基于单片机的倒车防撞系统设计大学论文.doc

分 类 号：TN98 学校代码：13605学 号：112100221 密 级： 公开长春建筑学院学士学位毕业设计基于单片机的倒车防撞系统设计Design of reverse collision avoidance system based on SCM 作者姓名：专 业：研究方向：指导教师：培养单位：电气信息学院2015年6月毕业设计基于单片机的倒车防撞系统设计 学 生： 指导教师： 专 业： 所在单位：电气信息学院 答辩日期：2015年6月10日 摘 要倒车防撞系统是汽车驻车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员驻车、倒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角和视线模糊的缺陷。 随着汽车产业的发展，出于社会对安全驾驶的需求日益增大，倒车防撞这项技术在汽车行业正在不断的发展革新。与此同时，安全倒车技术已经成为汽车产业的重要研究方向。其及时的反馈性，以及对恶劣环境条件的多适用性，已经成为普通汽车出厂前必备的一道技术工序。本设计以单片机为核心控制器件，外围组成电路有信号处理模块、测距模块、显示模块，报警模块、语音模块及供电模块等。主要介绍倒车防撞系统的基本实现原理、系统组成框图以及软硬件的实现方式。针对倒车防撞系统所需的技术条件，选用STC89C52型号单片机作为主控制器的制定了相应的硬件架构及软件设计，并将整体设计做成实物，寻找其在实际应用中的不足之处。本次设计利用超声波测距技术，实时测量障碍距离并迅速反馈给司机，当距离超过预警值系统立刻进行报警，便于司机迅速采取防范措施。另外，本系统也可通过按键对距离进行实时语音播报。 关键词 倒车防撞；单片机；超声波测距AbstractReversing collision avoidance system is a car parking or reversing the safety auxiliary device, using sound or a more intuitive way to inform the driver of the barrier around, lifting the distress of the driver when they parking, reversing, starting the vehicle and visiting around, and helping the driver to remove the dead and blurred vision deficiencies.With the development of the automobile industry, the demand for safety driving is increasing, and the technology of reverse collision avoidance is continuously developing in the automotive industry. At the same time, the safety reverse technology has become an important research direction of the automobile industry. Its timely feedback, as well as the applicability of the severe environment, has become a technical process of the common vehicle before leaving the factory. In this paper, with the single chip processor as the core control device, peripheral components of the circuit signal processing module, ranging module, display module, alarm module, voice module and power supply module.This design mainly introduces the basic Implementation Rationale of reverse collision avoidance system, the block diagram system and the realization way of the hardware and software. According to technical conditions of reverse collision avoidance system, the writer selects the types of STC89C52 microcontroller as the main controller to formulate suitable hardware architecture and software design. Furthermore the author overalls the whole design to real object, finds its shortcomings in practical application. The design makes use of the ultrasonic measuring distance technology, real-time measurement of obstacle distance and rapid feedback to the driver, when the distance exceeds the warning value system it immediately alarm, Its easy to prompt drivers to take preventive measures. In addition, this system also can broadcast the distance in real-time voice through the keypad.Keywords: Reverse crash; SCM; Ultrasonic rangingII目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 目的和意义11.2 研究内容11.3 可行性分析与技术要求2第二章 系统的总体设计32.1 超声波测距原理32.2 超声波传感器的选择32.3 温度补偿计算32.4 主要元器件介绍42.4.1 主控制器42.4.2 显示模块LCD160252.4.3 集成芯片CX20106A72.4.4 语音芯片NY3P0358第三章 系统的硬件设计113.1 单片机最小系统的设计113.1.1 时钟电路设计113.1.2 复位电路设计123.1.3 供电电路设计123.2 测距模块设计133.2.1 超声波发射电路133.2.2 超声波接收电路133.2.3 温度补偿电路143.3 语音模块设计153.4 显示模块153.5 报警模块15第四章 系统的软件设计174.1 超声波测距算法设计174.2 语音播报程序设计184.2.1 语音播报函数设计184.2.2 播报调用算法设计19第五章 调试结果与改进方案205.1 测量结果与分析205.2 设计结论215.3 改进方案21心得体会22参考文献23附录1 总体算法流程图24附录2 系统程序代码25长春建筑学院电气信息学院自动化专业本科毕业设计第一章 绪论随着汽车行业的不断升级，人们对机动车安全驾驶方面的要求越来越高。一些针对倒车安全、自动入库、以及事故隐患报警的系统被不断提出，其市场需求量日渐上升。此次设计以单片机为核心控制器设计了一个简单实用的倒车防撞系统。该系统的核心模块是测距模块，采用超声波传感器进行信号采集，准确地采集车身与障碍之间的距离，并迅速反馈给主控部分，进行数据的显示，距离达到危险值时进行警示。1.1 目的和意义为了解决个人驾驶中的安全问题，实时、精准的指示倒车时本车车身与后方障碍物的距离，方便司机在倒车时保持与后车的安全距离，以保证行车驾驶过程中的安全，出于上述原因，倒车防撞系统成为汽车行业的重要研究方向。由于行车驾驶时周围的环境较为复杂，采用单路传感进行距离检测时，对传感器的性能要求较高，并且对外界条件的可抗力较弱。故本次系统采用环境补偿设计，对测距的结果进行环境补偿、综合分析及判断，为驾驶中所遇到的问题提供最精准的解决方案。本系统是通过超声测距技术检测车身与后方的距离，对车体的位置信息处理，从而使驾驶员了解自己驾驶的车辆相对周围环境的位置信息，判断自身车辆需要作出的反应，充分发挥人的能动性，使驾驶车辆和驾驶员本身最大程度上规避潜在的风险。目前，市场上许多汽车品牌纷纷推出自己的自动泊车系统，如奥迪新款的R8，福特的翼虎，宝马的i3。先进的自动泊车系统十分吸引高端客户群的眼球，但是他们都是基于最简单的测距原理，判断自身所处的环境位置，针对自身位置制定最合理的入库路线。相信随着技术的不断革新，越来越多的关于倒车安全的系统会不断产生，给驾驶安全带来更好的保障。1.2 研究内容倒车防撞系统在实际使用过程中的缺陷和超声波测距时声速的环境补偿，本次设计主要针对环境补偿中的温度补偿部分进行了算法设计。在加深对软硬件学习的基础之上，设计制作可在实际生活中应用的倒车防撞系统，实现防止汽车发生碰撞的功能。具体内容如下：(1)学习倒车防撞系统的基础架构； (2)选择主要的控制器件和传感器；(3)设计硬件电路；(4)设计算法，实现预期功能；(5)联调，编写设计报告。1.3 可行性分析与技术要求倒车防撞系统的设计初衷是为了解决机动车倒车过程中的安全性问题。由于倒车时驾驶人的视角范围有限，对车辆与障碍物之间的实际距离难以掌握。想要做到防止车辆撞击其他物体，将车辆与其他物体间的距离实时、精准的反馈给驾驶人是最有效的办法。该系统设计如下: （1）对系统基础架构进行设计，选定测距模块的传感方式。（2）对测距传感芯片的选型及安装底盘，设计系统整机结构安装框架。（3）系统包括主控制器，信号处理模块和测距模块，显示模块，报警模块及语音模块。系统整体设计如图1-1。主控制器测距模块信号处理模块显示模块报警模块语音模块图1-1 系统组成框图第二章 系统的总体设计2.1 超声波测距原理超声波在传播的过程中会发生折射和反射效应，超声波测距装置主要是对超声波的反射效应加以利用。其发射部分发出固定频率的超声波信号，在发射的同时开始一段计时，此时接收部分短暂延时，避开发射信号。接收部分通过调节接收频率（类似收音机的接收调频），将接收频率固定在与发射部分同一频段。在收到回波信号后，立即停止计时，计算从发射到接收所用的时间T，通过资料查询了解声波在空气中的速度V，由此可以得出此时测距结果S的计算公式为 S = VT / 2 （2.1）根据公式在程序中设计相应的算法流程，即可得出准确的测距结果。2.2 超声波传感器的选择超声波传感器的主要构成大致分为两类，一类是属于电致伸缩型，一类是磁致伸缩型。电致伸缩性传感器的其中一种传感器叫做压电式传感器，它的工作原理是将电能转换，形成机械振荡，由此产生超声波。在接收回波时，它也可以将机械振荡转换成大小的电能作为输出，因此压电式传感器主要有发送器和接收器。部分传感器也可以做收发两用的传感器，其主要工作频率为24KHz或40KHz。本此设计选用的是小型超声波传感器，将发送部分和接收部分拆分开来，这种做法适用于小规模的测距系统。市场上这种传感器较多，型号一般有T/R-40-60，T/R-40-12等（R代表接收， T代表发送，40代表频率为40KHz，16及12代表其外径尺寸，单位为毫米）。此外，还有一种外加防护型的超声波传感器MA40EI型。这类传感器的特点是防水性较好，可以作为接近开关或料位使用，它的性能与前一种相比较好，但价格较高。综上所述，结合本系统的设计目的和各种超声波传感器的特点，本设计选用的是TCT40-16T/R分体式超声波传感器。2.3 温度补偿计算超声波在常温下传播的速度为340m/s，但空气中的湿度、压强、温度等环境因素很容易对超声波的传播速度造成影响，在这些环境因素中，温度对声速值的影响最大。通常情况下温度每提高1摄氏度，声速值大约增加0.6m/s。部分温度下的声速值如表2-1表2-1部分温度下的声速值温度T/-30-20-100102030声速V/m s-1313319322331337344350根据表2-1可知，温度对超声波测距系统的影响是很大的。如果得到不同环境条件下最准确的测距结果，对声速进行精准的温度补偿是必不可少的。通过查阅大量的有关资料，以及想过的实验论证，得出温度的补偿公式为：V=331.5+0.607T （2.2）其中，V代表实际传播声速，T代表传播时的环境温度。由公式可知，想要获得准确的声速值，必须得到传播时的环境温度值T。本设计采用DS18B20检测环境温度，对测速过程中传播的声速值进行补偿。2.4 主要元器件介绍2.4.1 主控制器STC89C52（以下简称C52）是宏晶科技发布的一种8位单片机控制芯片，其功耗低、指令与传统51系列单片机完全兼容，拥有8K bytes的Flash（只读程序存储器），最多可供系统反复擦写1000次。C52虽然沿用传统的MCS-51内核，但增加了很多扩展使芯片具有传统51单片机未实现的一些功能。其优越的在线可编程功能和高速运行的内核，使C52在8位微控制器领域扮演着重要的角色，也成为很多产品技术发展的解决方案。C52标准功能如下：（1）内置4KB EEPROM（分成8个扇区，每个扇区分配512个字节，读写数据必须按字节操作，擦除数据必须按扇区操作，采用全双工串行口通信），（2）8K bytes Flash（3）512字节RAM （4）32 位I/O 口（5）看门狗定时器 （6）MAX810复位设计（7）3个16 位计数器/定时器（8）4个外部中断（9）7向量4级中断结构另外，C52支持静态逻辑操作（即主频降至0Hz），设置了2种可选模式（空闲模式时，停止内核的工作， RAM、定时器/计数器、串口、中断保持工作状态。掉电保护模式下，RAM内容立刻保存，停止振荡器的工作和控制器一切工作，等待下次中断的产生或硬件的复位操作）。最高内核频率35MHz，也可选6T/12T。本系统选用C52的主要原因是它的烧写步骤较为简便， 8KB的程序存储空间既可以满足系统程序的存储，也不至于过大而造成浪费。2.4.2 显示模块LCD1602（1）简介LCD1602，有时也称字符型液晶1602，主要应用于字母、符号、数字等基本点阵型字符的显示。一般最小组成单位为有5X11或5X8。其中每个点阵字符位可以显示单个字符，两个点阵字符位的中间预留了一个点距的间隔，两行的中间也有一些间隔，作为字符间距和行间距的显示。正因为这样，在显示画面时，它的效果很不理想，很难完整地显示图形（用自定义CGROM时，显示效果也不好），一般只用来制作一些简单的数据展示使用。1602的意思是指最大的显示容量为16X2，也就是说他是一个可以显示两行、每行可以显示16个字符的液晶模块（显示字符或数字）。目前市场上字符液晶基本都是由HD44780作为主控芯片，增加了一些外围扩展电路而形成的，控制原理也基本是相通的。正是由于这个原因，基于芯片HD44780的控制程序可移植性很强，大多数的控制程序都可以适用于不同厂商的生产的1602型字符型液晶。（2）管脚功能图2-1 LCD1602封装图LCD1602的外形如图2-1，具体管脚定义如下：第1脚：Vss 电源地第2脚：Vcc 电源正极第3脚：VO 液晶显示偏压信号调整端，本次设计采用了一个10K的电位器对此电压量进行调节。第4脚：RS 寄存器选择端，此管脚电平拉高时选择数据寄存器、电平拉低时选择命令寄存器。第5脚：RW 读写选择端，电平拉高时进行读指令操作，电平拉低时进行写指令操作。第6脚：E（或EN） 使能端，高电平时读取信息，低电平时执行指令。第714脚：D0D7为8位数据传输端口。第15脚：背光电源正极第16脚：背光电源负极（3）基本操作时序读状态 输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：D0D7=状态字读数据 输入：RS=H，RW=L，E=H 输出：无写指令 输入：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：D0D7=数据写数据 输入：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：无2.4.3 集成芯片CX20106A（1）简介CX20106A是索尼公司根据其电视机产品需要，按照当时的技术需求生产的一款红外接收专用的集成电路。早期用于彩电的红外遥控接收器，具有很强的抗干扰性和很高的灵敏度。封装采用直插式单排8脚，外观小巧，使用方便，整体电路采用+5V供电。（2）内部原理图2-2 CX20106A内部原理图（3）引脚功能：第1脚：IN 信号输入端，输入阻抗一般为40 k第2脚：C1 增益调节端，此管脚与GND相连接形成RC串联网络，属于负反馈串联网络的其中一部分，改变R或者C的大小能调节前置放大器的频率特性和增益。增大R的值或减小C的值，都可以使负反馈量增大，信号放大倍数减小，反之，放大倍数增大。但改变C的大小会使频率特性发生改变，在实际使用中一般不会改动，本设计选用参数为R=4.7，C=1F。第3脚：C2 检波端，此管脚连接一个检波电容，随后接地，电容量大时调节为平均值检波，瞬间响应灵敏度较低；电容量小时调节为波峰检波，瞬间相应灵敏度较高。但电容量过小时，检波脉冲宽度动作较大，有可能形成误动作，故使用推荐参数为3.3F。第4脚：GND 接地端第5脚：f0 带通滤波器调整端，此管脚与电源正极间连接一个电阻，用来调整带通滤波器的中心频率f0，带通滤波器的中心频率会随着中间电阻阻值的增大而减小。本次设计中此电阻阻值取200K，中心频率约40KHz。第6脚：C3 积分端，此管脚连接一个积分电容后接地，一般情况下大小为330pF，如电容容量过大，会使探测距离变短。第7脚：OUT信号输出端，输出方式为集电极开路，所以此管脚必须外接上拉电阻至电源端，此电阻阻值一般设为22k，在没有接收到返回信号时输出电平为高电平，有信号时则会变低。第8脚：Vcc电源端2.4.4 语音芯片NY3P035（1）简介本设计所用的这款语音芯片是市场近年来推出的一款具有PWM 输出功能的一次性烧录语音IC（又称OTP芯片）。芯片留有3 个控制用IO口，最少仅需要添加一个104电容作为最低外围电路就可以稳定输出语音信息，本方案所需的产片成本超低。这款语音芯片内置电阻，没有外围元件，可适应供电电压为2.2-5.5V，应用领域很多，使用PWM输出模式，可以很容易的将裸片烧录成型的OTP 芯片，制作过程比较简单。扩音器可以支持8 欧-16 欧（1W以内）范围内的大多数扩音器，本款芯片使用特定的标准固定模块，最少能通过控制器的单个IO 口即可完全控制此语音芯片，完成32 段语音信息的任意调用和组合。目前最常用的控制方式是采用3 个IO口控制本芯片，输出多段语音的组合。（2）芯片引脚图图2-3 NY3P035封装图（3）控制原理简述这款芯片所采用的控制方法为模拟串行方式，当需要播报某一段语音信息时就按照这段语音信息的地址序号发送相应数量的脉冲（脉冲延时不小于0.2ms为宜，本设计使用1ms延时）的原理，依照此原理，快速的控制并调用32段地址上的语音，形成相应的语音组合。模拟串行方式下各IO口的工作状态如下：BUSY：芯片播报时，输出低电平，停止播报或者待机情况下，保持高电平；DATA：接受控制脉冲的脚位，接收到n个脉冲时，进行第n个地址上语音信息的播报；REST：任何时候，只要检测到脉冲输入，就将芯片的播放指针置零（也就是DATA 的脚位复位，将芯片恢复到初始状态，），同时将停止语音输出动作，进入待机状态。表2-2 语音芯片NY3P035地址表录音内容地址内容地址内容1-17电压2118电流3219水位4320温度5421重量6522单价7623总价8724厘米9825米10926伏11十27安12百28度13点29千克14当前30元15设置31016距离32滴第三章 系统的硬件设计3.1 单片机最小系统的设计图3-1 单片机最小系统电路3.1.1 时钟电路设计单片机工作必须要有时钟振荡信号的输入，单片机的XTAL1端（19管脚）、XTAL2端（18管脚）接晶振Y1与电容C1和C2，这种固定的结构与单片机内部的电路组成一个振荡器，产生单片机时钟脉冲信号。使用晶振和单片机进行配合生成时钟脉冲信号的这种方法称为内部时钟方式。这种模式下单片机系统的时钟频率由晶振频率的大小决定，例如晶振频率为12MHz时，单片机的时钟频率就是12MHz。除了内部时钟方式外，还可以把适当频率的外部时钟脉冲信号输入到XTAL2端，而把XTAL1端接地。图3-2 时钟振荡电路3.1.2 复位电路设计复位端（9管脚）与+VCC之间连接了一个10uF的电解电容C6，当单片机系统上电时，电解电容C6的正极电压瞬间变为+5V，电容对于这个瞬间的电压突变相当于短路，于是+5V瞬间电压加到复位端上使单片机复位。上电后，电解电容C6迅速充满电，在电路中相当于断路，此时复位端电平反转为低电平，单片机开始进入正常工作状态。这即是单片机上电后的初次复位。为了方便调试，在C6的基础上并联了按钮开关S1，必要的时候可以进行手动复位，当按钮开关闭合时，无论单片机在执行什么操作都会被强行复位。图3-3 复位电路3.1.3 供电电路设计通用串行总线，UniversalSerialBus，简称USB。属于通用外部总线标准的一种，多用于电脑与外部设备之间的数据传输，也常用于小型系统的供电。USB总线接口需要具有支持设备的即插即用的功能，同时支持热插拔功能。本次设计采用B型USB接口对系统进行供电，也就是在USB口焊接电源线和地线，将数据线管脚悬空。本次采用USB供电和电池供电两种供电方式，前者主要用于设计成型初期的调试，后者用于设计完成后的独立供电。两者的供电电压均为DC 5V。图3-4 供电电路此外，在最小系统中还有一个值得注意的地方，就是STC89C52的EA/VPP端（31管脚），EA/VPP端是单片机的外部程序存储器访问控制端。如果它接高电平，单片机就会到本单片机内部程序存储器中找程序来执行；如果EA/VPP端接低电平，则单片机执行的全部是外部程序存储器中的程序。本次设计由于没有外部存储器，故将此引脚直接拉高。3.2 测距模块设计3.2.1 超声波发射电路超声波发射电路的主要构成器件为传感器有TCT40-16T和反相器74LS04，单片机通过P1.0端口发射5个脉冲信号，同时将定时器打开进行计时。脉冲信号经过六反相器发送到换能器的两端，这种连接方式主要是为了提高超声波的发射强度。最终输出端口利用两个反相器并联的办法，提高超声波换能器的驱动效果。电阻R14、R15的设计可以提高换能器的阻尼作用，这种电路可以减少振荡时间，增加74LS04的外部驱动能力。超声波发射电路原理图如图3-5所示。图3-5 超声波发射电路3.2.2 超声波接收电路超声波接收电路主要由CX20106A和扩音器及部分外围电路组成，通过阅读CX20106A的技术文档，将接收的中心频率调节至40KHz，将7脚输出的电平信号连接至单片机的外部中断接收口P3.3，单片机通过检测P3.3口的电平状态来判断是否成功接收到回波。具体接收电路如图3-6所示。图3-6 超声波接收电路3.2.3 温度补偿电路选用DS18B20型温度传感器作为温度补偿芯片。其“一线总线”的封装设计可以在最大程度上简化硬件电路，最大测温范围为-50+125，在-10+85之间，测温精度可以精确到+0.5。最少只需一个IO口即可完成对温度的测量，再用过内部算法对声速进行补偿，补偿电路如图3-7所示。 图3-7 温度补偿电路3.3 语音模块设计语音芯片采用NY3P035，三个控制端口分别接单片机的P1.7、P1.6、P1.5，用来控制语音的提取，采用8/1W的扩音器进行信息播报。另外设置两个独立按键，作为语音信息的播报按键和LCD1602的背光开关。其连接方式如图3-8所示。图3-8 语音模块电路3.4 显示模块图3-9 显示模块电路3.5 报警模块本设计采用蜂鸣器作为报警模块的主要组成部分，由于蜂鸣器发声所需的电流较大，增加了PNP三极管8550进行驱动，在检测距离超过预警值时，单片机发出警报信息随即驱动蜂鸣器进行报警，提醒驾驶人员。报警模块电路如图3-10所示。图3-10 报警模块电路第四章 系统的软件设计本设计在完整地搭建好硬件电路的基础上针对性的编写了相应的代码程序，软硬件想结合成功的实现了单片机倒车防撞功能，程序部分算法流程图如下。4.1 超声波测距算法设计超声波测距算法设计主要包括超声波的发送和接收，计数器的启动及重新赋值。其主要流程图如图4-1所示。YNNY发送超声波, 超声波脉冲个数5个延时避开盲区收到回波否？预设时间？启动计时器T0停止计时计算测量值超声波测距结束图4-1 超声波测距算法设计4.2 语音播报程序设计4.2.1 语音播报函数设计要设计语音播报的程序，首先要了解语音芯片NY3P035内部语音信息的调用方法。例如需要播报第十段声音，单片机控制原理是：先将复位脉冲送至RST脚，然后将10个脉冲送至DATA脚，芯片立即开始工作，播报第十段的声音。如果需要连续播报第十段和第五段声音，先将一个复位脉冲发送到RST脚，然后把10 个脉冲发送到DATA 脚。芯片立即开始工作，播报第十段的声音；此时通过对单片机对BUSY管脚的状态进行检测，看其是否为低电平，如果是低电平则一直等待，如果是此管脚变为高电平，立即发送给RST 脚一个复位脉冲，接着发送给DATA 脚5 个脉冲。芯片立即开始工作，播报第5 段的声音，依此类推。根据语音芯片控制原理，设计语音播报函数如下：void Music(z) /播报处理 z等于几就播报第几段语音 rst =1; /复位脉冲，延时2毫秒delay1ms(); delay1ms(); rst=0;delay1ms();delay1ms(); while(z0) /进入循环，循环 z 次，调用第z段语音信息 dat=1; /发送数据脉冲，延时1毫秒 delay1ms(); dat=0; z-; 4.2.2 播报调用算法设计播报子函数设计完成后，开始设计关于子函数的调用及循环。这里说一下个人对算法设计的理解。其实，一个算法的设计可以简单的这样想，例如你得到一个指南针，通过学习你明白它可以帮你找出方向，然后你用它找到了回家的路，即拿来、理解、使用。我们目前所处的时代是一个信息高速开放的时代，社会的分工越来越细化，大多数情况下我们并不需要把每个代码都一字一句的敲出来。很多底层的驱动代码，我们只要可以理解，修改之后可以应用，就可以遵照鲁迅先生的拿来主义，拿来并使用。结束YN接收当前测量距离超出测量距离？播报“当前”、“距离”播报具体值语音播报播报“米”本次设计所选用的是一款一次性烧录OTP芯片，其语音地址已经在前文有所介绍，这里不作累述。本次设计需要播报的是距离，我需要播报的内容是“当前、距离、*、米”，所以我所需要调用的固定地址依次为14、16、25，其实际距离需要根据测距模块的反馈来进行地址的调用。语音播报调用算法的流程图如图4-2所示。图4-2 语音播报流程图第五章 调试结果与改进方案5.1 测量结果与分析表5-1 测量结果记录序号实际距离/cm测量距离/cm相对误差15049.12%210099.52%3150146.42.6%4200194.53%5250243.42.8%6300291.73%7350340.42.8%在基于51单片机超声波测距系统设计制作完成之际，需要对系统测距性能进行验证，这是检验设计成果的必要过程。为了减少环境干扰，提升验证的可靠性，系统性能验证试验通过在实验室内完成。以实验室墙壁作为目标物，将超声波探头正对平整的墙壁，然后开启测距系统测量墙壁至探头之间的距离，验证试验中设计了9中不同的测量距离，即分别为：50、100、150、200、250、300、350cm。每个距离值用超声波测距仪测量3次，计算出其平均值，并用皮尺精确测量出探头至墙壁的实际距离。表5.1给出了测量结果。测量结果分析：从测量实验结果看，本设计的误差率在3%左右，基本可以满足实际应用的需求。误差分析：造成测量误差产生的原因可归结为如下几个方面：（1）超声波发射时的余振导致接收程序中必须进行2.2ms的延时，导致40cm以内的距离无法测得；（2）小车遥控模块对超声波测距的影响；（3）超声波能量的衰减。超声波的特性之一就是传播过程中其回波幅度随传播距离增加而成指数形式衰减，导致长距离回波难以被检测到，造成一定的延时，而能量衰减也是导致其测量范围有限的根本原因。5.2 设计结论本设计基本达成倒车防撞系统的基础功能，可以实时监测车身与障碍物之间的距离，在距离达到预警值时蜂鸣器立即进行报警，手动按键后，可对当前距离进行正确播报。在此基础上，本人增加了展示电路部分，即将倒车防撞系统置于一辆小车之上，小车自带测速功能，当距离到达预警之后，由无线遥控模块控制小车改变其行进方向，从而达到规避碰撞的效果。由于无线遥控模块与超声波接收电路之间的电磁干扰较重，在两个电路之间增加了屏蔽处理，将两块电路之间的电磁影响减到最小。小车控制部分只作为倒车防撞系统的展示电路，故本人并未在设计中详细介绍其电路及程序代码。5.3 改进方案在倒车防撞系统的基础电路上进行P4口的扩展，扩展P4口后，将小车电机的控制电路和无线遥控模块的控制电路连接在同一块电路板上，在测距模块的反馈值超过最终极限值3秒内对小车进行紧急刹车，实现真正意义上的智能防撞。但由于本人能力有限，在IO口扩展以及多中断进程控制方面掌握并不熟练，这个方案很难调试成功，故未对此方案进行实施。虽然这个实际在实际操作中还有很多缺陷，但它已将达到了我最初预期的功能。第一，通过这次在电子方面的电路的设计，让我对一个产品的开发流程有了一定的了解；第二，在毕业设计的过程中我不断的查阅资料，了解关于设计课题的各方面知识，巩固了很多的基础知识，也了解了很多以前不曾注意到的知识面；第三，掌握了在遇到困难时最好的处理方案，发现问题并解决问题是最有效的工作方式，虽然过程并不容易，但每次问题的解决都会是一次良好的学习过程，坚持下去，就可以扎实的掌握技术的组成结构。心得体会在即将离开校园之际，我要特别感谢我的指导老师闫坤对我的关心和指导。在我做毕业设计的过程中，老师对我的能力十分信任，让我在设计的方向和方案的制定上有了很大的自由，也为后期调试工作的顺利进行奠定了先决条件。数字电路是我在大学里认真去看的第一本书，闫坤老师也是我在大学里的启蒙老师。我在最初的课程中十分盲目，她在面对我一次次无厘头的问题时十分耐心，教给我很多基础的知识，这个过程也使我们建立了深厚的友谊。千里之行始于足下，如果没有这些基础知识的学习，恐怕我也很难完成这份毕业设计，在这里祝你工作顺利，生活愉悦。同时，在此次设计中，也得到了李德裕、李继强两位导师的悉心指导和几个室友后期的很多帮助。在此一并表示感谢，正是由于你们，才有了这次设计的最终定型。最后，感谢我即将离开的长春建筑学院，希望母校的未来越办越好，再创辉煌。参考文献1 曲金玉，崔振民汽车电器与电子控制技术（第二版）M.北京大学出版社，20122 周航慈单片机应用程序设计技术M.北京航空航天大学出版社，20023 张毅刚单片机原理及接口技术M.北京：人民邮电出版社，20114 郭天祥新概念51单片机C语言教程M.北京电子工业出版社，20095 华成英，童诗白模拟电子技术基础(第四版)M.北京：高等教育出版社，2006 6 闫石数字电子技术