型新汽车防撞报警器设计说明书产品说明书--毕业设计.doc

湄洲湾职业技术学院2013届毕业设计产品说明书湄洲湾职业技术学院新型汽车防撞报警器设计说明书系 别： 自动化工程系 年 级： 10级 专 业：电气自动化技术 姓 名： 叶青 学 号： 1101010215 导师姓名： 宋进 职 称： 讲 师 2013年5月27日24目录1.前言12.系统设计技术参数要求23.系统设计33.1系统设计总体框图33.2 各模块原理说明43.2.1AT89C51模块：43.2.2超声波谐振频率调理电路模块：73.2.3超声波回路接收处理模块：83.2.4数码管显示模块：93.3 系统总原理图说明103.4 系统印刷电路板的制作图103.5 系统的操作说明103.6 系统操作注意事项10参考文献11致谢词12附录13附录一：电路总原理图13附录二：印刷电路板原理图14附录三：元件清单15附录四：系统程序16 1.前言声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射，反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。这就是本系统的防撞报警原理。这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。接收回路中测得的超声波信号共有两个波束，第一个波束位余波信号，即超声波接收头在发射头发射信号（一组40KHz的脉冲）后，马上就接收到了超声波信号，并持续一段时间。另一个波束为有效信号，即经过被测物表面反射的回波信号。超声波测距时，需要测的是开始发射到接收到信号的时间差，需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号，这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。 软件控制脉冲发射、检测回波信号：程序采用的是脉冲测量法，由单片机引脚产生40KHz 的脉冲信号，每次测量发射的脉冲数至少要12个完整的40KHz脉冲。同时发射信号前打开计数器，进行计时；等计时到达一定值后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰。采用外部中断对回波信号进行检测（回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲）。接收到回波信号后，马上读取计数器中的数值，此数据即为需要测量的时间差数据。经过处理后得到这一次测距值。假设室温下声波在空气中的传播速度是 340m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，则距离d可以由公式(1-1)计算：d=34560(cm/s)*t(s)，因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。2.系统设计技术参数要求设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。具体要求如下：(1)测量范围在0.5-1.11m，测量精度1cm。(2)测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。3.系统设计3.1系统设计总体框图单片机显示模块超声波接收器R超声波发生器T电源电路图3-1 基于单片机的超声波测距器系统框图3.2 各模块原理说明3.2.1AT89C51模块本设计采用以AT89S51为核心的最小系统，其电路图如图3-2。图3-2单片机最小系统原理图1.功能特性概括：AT89C51提供以下标准功能：40个引脚、4K Bytes Flash片内程序存储器、128Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。2.本设计所用到管脚说明：(1) VCC:电源 (2) GND:地 (3) P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 (4) P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输出口使用。作输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3-1 P1口第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入） ，时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）(5) P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器 （例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 (6) P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通) P3.7RD(外部数据存储器写选通)(7) RST:：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 (8) ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 (9)PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89C51从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 (10)EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。 (11) XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (12) XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2.2超声波谐振频率调理电路模块本模块以HD74LSO4芯片为核心的电路设计，其电路图如图3-5。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。其原理图如图3-3所示。图3-3 超声波谐振频率调理电路压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。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，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极同未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。3.2.3超声波回路接收处理模块集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图3-4)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图3-4 超声波检测接收电路3.2.4数码管显示模块本电路的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收单片机的P1口产生的显示段码。S1，S2，S3，S4引脚端为其位选端，用于接收单片机的P2口产生的位选码。本系统采用动态扫描方式。扫描方式是用其接口电路把所有数码管的8个比划段ag和dp同名端连在一起，而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。CPU从字段输出口送出字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于COM端。COM端与单片机的I/O接口相连接，由单片机输出选码到I/O接口，控制何时哪一位数码管被点亮。在轮流点亮数码管的扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。但由于人的视觉暂留现象，给人的印象就是一组稳定显示的数码。动态方式的优点是十分明显的，即耗电省，在动态扫描过程中，任何时刻只有一个数码管是处于工作状态的。具体原理图如图3-5图3-5 数码管显示模块3.3 系统总原理图说明总原理图参见附录一。电路由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和LED显示器组成。以单片机AT89C51为主处理器，通过超声波传感器发射和接收超声波，再通过单片机中断测出单片机由发射到接收到超声波的时间，再计算出单片机与被测物体之间的距离，然后通过数码管显示出被测物体与单片机之间的距离。发射电路主要由74LS04和超声波换能器构成用单片机P1.0端口输出40KHZ方波信号一路经一级反向后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向后送到超声波换能器的另一个电极。超声波接收采用的是常用于电视红外遥控接收器的芯片CX20106A。显示电路采用四位数码管的动态显示。3.4 系统印刷电路板的制作图详见附录二。3.5 系统的操作说明接通电源，按下开关，电源指示灯亮，显示管显示0000。将声波发射器对准障碍物时，在测量范围内显示管显示距离，当靠近0.5m-1.11m之间的时候蜂鸣器开始报警，当离障碍物小于0.5m的时候，显示管显示乱码此时处于测试盲区。3.6 系统操作注意事项1.通电使用前先对照电路板与电路图是否有错焊、漏焊、短路、开路、元器件相碰等现象，有要处理好后再使用。2.通电使用前先检查好电路板是否与电源供电线、驱动电路开关与负载供电线、负载供电线之间相互接反，不得在接错的情况下通电，要处理好后再使用。3.通电使用时人体不得与电路板线路任何一个部位相碰，防止触电，注意安全。4.应把电极片与电路板隔离，避免电极片与电路板上元器件相碰触发生短路现象。 5.通电时应把电路板放在绝缘物体上，避开其他导电物体避免发生短路现象。6.使用时闻到烧焦味、发现元器件或集成块冒烟烧毁应立即断开电源，待电路板查明原因处理好后才可以继续通电使用。参考文献1苏长赞.红外线与超声波遥控人民邮电出版社.1993.1591892胡萍.超声波测距仪的研制.浙江大学出版社.2000.1031593刘凤然.基于单片机的超声波测距系统.传感器世界.2001.20314靳达.单片机应用系统开发实例导航.人民邮电出版社.2003.26295余永权、汪明慧等.单片机在控制系统中的应用.电子工业出版社.2004.45516胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.2004.11237张艺刚.单片机原理与接口技术.北京航空航天大学出版社.2005.68105 8苏伟.超声波测距误差分析.传感器技术.2005.第五期.239李华.单片机语言编程.北京航空航天大学出版社.2005.265610高飞燕.基于单片机的超声波测距系统的设计.信息技术.2005.4152 11周荷琴、吴秀清.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2009.4547致谢词大学三年一眼即逝。首先我要感谢在背后辛勤劳动默默支持着我的父母，是他们的付出才有我在校园安静学习生活的机会。接着感谢宋进老师细心为我修改论文，从他那里学到的不只是专业知识，更多的是做人的道理。感谢梁峰林老师三年来担任我们的班主任，对我们生活、学习方面都付出了许多努力，没有她的带领，我们不会成为合格的毕业生，另外还要感谢李清生、郑维清、陈辉煌、邱兴阳、杨阿弟、林寿光、宋进老师，他们在学习方面给了我大量的指导，让我学到了知识，也获得了实践锻炼的机会。他们严谨的治学态度、对我的严格要求以及为人处世的坦荡将使我终身受益。除此之外，他们对我生活的关心和照顾也使得我得以顺利完成大学的学业。在此祝愿他们身体健康，全家幸福！其次感谢湄洲湾职业技术学院，给我提供这么好的学习生活环境，在校学习和生活的日子是我一生中一段难忘的经历。最后还要感谢三年来一起生活学习的同学们，人生旅途中有着各种的幸酸与喜悦。是你们在陪伴着我一起度过，希望即将融入社会的你们能够闯出属于自己的一片天空。附录附录一：电路总原理图附录二：印刷电路板原理图附录三：元件清单序号元件名称型号与规格单位数量1电阻R8 R9 R38 1K只32电阻R1 10K只13排阻 RP1 10K只14电阻R10 R11 R12 R13 R31 2.2K只55电阻R15 R16 200K只26电阻R2 R14 10欧只27磁片电容C2 C3 30P (300)只28磁片电容C6 330pf （331）只19磁片电容C11 104只110磁片电容C9 473只111二级管 D12 LED只112电解电容C1 10UF C10 C17 4.7UF 只313蜂鸣器蜂鸣器只114超声波探头40R 40T 只215三极管Q1Q5 8550只516电源插座DC 3.5*1.1只117数码管四位一体共阳数码管只118 集成电路 74HC04 CX20106A只219晶振12M只120芯片 IC 座40脚 14脚只221单片机STC89C51只122开关6*6*5按键 自锁开关只223电源线USB电源线条124焊锡0.6焊锡米1附录四：系统程序#include sbit k1=P34; sbit csbout=P10; /超声波发送 sbit csbint=P32; /超声波接收 sbit bg=P33; #define LED P0 sbit LED1=P24; /LED控制 sbit LED2=P25; /LED控制 sbit LED3=P26; /LED控制 sbit bj=P20;/报警#define csbc 0.0347 unsigned char cl,mqzd,csbs,csbds,buffer3,xm1,xm2,xm0,jpjs;/显示标识 unsigned char convert10=0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09;/09段码 unsigned int s,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1; void csbcj(); void delay(j); /延时函数 void scanLED(); /显示函数 void timeToBuffer(); /显示转换函数 void keyscan(); void k1cl(); void k2cl(); void k3cl(); void k4cl(); void offmsd(); void main() /主函数 EA=1; /开中断 TMOD=0x11; /设定时器0为计数，设定时器1定时 ET0=1; /定时器0中断允许 ET1=1; /定时器1中断允许 TH0=0x00; TL0=0x00; TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds=0; csbout=1; cl=0; csbs=8; jpjs=0; sj1=50;/测试报警距离 sj2=200; sj3=580; k4cl(); TR1=1; while(1) keyscan(); if(jpjssj3) /大于时显示“CCC” buffer2=0xC6; buffer1=0xC6; buffer0=0xC6; else if(ssj1) /小于时显示“- - -” buffer2=0xBF; buffer1=0xBF; buffer0=0xBF; else timeToBuffer(); else timeToBuffer(); /将值转换成LED段码 offmsd(); scanLED(); /显示函数 if(s=40) csbds=0; cl=1; void csbcj() if(cl=1) TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=csbs; while(i-) csbout=!csbout; TR0=1; i=mqs; /盲区 while(i-) i=0; while(csbint) i+; if(i=4000) /上限值 csbint=0; TR0=0; TH1=0x9E; TL1=0x57; t=TH0; t=t*256+TL0; t=t-29; s=t*csbc/2; TR1=1; cl=0; csbint=1; /if(s80)bj=1;/ if(s6) csbs=csbs-2; sj1=40; sj1=sj1+2; k4cl(); else if(s=sj3) if(csbs1000) jpjs+; if(jpjs3) k4cl(); jpjs=0; xx=0; switch(jpjs) case 1: k1cl();break; case 2: k2cl();break; case 3: k3cl();break; void k1cl() sj1=sj1+1; if(sj1100) sj1=50; s=sj1; void k2cl() sj2=sj2+5; if(sj2500) sj2=40; s=sj2; void k3cl() sj3=sj3+10; if(sj3600) sj3=600; s=sj3; void k4cl() sx1=sj1-1; sx1=sx1/csbc; mqs=sx1/4.5; void offmsd() /小时数十位为0判断模块 if (buffer0 = 0xC0) /如果值为零时小数十位不显示 buffer0 = 0xFF;