超声波测距技术及其在倒车警报中的应用研究论文.doc

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1、1 研究背景 世界各国汽车数量日益增多，车速逐年提高，尽管在车速、车距、制动和驾驶人员素质等多方面有很多规定，仍接连发生撞车事故，因此非常需要一种有效的防撞装置。许多国家都在研究汽车防撞技术，至今仍无产品问世。我国的汽车除了加装安全带、倒车发声警告以及很少一部分加装气囊外，没有其它防撞措施。随着经济的发展，高速公路逐年增多，汽车交通愈来愈繁忙，汽车防撞已是一个十分值得重视的问题。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面能达到工

2、业实用的要求，并且汽车防撞使用超声波控测技术有以下优点： 1、超声波是机械波，波长短，绕射小，可形成射线定向传播； 2、超声波穿透性好，可在浓雾、风沙、阴雨、污染环境中工作； 3、超声波抗干扰能力强，不受空间电磁波干扰，也不受一般机械振动的干扰； 4、超声波传播速度低，用于短距离探测如100米以内容易实现；5、稳定性好，可靠性高，造价低，便于推广。 利用超声波制作汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解车周围阻碍情况，防止汽车在转弯、倒车等情况下撞伤、划伤。人能听到的声音频率为：20 Hz20 kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20 Hz以下的声音称为低频声波，20 kHz以上的声音称为

3、超声波。超声波是一种只有少数生物（如蝙蝠、海豚）才能感觉的机械波，其频率在20 kHz以上，波长短，绕射小、能定向传播。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。为此，利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。近年来随着微电子技术发展而产生的小型价廉的微处理器（单片机）的出现，使超声波测距传感器的功能得到了提升。有了微处理器不仅使测距的精度大为提高，而且为超声波测距技术的应用开辟更大的空间。 综上所述本系统我采用了超声波测距用声音和更为直观的显示来指示在倒车过程中汽车和周围障碍物的情况，这样有利于解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死

4、角和视线模糊的缺陷，提高了安全性，减少了事故的发生率。汽车倒车防撞测距报警器是国家八.五期间重点开发的重大科研项目之一。以往的汽车倒车测距一般有四种：1、嘀嘀声加闪光，2、音乐声加闪光，3、语音声加闪光，4、倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器。本设计将以上功能结合起来加以改进发展，使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。可以通过检测超声波的发射波与反射波之间的关系来实现测量距离的功能，目前主要有三种测距方法： （1）相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；（2）声波幅值检测法，声波

5、幅值检测法易受反射波的影响；（3）渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间。目前超声波测距技术得到了广泛的应用，如：基于AT89C2051的超声波泊车防撞系统设计；基于LM1812的超声波汽车防撞报警器；毫米波汽车防撞雷达系统中数字信号处理机的设计；激光测距技术在汽车防碰撞领域中的应用；伪码数字相关在超声波测距中的应用；超声定位技术在汽车安全预警系统中的应用；基于PIC单片机的超声波测距系统。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射、

6、反射、干涉、衍射和散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。 2 系统总体方案及工作原理超声波发射 模 块驱动电路 AT89S52单片机复位电路时钟电路LED数码显示距离部分报警电路放大超声波接受 模 块比较 图一：系统设计总框图以上图一为系统总框图，包括复位电路，时钟电路，超声波发射模块，超声波接受模块，LED数码管显示部分，报警电路。这些模块分别承担着不同的功能，并且分别由不同的器件完成。系统的连接情况：AT89S52的P0口连接共阳数码管的a-h；P1.

7、1连接超声波接受器；P1.3连接蜂鸣器报警系统；P1.4-P1.7连接数码管的四个位显；P2.0连接超声波发射器。2.2 AT89S52单片机2.2.1 单片机的现状及发展趋势单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛13。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上

8、各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多人来接受它、使用它。据统计，我国

9、的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。目前，单片机外围电路正朝着单片集成化、数字化、智能化、多功能、微功耗、高可靠性的方向发展。2.2.2 单片机选型13只要是MCS51系列兼容单片机都符合本设计的要求。本设计选用AT89S52。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容

10、。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还

11、可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护硬件电路。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其芯片引脚图如下：图二：AT89S52引脚图2.2.3 AT89S52管脚说明VCC：供电电压；GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高

12、阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此

13、作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表

14、一所示：P3口引脚第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0（定时器0外部脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部脉冲输入）P3.6WR（外部数据存储器写脉冲输出）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲输出）表一：AT89S52特殊功能口P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，AL

15、E端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFF

16、H），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.4 AT89S52功能特性1它的功能特性主要包括： 与MCS-51 兼容； 8K字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000写/擦循环； 数据保留时间：10年； 全静态工作：0 Hz-33 MHz； 三级程序存储器锁定； 128*8位内部RAM； 32可编程I/O线； 三个16位定时器/计数器； 8个中断源； 看门狗

17、定时器； 可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路； ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能； 具有双工UART串行通道； 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路； 双数据指示器； 电源关闭标识； 全新的加密算法，这使得对于89S52的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯； 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单

18、片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S52上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。AT89S52的功能完全满足本设计的要求，而且它支持ISP在线编程功能，方便调试程序。2.3 声、光报警电路芯片选择142.3.1 芯片封装及管脚说明 本系统我们选用的是M3720P，一键1音效IC，并连LED指示。其DIP封装引脚图如下：YXVDDK1L1BZTGVSS 图三：M3720P的引脚图 VSS：接地； VDD：供电电压； TG： 悬空； BZ： 接个三极管放大，再接喇叭； L1： 接LED指示灯； K1： 接按键； X，Y：之间连个电阻。2.3.2 M3720P的功能 供电电

19、压3 V。 当按键按下时，IC的6脚处于低电平时，芯片3，4脚输出高电平，使喇叭发出声音，使LED亮。2.4 超声波收发器112.4.1 超声波测距的原理 超声波是指频率高于20 KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（tim

20、e off light）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，该距离除于2就得到汽车和障碍物的距离。倒车防撞只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了超声波测距方法。2.4.2 超声波收发器的选择 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体来说，超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一

21、类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动机型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们产生的频率，功率和声波特性各不相同，因而用处也不相同。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。实物图如图四所示： 图四：超声波收发器的实物图 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器的内部结构如图五所示：图五：超声波发生器的内部结构它有两个压电晶片和一个共振板，到它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电

22、晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波接受器了。2.5 发射模块驱动电路芯片选择2.5.1 第一级驱动放大电路芯片选择4 一、LM358芯片选择：本系统中,我们采用LM358集成运放芯片来产生放大电路,LM358是常用的双运放,LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。它的引脚图和内部结构图分别如下:图六：LM358引脚图图七：LM358内部功能图 二、LM358的功能特性： 内部频率补偿； 低输入偏流； 低输入失调电压

23、和失调电流； 共模输入电压范围宽，包括接地； 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围； 直流电压增益高(约100 dB)； 单位增益频带宽(约1 MHz)； 电源电压范围宽：单电源(330 V)； 双电源(1.5 -15 V)； 低功耗电流，适合于电池供电； 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5 V)。 2.5.2 第二级音调译码器芯片选择14 一、LM567芯片选择：本系统采用LM567产生音调电路，LM567为通用音调译码器，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。主要用于振荡

24、、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。LM567内部结构图如下：图八：LM567内部结构图 二、LM567的功能特性： 用外接电阻20比1频率范围； 逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力； 可调带宽从0%至14%； 宽信号输出与噪声的高抑制； 对假信号抗干扰； 高稳定的中心频率； 中心频率调节从0.01 Hz到500 kHz； 电源电压5 V15 V，推荐使用8 V。 应用举例：输入端接104电容，输出端接上拉电阻10K，C1、C2为1 F。R1、C1决定振荡频率，一般C1为104电容，R1为10 K200 K。电源电压为8V。2.6 芯片选择总结

25、在实际应用中，芯片的选择非常重要，有时候能决定电路能不能正常工作。本课题中还要用到其他的元器件（像4069非门,晶振，电阻，电容等），这些元器件的选择也非常的重要。下一章将简单介绍组成这个系统硬件的各个模块。3 系统硬件设计3.1 单片机最小系统 单片机最小系统主要包括复位电路和时钟电路。3.1.1 复位电路设计13 当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。复位电

26、路如图九所示。电阻R1和C1构成上电复位电路。按下S1可实现手动复位。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000 H，这表明程序从0000 H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。图九：单片机复位电路3.1.2 时钟电路设计13 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡

27、时钟脉冲。时钟电路如图十所示。为了获得精确的波特率，晶体振荡器选用12 MHz的型号，两个30 pf的C01，C02电容起到辅助振荡作用。图十：单片机时钟电路3.1.3 单片机最小系统2 电路连接图如下： 图十一：单片机最小系统3.2 超声波发射和接受模块 3.2.1 单片机控制超声波测距的原理及总体硬件框图12众所周知，声波具有反射特性，在空气中的传播速度为340 m/s，超声波也是如此。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往图十二：单片机控制超声波测距的硬件示意图比较迅速、方便

28、、计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。如果我们在超声波发射时单片机开始计时，接受到发射波时单片机停止计时，便可以根据计时间隔和超声波的传播速度计算出发射点到物体的距离，如果用V表示超声波的传播速度，T表示发射至接受的时间间隔，S表示发射点到物体的距离，则S=VT/2。3.2.2 超声波发射电路设计11 压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部结构如图五所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，

29、将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。由以上压电超声波发生器的功能,我们知道现在常用的压电超声波发生器是利用压电晶体的谐振原理工作的,谐振频率一般为40 KHZ。发射电路的谐振频率可以由外部硬件电路产生，也可以由单片机产生。利用单片机输出40 KHZ的方波更加容易、方便、易于控制。超声波发射模块电路和单片机之间原理图如图十三所示： 图十三：超声波发射模块3.2.3 超声波接受电路设计12超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，否则

30、将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大，由上面芯片资料知:LM358的带宽及抗干扰能力都比较强,但为了防止产生一定的噪音,所以在设计超声波接受信号放大电路时,将放大电路设计成两级同相放大电路,通过参数设置,每一级放大接近20倍,这样经过两级放大后,接受到的超声波信号将近放大400倍,完全能够被单片机检测到,超声波接受电路由运算放大器LM358、LM567等组成，具体电路如图十四： 超声波接受器将反射回来的超声波转化为电信号后，经过放大电路放大后，再送到单片机IO口，我们在设计程序时根据连接超声波接受模块的IO的高低电平来判断有

31、没有反射回来的超声波。如果该IO口为低电平，说明没有反射波，不做任何事，如果该IO口为高电平时，说明有反射的超声波，此时定时器2关捕捉，RCAP2中计的时间是超声波发出到接受所经历的时间，为汽车到障碍物路程所经历时间的两倍，从而我们就很容易就可以得出我们想要得到的汽车到障碍物的路程。图十四：超声波接受电路模块3.3 声、光报警电路12 语音报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员，语音电路设计如图十五所示。M3720是单声一闪灯报警音效集成电路，芯片内存储一种报警音效，可直接驱动蜂鸣器发声或经外接功放三极管推动扬声器放音，同时还能驱动一只LED闪烁。该芯片各引脚功

32、能为：5脚VDD；1脚VSS分别为电源输入端与负端，VDD电压33.5 V；8脚X和1脚Y分别为芯片外接振荡电阻器；6脚TG为触发控制端，低电平触发有效；3脚BZ和2脚BB分别为报警音效输出端，可直接外接压电陶瓷蜂鸣器，如果驱动扬声器则由3脚BZ端引出；4脚L为闪灯输出端，可直接驱动LED发光。图十五：声、光报警电路3.4 数码管显示电路13LED数码管是单片机控制系统中最常用的显示器件之一。根据LED数码管内各笔段LED发光二极管的连接方式，可以将LED数码管分为共阴极和共阳极两类。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM

33、接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮,在共阴极LED数码管中，所有笔段的LED发光二极管的负极连在一起，而在共阳极LED数码管中，所有笔段的LED发光二极管的正极连在一起。对于两种数码管两种方式没有大的区别，我们选择共阳极。根据显示驱动方式的不同，可将LED数码显示电路分为静态显示方式和动态显示方式。在静态显示方式中，每个LED发光二极管工作电流在10 mA20 mA之间；而在动态显示方式中，为了获得良好的亮度，LED发光二极管瞬时工作电流可以适当提高，一般取2035 mA之间。 四位共阳LED数码管具有使用方便、显示位数

34、宽等优点，有4个位选端，段码端公用，这样节省了单片机的I/0接口资源。为了增大设备对LED的驱动能力，在段码端都加了上拉电阻，这样能令数码管高亮度显示，8421BCD码，译码输出相应十进制的七段码ag中段码表如表二:十进制数 输入BI/RBO输出LTRBIDCBAabcdefg0HHLLLLH11111101HXLLLHH01100002HXLLHLH11011013HXLLHHH11110014HXLHLLH01100115HXLHLHH 10110116HXLHHLH00111117HXLHHHH11100008HXHLLLH11111119HXHLLHH111001110HXHLHLH0

35、00110111HXHLHHH001100112HXHHLLH001001113HXHHLHH101001114HXHHHLH000111115HXHHHHH0000000BIXXXXXXX0000000RBIHLLLLLL0000000LTLXXXXXX1111111表二：BCD,十进制和七段码的对应关系 数码管显示电路连接图如下:图十六：数码管显示电路与单片机连接电路3.5 LED电源指示电路我为了能让系统更加可视化和美观，我们添加了电源指示硬件电路，LED采用七彩色变化的，工作电压3.2 V，电流20 MA-30 MA。电路连接如图十七所示：图十七：电源指示电路3.6 系统硬件电路总结到

36、这里,超声波测距在汽车倒车防撞系统的硬件电路部分已经全部完成了,每个模块电路都在实践中得到了验证。单片机不像模拟电子和数字电子，只要能搭建好电路就可以工作，实现我们的设计目的。单片机只有硬件电路没有程序是不能工作的，本论文的下一章将介绍系统的软件。4 系统软件设计 系统包括一个主程序和2个中断子程序，下面分别给出它们的流程图，具体程序见附录。64.1 主程序系统初始化开T0，T2定时中断，设置T2中断优先级高T0中断发送40 KHZ超声波开始定时，允许捕捉NO 是否有回波P1.1有回波接受，启动T2中断，关捕捉。记下时间t=RCAP2计算距离distance=波速*t/2YES结束主程序是系统

37、设计的总思路，完成了我们系统设计的目的，下面分别给出两个中断子程序的流程图。4.2 T0中断子程序6初始化，重装数据开T2中断发送40 KHZ超声波允许捕捉4.3 T2中断子程序6已收到回波关定时器，关捕捉时间保存在RCAP2中5 防撞系统具体工作情况及展望通过本论文的研究工作，我们制作了一个汽车倒车防撞测距报警器，它能在汽车倒车时自动检测并显示车尾与最近障碍物之间的距离，当到达安全极限距离时，它会显示车尾与障碍物之间的距离并同时发出声光报警提醒司机刹车。实物图如下：图十八：系统实物图具体工作情况如下：超声波发射器通过单片机的定时器T0中断发出40 KHZ超声波，同时将定时器T2的RCAP2置

38、零，开定时器T2的捕捉，当遇到障碍物时，超声波通过障碍物反射到超声波接受器，超声波接受器通过驱动放大电路放大返回到单片机的P1.1口，当接受到超声波时，P1.1将会有个低电平，说明有反射回来的超声波（此时需要注意的是超声波在发送和接受时有个接受盲区，为了避免所接受的是盲区里的回波，通过延时达到在盲区这段距离不接受超声波回波），此时关闭定时器T2的捕捉，RCAP2里保存的时间（记为t）为超声波发射器从发射超声波到超声波接受器接受到超声波所经历的时间（单位为us），记从汽车尾部到障碍物的距离为S,设波速为340 m/s,则S=(340*t)/2,就可以计算出汽车尾部到障碍物的距离。为了演示方便，当

39、距离小于10 cm时，启动报警系统报警。目前我们制作的汽车倒车防撞测距报警器还有许多不完善之处，尤其是在测距时容易受很多干扰（如远处障碍物通过折射、反射、衍射等原因对超声波系统产生不必要的干扰），导致测距系统有较大的误差，甚至导致报警器不能正常工作。进一步的研究工作可以考虑将防撞系统与制动联系到一起，并事先设定一个距离，在此距离内系统将自动停车，防止司机在粗心的情况下导致不必要的损失。 另外，改善报警器的抗干扰能力和提高测距精度也非常重要。6 结束语本次毕业设计从课题选择、方案论证到具体设计和调试共历经五个月的时间。其中论文初稿是在四月份初步完成的，硬件的制作和调试在在五月份才完成。课题确认后

40、我就开始搜集材料，同时复习课本上的旧知识丰富自己的知识面，并设计了电路原理图，完成了初稿。当然初稿里还有很多不足的地方，只有理论没有实际应用的文章也不会深刻，通过硬件的制作及程序的仿真我深刻的了解到本次设计的精华，并彻底完成了本次设计论文。感谢我的指导老师李老师和同学们对我的鼓励与帮助。致 谢本毕业论文是在我的导师李政林老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文相关工作的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此万分感谢李老师。同时还感谢熊顺进同学在实验中给予我莫大的支持和帮助。在本次硬件设计中

41、他提出了很多宝贵意见，并协助我完成了钻孔和焊板等工作。如果没有他的帮助，我的设计会遇到更多困难。最后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下电子专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。参考文献1 付家才.单片机控制工程实践技术.北京：化学工业出版社,20042 赫建国.单片机在电子电路设计中的应用.北京：清华大学出版社,20063 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）.北京：清华大学出版社,20054 王新贤.通用集成电路速查手册.山东：山东科学技术出版社,20055 沈任元.常用电子元器件简明手册.北京：机械工业出版社,20056

42、 求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册.北京：人民邮电出版社,20067 清源计算机工作室.Protel99se原理图与PCB及仿真.北京：机械工业出版社,20058 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,1998.59 阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社,199710 杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京：高等教育出版社,199711 王化祥.传感器原理及应用（第3版）.北京：天津大学出版社,200712 何希才.任力颖.实用传感器接口电路实例.北京：中国电力出版社,200713 郁文工作室.嵌入式C语言程序设计.北京：人民邮电出版社,200614

43、张庆双.电子元器件的选用与检测.北京：机械工业出版社,200315 徐爱钧.单片机高级语言 C51 应用程序设计M. 北京：电子工业出版社，200216 何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京：北京航空航天大学，199017 谢自美.电子线路设计.实验.测试(第二版) M.武汉：华中科技大学出版社，200018 张勇.PROTEL99SE电路设计技术入门与应用(第一版).北京：电子工业出版社，200219 Richard c.Dorf.modern conctrol systermM.BEIJING:Science Publishing House，200220 Donald A

44、. Neamen. Electronic circuit analysis and designM.TsinghuaUniversity Press and Springer Verlag，2002附录：系统原理图及PCB图图十九：系统总原理图图二十：系统PCB图附录：系统源程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define xiuzheng -2.5#define wave_speed ( double )344.0 )#define wavenum (uint)4)bit flag;sbit fmq=P13;sbit smg1=P1