCLK=1;SCLK=0; bbyte<<=1;//左移 }}voidDelaynms(unsignedintdi)//延時{unsignedintda,db; for(da=0;da<di;da++) for(db=0;db<10;db++);}voidDisp_img(unsignedchar*img) //圖形方式12864顯示字模221橫向取膜{unsignedchari,j; unsignedintk=0; Write_char(0,0x36);//圖形方式 for(i=0;i<32;i++){Write_char(0,0x80+i); Write_char(0,0x80); for(j=0;j<16;j++) {Write_char(1,img[k++]);} } for(i=0;i<32;i++) {Write_char(0,0x80+i); Write_char(0,0x88); for(j=0;j<16;j++) {Write_char(1,img[k++]); }}}voidClr_Scr(void)//清屏函數(shù){Write_char(0,0x01);}voidLCD_set_xy(unsignedcharx,unsigne