超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：超聲波傳感器，具有利用方便、指向性強(qiáng)、靠得住性高、不受氣候條件阻礙、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)確實(shí)是基于AT89C52單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)。由處置器、超聲波發(fā)射、超聲波接收、顯示、報(bào)警等模塊組成。利用其檢測迅速、計(jì)算簡單、同時(shí)易于做到實(shí)時(shí)操縱，并在測量精度方面也能達(dá)到有效要求的優(yōu)勢，來實(shí)現(xiàn)汽車倒車距離的信息的實(shí)時(shí)顯示，以此給駕駛員提供平安警示，幸免事故的發(fā)生，達(dá)到平安駕駛。關(guān)鍵詞：超聲波傳感器，特點(diǎn)，AT89C52，實(shí)時(shí)操縱，平安警示Abstract:ultrasonicsensors,useconvenient,directional,highreliability,climateconditiontheinfluence,theenergyconsumptionintheslowandmediumcharacteristicssuchasthedistance.ThisdesignisbasedontheAT89C52singlechiponultrasonicrangingsystem.Bytheprocessor,ultrasound,ultrasonicreceiving,display,alarmmodule.Usingthetestrapidly,simplecalculation,andeasytodo,andreal-timecontrolinthemeasurementprecisioncanreachthepracticalaspectsofadvantage,torealizetherequirementofinformationofautomobilereversedistancetogivedriversforreal-timedisplay,providesafetywarning,avoidaccidents,safedriving.Keywords:Ultrasonicsensors,characteristics，real-timecontrol,AT89C52，safetywarning目錄1前言 12整體方案設(shè)計(jì) 3方案論證 3方案選擇 43單元模塊設(shè)計(jì) 5處置器模塊 5超聲波發(fā)射模塊 6超聲波接收模塊 6LED信息顯示模塊 7報(bào)警模塊 84軟件設(shè)計(jì) 94．1主程序流程圖 9距離計(jì)算子程序流程圖 10距離比較子程序流程圖 105系統(tǒng)功能 116總結(jié)和體會(huì) 127參考文獻(xiàn) 13附錄： 14 原理圖 14軟件代碼 141前言在國際金融危機(jī)的背景下，尤其在競爭異樣猛烈的汽車工業(yè)領(lǐng)域，提高我國汽車電子產(chǎn)品的技術(shù)和降低產(chǎn)品的價(jià)錢，對(duì)降低整車本錢顯得十分重要，各廠家為提高自己的產(chǎn)品在市場上的核心競爭力，紛紛在汽車的平安性、舒適性、多功能性的提高上下功夫。統(tǒng)計(jì)說明，70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤造成的。在美國、日本等國家，消費(fèi)者選購汽車的著眼點(diǎn)已把駕駛汽車的平安程度放在第一名。若是拋開駕駛的熟練程度和駕駛體會(huì)外，最有效的降低事故的方式確實(shí)是讓車具有碰撞報(bào)警或主動(dòng)避撞功能。這必然引發(fā)一股勢不可擋的趨勢，既是汽車防護(hù)系統(tǒng)的集成化。采納系統(tǒng)性能靠得住、本錢較低、軟件設(shè)計(jì)靈活簡單、硬件接口功能豐碩、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)的AT89C52單片機(jī)開發(fā)了鍵盤、液晶顯示器、多路震動(dòng)的搜集等，將汽車倒車平安距離提示、汽車無線遙控防盜報(bào)警、汽車電源鎖加密、汽車行車監(jiān)視后方車輛距離等諸多汽車防護(hù)系統(tǒng)結(jié)合在一路，對(duì)駕駛環(huán)境實(shí)施全面監(jiān)控，集中比較、分析多方面的數(shù)據(jù)，如此集成的主、被動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的平安性能，最大程度地愛惜車輛、乘員乃至行人的平安，其價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各自獨(dú)立、互不相干的防護(hù)系統(tǒng)。雷達(dá)技術(shù)第一應(yīng)用于軍用，隨著全世界對(duì)道路交通平安、汽車平安技術(shù)的不斷重視，雷達(dá)技術(shù)開始轉(zhuǎn)為民用，要緊用于交通的管制、雷達(dá)測速和汽車主動(dòng)平安技術(shù)方面。國外對(duì)車用雷達(dá)的研究開始比較早，在以德國、美國、日本、法國等為代表的要緊西方發(fā)達(dá)國家內(nèi)展開。隨著汽車電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)和信號(hào)處置技術(shù)的進(jìn)展，推動(dòng)了車用雷達(dá)的研制與應(yīng)用，世界各國掀起了研發(fā)車載雷達(dá)的熱潮。最近幾年來，超聲波在多個(gè)領(lǐng)域已取得普遍的應(yīng)用，廣為傳播，引發(fā)了工業(yè)界的普遍關(guān)注。那個(gè)地址介紹一種汽車倒車時(shí)防止碰撞的超聲波測距電路系統(tǒng)。車輛倒車時(shí),由于駕駛員的后視存在死區(qū),尤其關(guān)于大型車輛,給其駕駛帶來不便,容易造成事故。人們曾采納改良后視鏡等方式來提駕駛員的后視角?；诶走_(dá)脈沖測距的原理,采納在車輛尾部安裝微型超聲波收/發(fā)器的方式,利用超聲波脈沖的發(fā)射、反射和接收進(jìn)行時(shí)差測距,將車輛后部的障礙物(如墻壁、車輛、樹木、行人等)的距離實(shí)時(shí)反饋給駕駛員,并提供聲、光告警信號(hào)。本次設(shè)計(jì)要緊利用基于AT89C52單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)。超聲波傳感器，具有利用方便、指向性強(qiáng)、靠得住性高、不受氣候條件阻礙、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)等特點(diǎn)。依照超聲波雷達(dá)測距遠(yuǎn)離，研制一款基于超聲波脈沖測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。檢測迅速、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)操縱等特點(diǎn)，并在測量精度方面也能達(dá)到有效要求，來實(shí)現(xiàn)汽車倒車平安距離提示，幸免事故的發(fā)生，做到平安駕駛。使能在汽車緩慢行駛時(shí)，識(shí)別出汽車尾部障礙物，并能測出障礙物與汽車體之間的距離，在汽車發(fā)生碰撞時(shí)前，對(duì)駕駛員發(fā)出語音報(bào)警提示和LED數(shù)碼管的距離顯示。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)程中，采納模塊化設(shè)計(jì)，使得硬件系統(tǒng)、程序的保護(hù)和升級(jí)都變得簡單易行。2整體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)是一種基于AT89C52單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)，系統(tǒng)通過測量輸出脈沖寬度(即發(fā)射與接收超聲波的時(shí)刻距離)來測量障礙物與汽車之間的距離，通過單片機(jī)的處置，從而為駕駛員提供距離信息，幸免車輛的彼此摩擦、碰撞。方案論證設(shè)計(jì)中預(yù)設(shè)了兩個(gè)方案，具體的方案見方案一和方案二。方案一：如下圖汽車在啟動(dòng)狀態(tài)下，該系統(tǒng)初始化（內(nèi)部程序?qū)?、、、均置低電平）。一旦檢測到駕駛員有倒車的動(dòng)作，操縱輸入端給以系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)，即變成高電平，那么也置為高電平，開始發(fā)射超聲波，同時(shí)內(nèi)部按時(shí)器開始計(jì)時(shí)。單片機(jī)系統(tǒng)軟件部份設(shè)置的“平安距離值”，并保留在相應(yīng)的地址空間中。單片機(jī)進(jìn)入主程序后，開始以查詢的方式檢測輸入引腳，一旦檢測到由低電平跳至高電平，那么進(jìn)入相應(yīng)的中斷程序進(jìn)行計(jì)算處置（即發(fā)射與接收超聲波的時(shí)刻距離t，被測距離即為S=1／2vt），并將距離信息通過數(shù)碼管顯示。然后循環(huán)執(zhí)行。當(dāng)檢測到距離值小于平安值時(shí)，單片機(jī)將操縱報(bào)警系統(tǒng)響起，以提示駕駛員。當(dāng)汽車停止運(yùn)動(dòng)或前進(jìn)時(shí)，引腳產(chǎn)生高電平，那么系統(tǒng)從頭初始化。圖汽車倒車平安報(bào)警系統(tǒng)方案一框圖方案二：本方案仍以微型單片機(jī)、超聲波傳感器為要緊操縱部件。與方案一的區(qū)別在于距離計(jì)算方面：取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值大體固定)與距離成正比，測量電壓即可測得距離。通過改變運(yùn)算機(jī)內(nèi)部程序算法，即可實(shí)現(xiàn)。方案選擇方案一與方案二有很多相似的地方，兩個(gè)設(shè)計(jì)都運(yùn)用到了單片機(jī)，用到了同一類型的傳感器，運(yùn)用了LED顯示管。但綜合分析：方案一，軟件的編寫方面比較容易明白得、實(shí)現(xiàn)。而方案二的軟件部份與方案一比較，就略顯麻煩，而且對(duì)外圍還需要一些輔助電路，程序編寫復(fù)雜，不易明白得也無益于升級(jí)。綜合分析以后，本設(shè)計(jì)采納方案一。3單元模塊設(shè)計(jì)處置器模塊3.1.1AT89C5汽車啟動(dòng)后，整個(gè)測量系統(tǒng)上電，然后單片機(jī)初始化。循環(huán)檢測、兩個(gè)管腳，一旦檢測到有倒車信號(hào)，那么系統(tǒng)開始進(jìn)行系列處置，超聲波發(fā)射、超聲波回波檢測、距離計(jì)算、顯示、報(bào)警等。終止信號(hào)有效時(shí)，那么系統(tǒng)從頭初始化，從頭檢測、，重復(fù)以上執(zhí)行進(jìn)程。圖AT89C52操縱部份AT89C52功能特性概述AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)，器件采納ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處置器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能壯大AT89C52單片機(jī)適應(yīng)于許多高性價(jià)比的應(yīng)用處合。AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位按時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。超聲波發(fā)射模塊超聲波是指頻率高于20KHz的機(jī)械波。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。當(dāng)給予高電平常，那么電路向探測方向發(fā)射出超聲波。圖超聲波發(fā)射電路原理圖超聲波接收模塊如下圖，利用CX20206A集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。以下是CX20206A的引腳注釋。

1腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ。

2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部份，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之那么放大倍數(shù)增大。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，剎時(shí)相應(yīng)靈敏度低；假設(shè)容量小，那么為峰值檢波，剎時(shí)相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變更大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為μf。

5腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時(shí)，f0≈42kHz，假設(shè)取R=220kΩ，那么中心頻率f0≈38kHz。

6腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，若是該電容取得太大，會(huì)使探測距離變短。

7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必需接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒有同意信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)那么產(chǎn)生下降。圖超聲波接收電路原理圖LED信息顯示模塊本設(shè)計(jì)對(duì)測量的距離數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，選用2位共陽極數(shù)碼管作為顯示模塊。數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G和DP段碼操縱別離與單片機(jī)的——相連。而兩位數(shù)碼管的位選端，則與單片機(jī)的、兩管腳相連通，咱們能夠通進(jìn)程序操縱、的輸出進(jìn)而操縱兩位LED交替選通，從而達(dá)到選位，輸出計(jì)算結(jié)果的目的。本次課程設(shè)計(jì)中的四位數(shù)碼管與單片機(jī)的連接電路如圖：圖LED信息顯示模塊報(bào)警模塊這次課程設(shè)計(jì)中為了達(dá)到報(bào)警的目的。主要思想是：當(dāng)距離信息小于“距離平安值”時(shí)，那么有主程序跳至報(bào)警效勞中斷程序，在管腳進(jìn)行高低電平的循環(huán)取反跳變，驅(qū)動(dòng)如下報(bào)警電路，以產(chǎn)生報(bào)警信息，提示駕駛員，加以注意，避免事故的發(fā)生。圖報(bào)警模塊4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)要緊分為初始化程序、存儲(chǔ)單元和中斷設(shè)置初始化，主程序（內(nèi)嵌報(bào)警程序）、外部中斷子程序、距離比較子程序、顯示程序。先對(duì)要用到的存儲(chǔ)單元、I/O口、寄放器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，然后主程序?qū)€(gè)端口、、等管腳進(jìn)行循環(huán)檢測，當(dāng)檢測到有效信號(hào)時(shí)，依照相應(yīng)的編寫程序，進(jìn)行中斷處置。4．1主程序流程圖圖主程序流程圖距離計(jì)算子程序流程圖距離計(jì)算子程序流程圖距離比較子程序流程圖距離比較子程序流程圖5系統(tǒng)功能本次設(shè)計(jì)要緊在系統(tǒng)軟件調(diào)試方面。困難要緊出此刻軟件的編寫。盡管沒有錯(cuò)誤，可是進(jìn)行仿真時(shí)，不能達(dá)到預(yù)期的成效。通過量次調(diào)試，程序也修悔改好幾回，仍然走不通。而問題也要緊集中在掃描顯示這一模塊。最后通過與同題目的其他的同窗交流，結(jié)合設(shè)計(jì)思想，和對(duì)以前的一個(gè)單片機(jī)編程作業(yè)的代碼，進(jìn)行了修改、調(diào)試，也終于達(dá)到了方案的整體要求。對(duì)軟件方面慢慢進(jìn)行分析以后，從頭進(jìn)行系統(tǒng)的軟件上的仿真。本次設(shè)計(jì)題目為基于單片機(jī)的超聲波的距離測量系統(tǒng)。在這次設(shè)計(jì)中咱們要緊用到了AT89C52單片機(jī)和超聲波傳感器。單片機(jī)在現(xiàn)在的小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用普遍，本錢低，而且也較容易把握。同時(shí)設(shè)計(jì)采納超聲波傳感器，在知足設(shè)計(jì)要求的前提下，本錢也較低，這也就意味著其能夠大范圍的推行?？垢蓴_能力也較強(qiáng)，安裝方面比較簡單。采納模塊化設(shè)計(jì)，便于維修，延長整體系統(tǒng)的利用壽命。因?yàn)橹皇窃诶碚撋系脑O(shè)計(jì)，因此在通過軟件上的局部仿真，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)大體符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，只是一些細(xì)節(jié)方面還需進(jìn)一步整理，完善?？墒?，在以后的具體應(yīng)用中，仍是要對(duì)顯現(xiàn)的具體問題加以分析，在對(duì)其不足加以改良?？偠灾魏我环N設(shè)計(jì)，理論上先期分析是必要的。但更重要的是，仍是要依照設(shè)計(jì)功效在實(shí)際利用進(jìn)程中，暴露出來的不足，加以改良完善，使其更好的效勞于人民生活。6總結(jié)和體會(huì)通過近乎一個(gè)禮拜的的查資料和學(xué)習(xí)，完成了本次課程設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)與以往的設(shè)計(jì)相較較，明顯對(duì)知識(shí)的綜合能力要求高了。第一，是精神上的。開始感覺題目還挺簡單的，可是，真正要付諸實(shí)施時(shí)，才感受到“書到歷時(shí)方恨少”這句話的真理之所在。感到自己平常感覺仍是學(xué)到些東西的，那個(gè)時(shí)候怎么仿佛一點(diǎn)都用不到。后來慢慢才發(fā)覺，自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力仍是太差，而且理論的基礎(chǔ)也不牢固。再次，通過這次課程設(shè)計(jì)，自己進(jìn)一步熟悉和把握了ISIS仿真軟件PROTEL軟件,體會(huì)到ISIS、PROTEL等功能壯大的設(shè)計(jì)軟件，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮的壯大的作用。而且，通過這次設(shè)計(jì)，更深切地感覺到對(duì)知識(shí)溫故的重要性。很多東西，不管當(dāng)初學(xué)的多好，若是長時(shí)刻不去理會(huì)，也會(huì)慢慢變得的“一無所知”。整體，通過這次設(shè)計(jì)，更多的是發(fā)覺自己的不足，需要在以后的人一輩子路上進(jìn)一步提高自己對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，如此才能在以后的工作中做出成績。7參考文獻(xiàn)[1]何立民．單片機(jī)高級(jí)教程(第2版)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007[2]．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社.2020[3]．單片微型運(yùn)算機(jī)原理應(yīng)用及接口技術(shù)(第2版)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2008．[4]求是科技編著．單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M]．北京：人民郵電出版社，2004．[5]沈紅衛(wèi)．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003[6]劉剛、秦永左.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京大學(xué)出版社，20061.[7]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[8]蔡美琴、張為民.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.[9]劉迎春、葉湘濱.現(xiàn)代新型傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1998.附錄：原理圖軟件代碼#include<>#definek1P3_4

#definecsbout

P0_1

//超聲波發(fā)送

#definecsbint

P3_2

//超聲波接收

#definecsbc=

convert[10]={0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//0~9段碼

unsignedints,t,i,xx,j,sj1,sj2,mqs,sx1;

bitcl;

voidcsbcj();

voiddelay(j);

//延時(shí)函數(shù)

voidscanLED();

//顯示函數(shù)

voidtimeToBuffer();

//顯示轉(zhuǎn)換函數(shù)

voidoffmsd();voidmain()

//主函數(shù)

{EA=1;

//開中斷

TMOD=0x11;

//設(shè)按時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)按時(shí)器1按時(shí)

ET0=1;

//按時(shí)器0中斷許諾

ET1=1;

//定時(shí)器1中斷允許

TH0=0x00;

TL0=0x00;

TH1=0x9E;

TL1=0x57;

csbds=0;

csbint=1;

csbout=1;

cl=0;

ōpto=0xff;

jpjs=0;

sj1=45;

sj2=200;

k4cl();

TR1=1;

while(1)

{if(jpjs<1)

{csbcj();

if(s>sj2)

buffer[1]=0x76;

buffer[0]=0x76;

}

elseif(s<sj1)

{buffer[2]=0x40;

buffer[1]=0x40;

buffer[0]=0x40;

}

elsetimeToBuffer();

}

elsetimeToBuffer();

//將值轉(zhuǎn)換成LED段碼

offmsd();

scanLED();

//顯示函數(shù)

if(s<sj2)

bg=0;

bg=1;

}

}voidscanLED()

//顯示功能模塊

{

digit=0x04;

for(i=0;i<2;i++)

//3位數(shù)顯示

{P3=~digit&opto;

//依次顯示列位數(shù)

P1=~buffer;

//顯示數(shù)據(jù)送P1口

delay(20);

//延時(shí)處置

P1=0xff;

//P1口置高電平（關(guān)閉）

if((P3&0x10)==0)

//判定2位是不是顯示完

key=0;

digit>>=1;

//循環(huán)右移1位

}

}voidtimeToBuffer()

//轉(zhuǎn)換段碼功能模塊

{xm0=s/100;

xm1=(s-100*xm0)/10;

buffer[1]=convert[xm1];

buffer[0]=convert[xm0];

}voidtimer1int(void)

interrupt3

us