基于单片机的汽车倒车防撞系统标准设计.doc

毕业设计（论文）论文题目：基于单片机汽车倒车防撞系统设计 摘 要基于超声波汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中经过超声波测距原理， 预防汽车发生碰撞障碍物一个智能报警装置。此次设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示模块和声光报警模块等部分组成。它由单 片机智能控制，能使汽车在行驶和倒车过程中自动检测到障碍物。然后经过超声波 测距原理测量出汽车和障碍物之间距离，并经过数码显示模块将测得距离显示 出来，当汽车和障碍物之间距离达成安全极限时，单片机控制声光报警模块发出 报警信号，达成提醒司机预防撞车目标。本设计充足发挥了单片机性能，其硬 件电路简单，软件功效完善，控制系统可靠，含有一定使用和参考价值。 关键词 超声波 测距 汽车防撞预警 单片机目录序言4第一章 课题介绍及其发展现实状况51.1 课题研究现实状况及其发展意义51.2 汽车防撞系统发展过程51.3 超声波介绍6第二章 总体设计方案72.1 设计总体思绪概况72.2 超声波测距原理82.3 超声波传感器92.4 控制系统方框图92.5 超声波发射装置设计102.6 超声波接收装置设计112.7 显示电路设计122.8 报警装置设计13第三章 硬件设计和制作153.1 芯片功效153.1.1 AT89C51功效特点153.1.2 CX6功效特点163.1.3 LED数码管163.1.4 系统特点183.2 硬件电路设计和PCB板制作183.3 超声波测距系统元器件清单183.4 汽车防撞系统实物制作19第四章 软件设计214.1 软件工作过程214.2 算法软件设计214.3 主程序步骤图21第五章 系统调试245.1 硬件调试245.2 软件调试24结论25参考文件26致谢27附录一29附录二29附录三30附录四32序言曾几何时，汽车对很多家庭来说是不敢想象。但伴随社会生产力发展和经济水平大幅度提升，让百姓收入日益鼓胀，处理了温饱问题家庭开始走向小康，表现得最显著是交通工具升级换代上：部分家庭开始购置汽车作为自己代步工具。 近几年中国汽车保有量逐年增加，保有量为6300万辆，达成7400多 万辆。按保守估量，未来中国汽车保有量能够达成4.9亿辆左右，即大约350辆/千人。 对于汽车数量大副度攀升，尽管国家在公路设施上不停地改善，但道路上车辆仍然 还是越来越多，尤其在上下班时段完全避免不了公路上汽车拥挤现实状况。再加上在汽车设计上车速不停提升，即使公路上各路段全部有限速，但撞车事件仍然在广大人民生活中频频发生，给大家带来了巨大人身伤亡和社会财产损失。 针对汽车拥挤现实状况，设计一个反应快，稳定性好而且经济实用汽车防撞报警系统对当今现实状况是势在必行。汽车防撞系统是一个向司机报警装置，此防撞报警系统 能将在汽车行驶和倒车过程中自动检测障碍物，然后经过超声波测距原理测出汽车和障碍物之间距离，并将距离显示出来，当汽车和障碍物之间距离达极限时。系统发出声光报警，达成提醒司机预防撞车目。汽车倒车防撞预警系统即是俗称倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采取超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物距离，当汽车尾部离障碍物距离达成探测范围时，倒车雷达经过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物距离达成设定安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。现在生产中高级小轿车大多数全部配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面考虑，经济型小轿车、大客车等其它车辆全部没有配置倒车雷达。有市场需求产品，肯定会带动产品开发设计。倒车雷达电路种类较多，本文介绍基于单片机控制倒车雷达系统，该系统采取通用型单片机作为控制电路，方便系统功效扩展。系统电路关键采取集成器件组成，外围元件少，电路简练、调试方便、成本低，利于商品化生产。第一章 课题介绍及其发展现实状况11 课题研究现实状况及其发展意义伴随社会经济发展不停进步，汽车数量逐年增加，汽车拥挤现实状况不可避免， 而在汽车拥挤情况下，恶性事故频频发生，时刻威胁着大家安全。中国交通事故 年死亡人数远高于她国，分别是美国 2.3 倍、德国 18.4 倍、日本 13.4 倍。当 现代家庭充足享受汽车带来方便同时，也为此付出了沉重代价。据统计，中国自 年至 年，已经有 150 多万人死于道路交通事故，其中大部分道路交通事故为 汽车追尾碰撞事故。面对当今这种现实状况，设计出一个反应快，稳定性好而且经济实用 汽车防撞报警系统势在必行。 防撞预警自动测量技术应运而生，尤其非接触式测量技术发展卓越。在大多情况 下，测量和障碍物之间距离是不能够接触到障碍物，在这种时候就会用到非接触式 测量设备。在物理学中大家发觉了电子学技术产生超声波后，以后超声波技术在测量领域得到了广泛利用，尤其是在超声波测距方面， 结合了其它技术，用超声波测距变得十分常见 超声波在介质中传输距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比 较方便而且速度快计算简单，轻易做到实时控制，而且测量精度好，全部能够达成工业测 量需要。所以超声测距广泛应用于当今生活中，尤其是应用于超声波测距方面。超声 波测距利用是声波反射原理，声波在空气中传输避免了和介质接触。 和其它测距方法相比，超声测距不受颜色、光线和电、磁场影响，使她受到干扰 可能大幅度降低。它还含有可靠性能高、结构简单、价格廉价、安装方便等优点。也 能够测量处于黑暗、烟雾、有灰尘、电磁干扰等恶劣环境中障碍物。但因为超声波传 播时温度对声速影响比较大，使超声测距正确度到了影响，在这里能够采取温度赔偿 进行校正，能够消除温度对其影响。12 汽车防撞系统发展过程国际上对汽车防撞研究开始于二十世纪六十年代，以德、美、日为代表西方国 家内开始研究，和众多汽车制造厂商合作，制造出世界上第一批汽车防撞报警器。但局 限于当初器件发展水平和单片机成本过高， 造成报警器难以做到体积轻巧、 结构简单、 价格廉价。另外，报警器干扰原因很多，在试验室制造样机，对很多干扰原因考虑 不全方面，使在实际得应用中，防撞效果并不让众多研究者满意。 二十世纪末，奔驰企业组织，计划将组合通信、传感器、智能技术结合于于一个系 统中，改善了汽车经济性、安全性和有效性，在这次研究中研制出了性能优良汽车 防撞报警器，能够帮助驾驶员避免发生交通事故。使得制造出低成主本、高性能汽车 防撞雷达成为可能。 欧盟RadarNet研究项目整合己有研究结果，研制新型多功效汽车防撞雷达。其中， 德国汽车生产厂商奔驰企业和英国电子生产厂商劳伦斯电子企业强强连和，成功研 制出了超声波频率为35G赫兹可报警距离为150米汽车防撞报警雷达，系统能够智能计 算出汽车和前方障碍物距离和二者之间相对运行速度，而且依据本身行驶速度计算 出汽车和障碍物之间安全距离，当汽车和障碍物之间或和前车之间距离小于计算出 安全距离时，预警系统便会发出声音报警信号，提醒司机避开障碍物或紧急停车。 这种预警雷达适合于在轿车、客车上使用，应用了汽车防撞预警系统能够对于恶性交通 事故发生起到了很好预防作用。13 超声波介绍众所周知，当物体在振动时候就能够发出声音。不过人类耳朵只能听到频率为 200赫兹声波。当声波振动频率不在这个范围时声音人类是听不见。根 据这种情况，大家要求把声波频率高于20KHZ声波称为“超声波” 。因为超声波含有方 向性好，抗干扰能力强，穿透能力强等优点。在现实生活中有着不可替换作用它常见 于清洗，测距，测速等。 实际测试发觉,相同振幅下, 振动频率和物体振动能量是成正比,当超声波传 播时,声波振动频率很高,物体震动能量也很大。在现实生活中我们充足利用了这些 能量，比如超声波加湿器，它是把超声波发射到水罐中,物体震动巨大能量能够使水 罐中水升华成雾气,在把雾气吹入到空气中,这么就使空气湿度增加。除此之外应用 超声波还能够做很多方便现实生活实用工具，本文介绍汽车防撞装置也是应用超声波原理制成。 超声波是声波大家族中一员。声波指是物体在机械振动下，物质质点在其平衡位置进行往返运动状态。比如鼓经过敲打以后，鼓面就会上下振动，振动经过空气向四面八方进行传输，这就是声波。超声波就使频率很高声波。超声波在现实生活中 能够光泛应用，是因为超声波有以下多个特征，它能够在气体、固体、液体、等介质中 进行传输，能够传输巨大能量，能够发生反射、干涉和共振现象，而且超声波在液 体中进行传输时，能够产生猛烈空化和冲击现象。即使人类耳朵听不见超声波，不过不少动物却拥有此项能力。她们就是利用超声 波来捕捉猎物，而且能够避开障碍物。好多大家疑问为何蝙蝠能够在完全黑暗情况 下还能够分析在哪能够捕食和避开障碍物。其实蝙蝠就是利用它听到超声波而进行在 黑暗中自己定位。蝙蝠经过自己嗓子发出超声波，超声波发出以后四面八方发射 出去， 当超声波碰到障碍物以后发生反射， 这种反射回来超声波进入到蝙蝠耳朵中， 蝙蝠听到超声波后，就能自己判定出障碍物或猎物位置。然后快速判定出来从而 能够自在在空中翱翔。中国超声波研究照比其它国家起步较晚，大家在发觉正压电效应和逆压电效应之 后，超声波才逐步应用于电子行业、清洗机械器件、军事、塑料焊接、金属焊接、医学 等等领域。尤其在医学方面应用尤为广泛，超声波在人体里传输时，当超声波在人体 内传输时假如碰到障碍物，超声波便会发生反射和折射。因为每个人组织结构全部是不一样所以她们对于超声波吸收能力也不一样。这种差异在经过仪器设备把她们显示出 来，医生便能经过这种差异便能够判定出身体是否发出病变。第二章 总体设计方案汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中预防汽车发生碰撞障碍物一个智能报 警装置。它能自动发觉可能和汽车发生碰撞障碍物体，而且同时检测汽车和障碍物之 间距离，抵达极限距离时发出报警信号以避免碰撞发生。依据题目要求，汽车防撞 报警器功效关键有两个：判定汽车和障碍物之间距离和当汽车和障碍物之间距离 抵达临界距离时发出报警信号。21 设计总体思绪概况汽车防撞预警系统原理是利用超声波发射和接收，用计时器计出超声波从发射 到接收到碰到障碍物后反射声波时间经过公式计算出汽车和障碍物之间距离。在实 际生活中常见测距方法关键有两种，一个是在被测距离两端，一端设置发射装置， 一端设置接收装置，利用公式 S = vt 得出测量距离。这种测量方法尤其适适用于测量身 高；另一个是此次设计采取方法，利用超声波碰到障碍物后反射得出距离。 汽车防撞系统硬件电路设计关键包含单片机系统、超声波发射电路和超声波检测 接收电路及显示电路三部分。单片机采取是 AT89C51 系列。为了取得较稳定时钟频率 而采取了高精度晶振，这么极大减小测量距离误差。用单片机 P1.0 端口输出超 声波发射器所需要 40kHz 方波信号，使用外中止 0 口检测接收超声波反射信号。 显示电路装置用了结构简单价格廉价 4 位 LED 数码管来显示距离。 超声波发射装置关键是由反相器 74LS04 和发射传感器组成。 AT89C51 单片机 P1.0 引脚输出 40k 赫兹间断方波信号分成 2 路，一路信号经过一个反向器后抵达 TCT40 一 个引脚，另一路经过两个反向器后到 TCT40 另一个引脚，用这种形式将 P1.0 发出 单片机 P1.0 端口发出间断方波信号加到 TCT40 两端上，用这种推换形式将间断 方波信号连接到超声波传感器两个引脚上，这么能够增强超声波发射强度。在加载 反波信号时使用两个 74LS04 并联， 是它驱动能力得到了很大提升。 而电阻 R8、 R9 增大超声波传感器阻尼效果，缩短了震荡时间，使超声波传感器输出高电平能力大 大增加。 超声波接收采取 CX6A 集成电路模块， 依据电路图能够看出， 集成芯片 CX6在接收装置电路中作用很大。CX6 是一款红外线检波接收芯片，它常见于现实 生活中， 而且价格廉价。 因为红外线波频率为 38 kHz， 和测距使用超声波频率靠近。 而且 CX6 芯片内部设置比很好，因为设计中芯片 f5 角连接了一个外接电阻， 此电阻使她滤波器中心频率能够调整，当 R15 阻值越大滤波器中心频率就越低， 改变范围在 3060 kHz 之间。此次设计证实用 CX6A 接收超声波信号含有优异灵 敏特征和较强抗干扰能力。 超声波测距预警系统关键包含主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中止子 程序和数码显示子程序等。超声波测距估计能够系统主程序第一步是对系统进行初始 化， 初始化定时器 T0 为 16 位定时计数器工作模式。 全局中止打开并给显示端口清 0。 在调用超声波发生子程序发出一个超声波脉冲，在发射过程中延时约 0.1 ms，避免声 波信号从发射器发出后直接传送到接收器而引发直射波触发，然后在使用外中止接收遇 到物体后返回声波信号。我采取了 12 MHz 晶振，计数器每次计数间隔是 1s，当主 程序接收到成功信号后，将计数器 T0 中数计算，即得出和障碍物之间距离，测 出距离后将结果送往 LED 显示，这就是超声波测距过程。 在系统调试方面，因为设计电路由很多集成电路组成。外围元件极少，所以调试 不太难。只要焊接电路没有错误，简单调试一下就能够正常使用了。电路设计中除了 集成电路，对其它电子元件也没专业要求。能够依据测量距离差异，调整和接收换能 器滤波电容就能得到适合灵敏度和超声波抗干扰能力。22 超声波测距原理超声波测距是经过检测超声波发射后碰到障碍物所反射回往返波，图2-1所表示 。从而测出超声 波发射和接收时间差T,然后依据公式S = CT / 2 即可算出汽车和被测物体距离。S 为汽车和障碍物之间距离,C为超声波在空气中传输速度。声速c和温度相关，如温度改变不大，则可认为声速是基础不变。假如测距精度要求很高，则应经过温度赔偿方法加以校正。本设计中设定温度为常温20。 图2-1 超声波传输图 利用超声波测距原理图如框图 2-2 所表示，单片机发出 40kHZ 信号，经放大后 经过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到超声波信号经放大器放大，用锁相环 电路进行检波处理后，开启单片机中止程序，测得时间为 t，再由软件进行判别、计算， 得出距离数。数据显示定时器单片机控制放大电路超声波发射器放大电路超声波接收器图2-2 超声波测距原理图23 超声波传感器为了利用超声波方便大家生活，科研机构已经设计制做了很多超声波传感器。 超声传感器指是在超声频率范围内将交变电信号转换成声波信号或将外界声波信 号转换成电信号转换器件。 超声波是声波中一个。超声波就是频率很高声波。超声波在现实生活中能够广泛应用，是因为超声波有以下多个特征，它能够在气体、固体、液体、等介质中进行传 播，能够传输巨大能量，能够发生反射、干涉和共振现象。这些优点使超声波换能 器研究势在必行。 大致上讲，超声波发生器可分为两类：一类是用机械方法产生超声波，一类是用 电气方法产生超声波。两种方法产生超声波功率、频率和声波特征全部不相同，所以 不一样用途采取不一样方法产生超声波。而我在此次设计中采取电气方法产生超声波， 使用现在在理论研究和实际生活中最为常见压电式超声波发生器。 压电式超声波传感器装置是依据声电转换原理制成，它又称超声波探头或超声 波换能器。超声波换能器有两种，一个是超声波发射换能器，另一个是超声波接收换能 器。压电式超声波换能器原理是依靠压电晶体谐振来进行工作。超声波换能器 内部由一个换能板和两个压电晶片组成。这种超声换能器需要压电材料极少而且价格 廉价，而且很适适用于气体介质中。当压电晶片受到发射电脉冲激励后即可产生振动，发射声波脉冲，是逆压电效应。逆压电效应用于超声波发射。当外界超声波作用于压 电晶片时，晶片被迫发生振动引发形变转换成电信号，这是正压电效应。正压电效应应 用于超声波接收。 在换能器两极引脚加上大小和方向不停改变交流电压，就能使压电晶片产生机 械变形，当引脚频率和压电晶片上振荡频率相同时，就能带动共振板发生共振产生 超声波。 超声波换能器工作原理是把40kHz间断方波信号分成2路，一路经一级反向器后 抵达TCT40一个电极，另一路经过两级反向器后到TCT40另一个电极，用这种形式将 P1.0发出方波信号加到TCT40两端上，然后产生谐振后经辐射器将振动信号向四面 八法传输出去。当超声波信号经过传输后假如碰到障碍物以后就会发生光波折射，在传 播回来，由接收换能器进行接收。24 控制系统方框图超声波防撞控制系统图如框图 2-3 所表示。该系统全部全部由单片机进行控制，单盘机 发出 40Hz 方波脉冲，经过超声波发射电路发射出超声波。超声波在碰到障碍物以后 反射射回来再由接收电路接收反射声波信号送入单片机进行分析，计算出汽车和障碍物 之间距离，将处理后结果送入显示电路经过数码显示管显示出距离，假如距离达成 安全极限距离着由报警电路经过蜂鸣器发车报警，提醒司机躲避障碍物。AT89C51单片机 振荡复位电路扫描驱动LED显示超声波发送电路报警电路超声波接收电路 图 2-3 超声波测距报警系统图25 超声波发射装置设计超声波发射器包含两个部分：超声波产生电路部分和超声波发射控制电路部分。超 声波探头采取TCT40。单片机P1.0端口输出40KHz超声波信号，此时定时器开始计时。经过输出引脚输 入，经驱动后推进发射探头产生超声波，此方法充足利用了软件控制，灵活性好。超声 波发射电路设计图图2-4所表示。图 2-4 超声波发射装置设计图 超声波发射电路关键由反相器 74LS04 和发射换能器组成。AT89C51 单片机 P1.0 口输出 40kHz 间断方波信号分成 2 路，一路经一级反向器后抵达 TCT40 一个电极， 另一路经过两级反向器后到 TCT40 另一个电极，用这种形式将 P1.0 发出方波信号 加到 TCT40 两端上，这么能够增强超声波发射强度。在加载反波信号时使用两个 74LS04 并联，能够提升驱动能力。而电阻 R8、R9 能够增加超声波换能器阻尼效果， 缩短了震荡时间，还能够提升换能器输出高电平驱动能力。26 超声波接收装置设计超声波接收器包含接收发射探头、信号放大电路和波形变换电路三个部分。超声 波探头采取RCT40。 根据超声波原理，微处理器需要只是第一个回波时刻。接收装置设计可用 CX6A来完成。在空气中传输超声波其能量衰减和距离是成正比，距离越小、 衰减越少，距离越大、衰减越多，通常全部在1V之内。图 2-5 超声波接收装置设计图 超声波接收装置图2-5超声波接收装置图所表示。超声波接收采取CX6A集 成电路模块，依据电路图能够看出，集成芯片CX6在接收装置电路中作用很大。 CX6是一款红外线检波接收芯片，她常见于现实生活中，而且价格廉价。因为红外线波频率为38 kHz，和测距使用超声波频率靠近。而且CX6芯片内部设置 比很好，因为设计中芯片f5角连接了一个外接电阻，此电阻使她滤波器中心频率能 够调整，当R15阻值越大滤波器中心频率就越低，改变范围在3060 kHz之间。 CX6对收到信号进行放大、滤波作用。当接收到声波信号经由放大器， 调整信号频率， 然后滤波消除干扰信号， 最终再经过整形， 输出到CX67脚输出。 当接收到声波信号和CX6中心频率相符时，它7脚就会低电平输出，而7脚接 到INT0引脚上，这么就会中止。若频率和CX6中心频率不一样时，即可调整R15，使 滤波器中心频率和超声波测距频率相符。27 显示电路设计显示电路中显示测量距离使用是4位共阴LED数码管，它简单实用而且价格便 宜。位码使用四个PNP三极管来驱动，显示电路设计图图 2-6显示电路设计图所表示。 图2-6显示电路设计图 2.8 报警装置设计报警部分采取一个蜂鸣器进行报警，LED发光，利用单片机控制输出一个一定频率信号。信 号经过一个三极管，把信号放大，以增强驱动能力。然后将放大以后信号连接到蜂鸣器上，报警部分装置设计图图 2-7 所表示。 图 2-7 报警装置设计图 蜂鸣器是使用直流电源进行供电，它广泛应用于当今生活中，尤其在计算机、报警 器、复印机、打印机、电子玩具、汽车电子设备、电话机等电子设备制造中作为发声器件而广泛应用。蜂鸣器是一个一体化结构电子发声器，它分为两种类型，一个是压电式蜂鸣器另一个是电磁式蜂鸣器。 压电式蜂鸣器关键由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱阻及抗匹配器还有外壳等部 分组成。压电蜂鸣片是由铌镁酸铅或锆钛酸铅压电陶瓷材料制造而成。而多谐振荡器由集成电路或晶体管结构而成。当电极两端接通电源以 后,多谐振荡器开始振动,输出音频信号，然后阻抗匹配器便能推进压电蜂鸣片发出声 音。电磁式蜂鸣器关键由振荡器、磁铁、振动膜片、电磁线圈和外壳等部分组成。在两 极接通电源以后，振荡器能够产生音频信号，信号经过电磁线圈，便会使电磁线圈生 成磁场。这么振动膜片便会在磁铁和电磁线圈作用下，周期性反复地振动从而发出声音。第三章 硬件设计和制作硬件电路设计关键包含三部分：单片机系统、显示电路、超声波发射和检测接 收电路。在此次设计中单片机采取AT89C51。还采取了12MHz高精度晶振，以减小测量 误差。用AT89C51P1.0端口输出所需40kHz方波信号，采取AT89C51实现对TCT40 超声波转换模块和CX6A芯片控制。31 芯片功效 3.1.1 AT89C51功效特点AT89C51 单片机关键由中央处理器、存放器、输入输出接口等组成。中央处理器是 单片机关键部分，它关键作用是完成运算和控制功效。程序存放器含有存放功效， 使应用程序在开发调试后永久性存放在程序存放器中。 AT89C51 控制着超声波发送和接收,串行口发送数据。LED 显示是共阴极接法动态循环显 示.接收电 路接收超声波碰到物体后反射回往返波信号。该芯片包含了限幅放大、前置放大、整 形和输出数据信号，这么方便了检测判定回波数据是否正确, 而且能够经过计算得出 距离值. AT89C51 是一个带 4K 字节闪烁可编程可擦除存放器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压， 8 位高性能 CMOS 微处理器，叫做单片 机。该单片机采取制造技术是 ATMEL 高密度非易失存放器制造成，它能够和达成工 业标准输出管脚和 MCS-51 指令集相兼容。因为它将 8 位多功效 CPU 处理器和闪烁存 储器组合在单个芯片中,AT89C51 是一个高效微控制器外形及引脚排列图 3-1 所表示。 图 3-1 AT89C51 控制器 AT89C51 有两种可用软件来选择省电方法：空闲工作方法和掉电工作方法。当处 于空闲方法时 CPU 处于睡眠状态，但片内其它部件仍然继续工作，而且片内 RAM 内 容和全部专用寄存器内容在空闲方法期间全部被保留起来。当处于掉电方法时保留了 RAM 内容，振荡器停止震荡，严禁芯片其它功效直到下一次硬件复位才能使用。AT89C51 为很多器材制造提供了十分灵活和低成本处理措施。充足利用了单 片机片内资源，使我们能够在较少使用外围电路情况下完成超声波测距。3.1.2 CX6 功效特点 CX6对收到信号有放大和滤波作用。图3-2所表示，CX6芯片接口图。 CX6有8个引脚，管脚1是超声波信号输入端；管脚2电阻和电容决定接收换能器 总增益，经过增大或减小电阻电容，确定放大倍数，改变放大器频率。管脚3和GND 之间连接电容起到检波作用；管脚5上连接一个电阻，这个电阻用来设置滤波器 中心频率；管脚6和GND之间接入一个电容，该电容确定探测距离；管脚7是集电极开路 输出端：管脚8接电源正极。 图3-2 CX6 芯片接口图 3.1.3 LED数码管在生活中最常见到 LED 数码管是八段和七段，八段式原理图图 3-4 所表示。 此次设计中采取是八段式数码管。八段式和七段式相比，她们各部分结构大致 相同，八段只比七段式多了一个小数点。数码管里全部是由 LED 发光二极管发光单片机 控制 LED 灭亮显示出不一样形状从而显示出数字，八段式数码管和七段式关键区 别就在于八段式数码管中有八个发光二极管，而七段式数码管中有七个发光二极 管，两种之间只差一个点。 数码管又分为两种类型，共阳极型和共阴极型。原理图图3-3共阳极型和共阴极 型原理图所表示。共阳极型就是将数码管中发光二极管阳极全部接在一起而且接到电源 上，连接好以后把其中任何哪个发光二极管阴极接到地线上，它就会发光。共阴极型则是将数码管中发光二极管阴极全部接在一起而且接到地线上，连接好以后把其中任何哪个发光二极管阳极接到电源上，它就会发光。 图 3-3 共阴极型和共阳极型原理图 图 3-4数码显示管引脚图图 3-4 数码显示管引脚图所表示， 把两个 COM 引脚连接起来， 作为数码管公共端， 数码管共阳端要接地，共阴端接电源。一个二极管是一位，八个管子即 a,b,c,d,e,f,g 还有 dp， 拼成个 8 字列在一起就组成了一个 8 位数码显示管。 一个八段式数码显示 管每个显示管连在一起，每个二极管公共端称为位选线。在数码管显示数字是，一 个二极管对应一条直线，a 对应是首位，dp 对应最终位。比如，当数码管显示管显示 数字 0 时，那么共阴极数码显示管编码就为 00111111，十六进制数为 0x3f，而共阳 极数码显示管编码就是 11000000，十六进制数为 0xc0。经过这个例子能够看出 来共阴极数码显示管和共阳极数码显示管编码各个位是相反。3.1.4系统特点 基于超声波技术汽车防撞系统设计，因为使用单片机作为控制元件控制整个系 统电路，致使系统操作方便、可靠性高、结构简单而且能够自动控制该系统运行， 能够自己检测障碍物。对于当今社会汽车拥挤这一现实状况，此项研究对于预防交通事故 发生含有预防作用。 总体说来，此次设计能够实现测距功效，报警距离能够人工智能控制，能够产生 方向性好，抗干扰能力强，穿透能力强声波信号，能够在事故发生前提醒报警。 3.2硬件电路设计和 PCB 板制作超声波测距预警系统硬件部分由超声波接收电路、显示电路、超声波发射电路 和单片机外围电路等各部分组成。 使用单片机P1.0口输出40KHZ方波信号，经反相器来控制超声波发送，以达 到超声波换能器所需震荡条件。利用中止口INT0检测超声波接收电路接收到返回信 号，当单片机INT0引脚由高电平变为低电平时超声波就已经返回。计数器计出超声波传 播所用时间，然后算就能够得到和障碍物之间距离大小。显示电路采取结构简单 4位LED数码管把测量距离显示出来，位码用4个PNP三极 管来驱动。 超声波测距预警系统是利用单片机控制超声波发射接，并自动计时得出超声波 往返时间，单片机采取是 AT89C51，这种单片机经济实用，结构简单。而且单片机内 有 4K ROM，方便于编程。 这时就能够使用单片机把各部分设计好电路图连接起来进行仿真了。超声波预警系统电路设计图如附录一汽车预警系统原理图所表示。3.3超声波测距系统元器件清单在此次设计中使用元器件关键有单片机 AT89C51， CX6A,超声波探头， 蜂鸣器， 数码显示管等，所用元器件具体清单如表 3-5所表示。表3-5元器件清单 34 汽车防撞系统实物制作电路图经过仿真成功后，制作成 PCB 板。 PCB 制造很复杂，通常全部要经过制版、 图形转移、光学蚀刻、过孔和铜箔处理、助焊和阻焊处理等过程。因为设备不足，在 这次设计中，电路板制作我没有能够亲自参与，由制板企业代为制做，感觉很遗憾。电路板制作成功以后，其它元件也全部成功买到。在焊接制作工程中，碰到了很多苦难， 因为对器件不了解，造成了数次焊接错误，在更正错误过程中了解了很多器件， 尤为一提便是焊接技术。在这次焊接中，自己专业学习了焊接技术，大大增强了自 己动手能力。 在焊接中，焊点最好状态是焊点为等腰三角形，两腰要略凹，而且焊点表面要光 滑而且焊点充满焊盘。在焊接时首先要准备好焊锡丝和烙铁。在加热焊件之前确保烙铁 热度足够，而且烙铁头部要洁净。然后开始加热焊件，把烙铁接触到焊接点要确保烙 铁让整个焊件加热，然后放焊锡丝，当焊锡丝融化满焊盘后，先将焊锡丝移开，最终在 移开烙铁。图3-4 汽车防撞系统实物图 第四章 软件设计超声波测距预警系统关键包含主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中止子 程序和数码显示子程序等。 41 软件工作过程按下控制系统开关， 进行系统初始化， 当主程序完成初始化后调用发射子程序， 由 P1.0 口发射出1 个脉冲，驱动超声波换能器发射超声波，而且计数器开始计时。利 用定时器计数功效统计到超声波发射到接收所用时间当超声波接收器接收到超声 波后，接收电路输出端输出一个跳变信号，在INT0端产生一个中止信号，得到超声波 时间差。温度假设不变，知道了时间和超声波声波速度后，经过单片机计算得出距离，显示出来，抵达 距离极限时，启用报警模块。42 算法软件设计超声波测距是经过检测超声波发射后碰到障碍物所反射回往返波，从而测出从发 出超声波信号到接收到返回信号时间间隔,然后求出距离由 S=CT/2 即可算出汽车和被 测物体距离。 其中，S 为测量距离,C 为超声波在空气中传输速度。T 从发出超声波信号到接 收到返回信号时间间隔。 在开启发射电路发射超声波同时开启单片机 AT89C51 内 定时器 T0， 经过定时器计数器计数功效统计下来超声波发射时间和接收到超声 波时间。当接收电路收到超声波时，接收电路输出端会产生一个负跳变，在 INT0 端能够产生一个中止信号，单片机响应中止请求后实施外部中止子程序，读取出来时间 间隔，计算出距离。4. 3主程序步骤图软件分成两部分，主程序和中止服务程序，图4-1（a）（b）（c）所表示。主程序完成初始化工作，各路超声波发射和接收次序控制。定时中止服务子程序完成三方向超声波轮番发射。外部中止服务子程序关键完成是件值得读取，距离计算，结果输出等工作。 定时中止入口定时器初始化停止发射返回发射超声波三方向均发射完否？YN开始单片机初始化定时中止子程序有没有回拨？外部中止子程序NY图（a）主程序步骤图 图（b）定时中止服务子程序外部中止入口 关外部中止开外部中止结 果 输 出计 算 距 离读取时间值返回 图（C）外部中止服务子程序主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中止许可位EA并给显示端P0和P1清零。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引发直射波触发，需要延时约0.1ms（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离原因）后，才打开外中止0接收返回超声波信号。因为采取是12MHz晶振，计数器每计一个数就是1us，当主程序检测到接收成功标志位以后将计数器T0中数（即超声波往返所用时间）按公式计算，即可得到被测物体和测距仪之间距离，设计时取20时声速为344m/s则有：S = CT / 2=172T0/10000cm其中，T0为计数器T0计算值。测出距离后结果将以十进制BCD码方法送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲反复测量过程。为了有利于程序结构化和轻易计算出距离，主程序采取C语言。第五章 系统调试在此次设计中，除了硬件和软件设计可行之外，软件和硬件调试也是此次设计 中关键部分。假如设计汽车防撞预警系统没有经过软件和硬件调试可能会直接导 致此次设计失败。5.1 硬件调试 依据前面研究完成各个电路模块原理设计并生成PCB图，制作电路板，进行试验调试。（1）在制作之前，电路板检验是很关键， 在检验中先仔细检验印制板上印制线条有没有断路和毛刺，焊盘有没有脱落，是否和 别线粘