基于单片机的汽车倒车防撞专业系统设计.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通过超声波测距原理， 防止汽车发生碰撞障碍物一种智能报警装置。本次设计由超声波发射模块、信号接受模块、单片机解决模块、数码显示模块以及声光报警模块等某些构成。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。然后通过超声波 测距原理测量出汽车与障碍物之间距离，并通过数码显示模块将测得距离显示 出来，当汽车与障碍物之间距离达到安全极限时，单片机控制声光报警模块发出 报警信号，达到提示司机防止撞车目。本设计充分发挥了单片机性能，其硬 件电路简朴，软件功能完善，控制系统可靠，具备一定使用和参照价值。 核心词 超声波 测距 汽车防撞预警 单片机目录前言4第一章 课题简介及其发呈现状51.1 课题研究现状及其发展意义51.2 汽车防撞系统发展过程51.3 超声波简介6第二章 总体设计方案72.1 设计总体思路概况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 超声波接受装置设计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 芯片功能153.1.1 AT89C51功能特点153.1.2 CX6功能特点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 主程序流程图21第五章 系统调试245.1 硬件调试245.2 软件调试24结论25参照文献26道谢27附录一29附录二29附录三30附录四32前言曾几何时，汽车对诸多家庭来说是不敢想象。但随着社会生产力发展和经济水平大幅度提高，让百姓收入日益鼓胀，解决了温饱问题家庭开始走向小康，体现得最明显是交通工具升级换代上：某些家庭开始购买汽车作为自己代步工具。 近几年国内汽车保有量逐年增长，保有量为6300万辆，达到7400多 万辆。按保守预计，将来国内汽车保有量可以达到4.9亿辆左右，即大概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断地改进，但道路上车辆依然 还是越来越多，特别在上下班时段完全避免不了公路上汽车拥挤现状。再加上在汽车设计上车速不断提高，虽然公路上各路段均有限速，但撞车事件依然在广大人民生活中屡屡发生，给人们带来了巨大人身伤亡和社会财产损失。 针对汽车拥挤现状，设计一种反映快，稳定性好并且经济实用汽车防撞报警系统对当今现状是势在必行。汽车防撞系统是一种向司机报警装置，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，然后通过超声波测距原理测出汽车与障碍物之间距离，并将距离显示出来，当汽车与障碍物之间距离达极限时。系统发出声光报警，达到提示司机防止撞车目。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，倒车雷达采用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到探测范畴时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物距离达到设定安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。当前生产中高档小轿车大多数都配备有倒车雷达，而出于节约成本等方面考虑，经济型小轿车、大客车等其她车辆都没有配备倒车雷达。有市场需求产品，必然会带动产品开发设计。倒车雷达电路种类较多，本文简介基于单片机控制倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，以便系统功能扩展。系统电路重要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试以便、成本低，利于商品化生产。第一章 课题简介及其发呈现状11 课题研究现状及其发展意义随着社会经济发展不断进步，汽车数量逐年增长，汽车拥挤现状不可避免， 而在汽车拥挤状况下，恶性事故屡屡发生，时刻威胁着人们安全。国内交通事故 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 当代家庭充分享有汽车带来以便同步，也为此付出了沉重代价。据记录，国内自 年至 年，已有 150 多万人死于道路交通事故，其中大某些道路交通事故为 汽车追尾碰撞事故。面对当今这种现状，设计出一种反映快，稳定性好并且经济实用 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，特别非接触式测量技术发展卓越。在大多状况 下，测量与障碍物之间距离是不可以接触到障碍物，在这种时候就会用到非接触式 测量设备。在物理学中人们发现了电子学技术产生超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛运用，特别是在超声波测距方面， 结合了其她技术，用超声波测距变得十分惯用 超声波在介质中传播距离较远，辨别力较高，且能量消耗小，运用超声波测距比 较以便并且速度快计算简朴，容易做到实时控制，并且测量精度好，都可以达到工业测 量需要。因而超声测距广泛应用于当今生活中，特别是应用于超声波测距方面。超声 波测距运用是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触。 与其他测距方式相比，超声测距不受颜色、光线和电、磁场影响，使她受到干扰 也许大幅度减少。它还具备可靠性能高、构造简朴、价格便宜、安装以便等长处。也 可以测量处在黑暗、烟雾、有灰尘、电磁干扰等恶劣环境中障碍物。但由于超声波传 播时温度对声速影响比较大，使超声测距精准度到了影响，在这里可以采用温度补偿 进行校正，可以消除温度对其影响。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，与众多汽车制造厂商合伙，制造出世界上第一批汽车防撞报警器。但局 限于当时器件发展水平和单片机成本过高， 导致报警器难以做到体积轻巧、构造简朴、价格便宜。此外，报警器干扰因素诸多，在实验室制造样机，对许多干扰因素考虑 不全面，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，奔驰公司组织，筹划将组合通信、传感器、智能技术结合于于一种系 统中，改进了汽车经济性、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，可以协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 防撞雷达到为也许。 欧盟RadarNet研究项目整合己有研究成果，研制新型多功能汽车防撞雷达。其中， 德国汽车生产厂商奔驰公司和英国电子生产厂商劳伦斯电子公司强强连和，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，系统可以智能计 算出汽车与前方障碍物距离和两者之间相对运营速度，并且依照自身行驶速度计算 出汽车与障碍物之间安全距离，当汽车与障碍物之间或与前车之间距离不大于计算出 安全距离时，预警系统便会发出声音报警信号，提示司机避开障碍物或者紧急停车。 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可以对于恶性交通 事故发生起到了较好防止作用。13 超声波简介众所周知，当物体在振动时候就可以发出声音。但是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畴时声音人类是听不见。根 据这种状况，人们规定把声波频率高于20KHZ声波称为“超声波” 。由于超声波具备方 向性好，抗干扰能力强，穿透能力强等长处。在现实生活中有着不可代替作用它惯用 于清洗，测距，测速等。 实际测试发现,相似振幅下，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。在现实生活中咱们充分运用了这些 能量，例如超声波加湿器，它是把超声波发射到水罐中,物体震动巨大能量可以使水 罐中水升华成雾气,在把雾气吹入到空气中,这样就使空气湿度增长。除此之外应用 超声波还可以做诸多以便现实生活实用工具，本文简介汽车防撞装置也是应用超声波原理制成。 超声波是声波人们族中一员。声波指是物体在机械振动下，物质质点在其平衡位置进行来回运动状态。例如鼓通过敲打之后，鼓面就会上下振动，振动通过空气向四周八方进行传播，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 可以光泛应用，是由于超声波有如下几种特性，它可以在气体、固体、液体、等介质中 进行传播，可以传递巨大能量，可以发生反射、干涉和共振现象，并且超声波在液 体中进行传播时，可以产生激烈空化和冲击现象。虽然人类耳朵听不见超声波，但是不少动物却拥有此项能力。她们就是运用超声 波来捕获猎物，并且可以避开障碍物。好多人们疑问为什么蝙蝠可以在完全黑暗状况 下还可以分析在哪可以捕食和避开障碍物。其实蝙蝠就是运用它听到超声波而进行在 黑暗中自己定位。蝙蝠通过自己嗓子发出超声波，超声波发出之后四周八方发射 出去， 当超声波遇到障碍物之后发生反射， 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，就能自己判断出障碍物或者猎物位置。然后迅速判断出来从而 可以自在在空中飞翔。国内超声波研究照比其他国家起步较晚，人们在发现正压电效应和逆压电效应之 后，超声波才逐渐应用于电子行业、清洗机械器件、军事、塑料焊接、金属焊接、医学 等等领域。特别在医学方面应用尤为广泛，超声波在人体里传播时，当超声波在人体 内传播时如果遇到障碍物，超声波便会发生反射和折射。由于每个人组织构造都是不同因此她们对于超声波吸取能力也不同。这种差别在通过仪器设备把她们显示出 来，医生便能通过这种差别便可以判断出身体与否发出病变。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防止汽车发生碰撞障碍物一种智能报 警装置。它能自动发现也许与汽车发生碰撞障碍物体，并且同步检测汽车与障碍物之 间距离，到达极限距离时发出报警信号以避免碰撞发生。依照题目规定，汽车防撞 报警器功能重要有两个：判断汽车与障碍物之间距离和当汽车与障碍物之间距离 到达临界距离时发出报警信号。21 设计总体思路概况汽车防撞预警系统原理是运用超声波发射和接受，用计时器计出超声波从发射 到接受到遇到障碍物后反射声波时间通过公式计算出汽车与障碍物之间距离。在实 际生活中惯用测距办法重要有两种，一种是在被测距离两端，一端设立发射装置， 一端设立接受装置，运用公式 S = vt 得出测量距离。这种测量方式特别合用于测量身 高；另一种是本次设计采用方式，运用超声波遇到障碍物后反射得出距离。 汽车防撞系统硬件电路设计重要涉及单片机系统、超声波发射电路和超声波检测 接受电路及显示电路三某些。单片机采用是 AT89C51 系列。为了获得较稳定期钟频率 而采用了高精度晶振，这样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，使用外中断 0 口检测接受超声波反射信号。 显示电路装置用了构造简朴价格便宜 4 位 LED 数码管来显示距离。 超声波发射装置重要是由反相器 74LS04 和发射传感器构成。 AT89C51 单片机 P1.0 引脚输出 40k 赫兹间断方波信号提成 2 路，一路信号通过一种反向器后到达 TCT40 一 个引脚，另一路通过两个反向器后到 TCT40 另一种引脚，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，这样可以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高。 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 大增长。 超声波接受采用 CX6A 集成电路模块， 依照电路图可以看出， 集成芯片 CX6在接受装置电路中作用很大。CX6 是一款红外线检波接受芯片，它惯用于现实 生活中， 并且价格便宜。 由于红外线波频率为 38 kHz， 与测距使用超声波频率接近。 并且 CX6 芯片内部设立比较好，由于设计中芯片 f5 角连接了一种外接电阻， 此电阻使她滤波器中心频率可以调节，当 R15 阻值越大滤波器中心频率就越低， 变化范畴在 3060 kHz 之间。本次设计证明用 CX6A 接受超声波信号具备先进灵 敏特性和较强抗干扰能力。 超声波测距预警系统重要涉及主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中断子 程序和数码显示子程序等。超声波测距预测可以系统主程序第一步是对系统进行初始 化， 初始化定期器 T0 为 16 位定期计数器工作模式。 全局中断打开并给显示端口清 0。 在调用超声波发生子程序发出一种超声波脉冲，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受器而引起直射波触发，然后在使用外中断接受遇 到物体后返回声波信号。我采用了 12 MHz 晶振，计数器每次计数间隔是 1s，当主 程序接受到成功信号后，将计数器 T0 中数计算，即得出与障碍物之间距离，测 出距离后将成果送往 LED 显示，这就是超声波测距过程。 在系统调试方面，由于设计电路由诸多集成电路构成。外围元件很少，因此调试 不太难。只要焊接电路没有错误，简朴调试一下就可以正常使用了。电路设计中除了 集成电路，对其他电子元件也没专业规定。可以依照测量距离差别，调节与接受换能 器滤波电容就能得到适合敏捷度和超声波抗干扰能力。22 超声波测距原理超声波测距是通过检测超声波发射后遇到障碍物所反射回来回波，如图2-1所示 。从而测出超声 波发射和接受时间差T,然后依照公式S = CT / 2 即可算出汽车与被测物体距离。S 为汽车与障碍物之间距离,C为超声波在空气中传播速度。声速c与温度关于，如温度变化不大，则可以为声速是基本不变。如果测距精度规定很高，则应通过温度补偿办法加以校正。本设计中设定温度为常温20。 图2-1 超声波传播图 运用超声波测距原理图如框图 2-2 所示，单片机发出 40kHZ 信号，经放大后 通过超声波发射器输出；超声波接受器将接受到超声波信号经放大器放大，用锁相环 电路进行检波解决后，启动单片机中断程序，测得时间为 t，再由软件进行鉴别、计算， 得出距离数。数据显示定期器单片机控制放大电路超声波发射器放大电路超声波接受器图2-2 超声波测距原理图23 超声波传感器为了运用超声波以便人们生活，科研机构已经设计制做了诸多超声波传感器。 超声传感器指是在超声频率范畴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。 超声波是声波中一种。超声波就是频率很高声波。超声波在现实生活中可以广泛应用，是由于超声波有如下几种特性，它可以在气体、固体、液体、等介质中进行传 播，可以传递巨大能量，可以发生反射、干涉和共振现象。这些长处使超声波换能 器研究势在必行。 大体上讲，超声波发生器可分为两类：一类是用机械方式产生超声波，一类是用 电气方式产生超声波。两种方式产生超声波功率、频率和声波特性都不相似，因而 不同用途采用不同方式产生超声波。而我在本次设计中采用电气方式产生超声波， 使用当前在理论研究和实际生活中最为惯用压电式超声波发生器。 压电式超声波传感器装置是依照声电转换原理制成，它又称超声波探头或者超声 波换能器。超声波换能器有两种，一种是超声波发射换能器，另一种是超声波接受换能 器。压电式超声波换能器原理是依托压电晶体谐振来进行工作。超声波换能器 内部由一种换能板和两个压电晶片构成。这种超声换能器需要压电材料很少并且价格 便宜，并且很合用于气体介质中。当压电晶片受到发射电脉冲勉励后即可产生振动，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起形变转换成电信号，这是正压电效应。正压电效应应 用于超声波接受。 在换能器两极引脚加上大小和方向不断变化交流电压，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似时，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间断方波信号提成2路，一路经一级反向器后 到达TCT40一种电极，另一路通过两级反向器后到TCT40另一种电极，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周 八法传播出去。当超声波信号通过传播后如果遇到障碍物之后就会发生光波折射，在传 播回来，由接受换能器进行接受。24 控制系统方框图超声波防撞控制系统图如框图 2-3 所示。该系统所有都由单片机进行控制，单盘机 发出 40Hz 方波脉冲，通过超声波发射电路发射出超声波。超声波在遇到障碍物之后 反射射回来再由接受电路接受反射声波信号送入单片机进行分析，计算出汽车与障碍物 之间距离，将解决后成果送入显示电路通过数码显示管显示出距离，如果距离达到 安全极限距离着由报警电路通过蜂鸣器发车报警，提示司机躲避障碍物。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受电路 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涉及两个某些：超声波产生电路某些和超声波发射控制电路某些。超 声波探头采用TCT40。单片机P1.0端口输出40KHz超声波信号，此时定期器开始计时。通过输出引脚输 入，经驱动后推动发射探头产生超声波，此办法充分运用了软件控制，灵活性好。超声 波发射电路设计图如图2-4所示。图 2-4 超声波发射装置设计图 超声波发射电路重要由反相器 74LS04 和发射换能器构成。AT89C51 单片机 P1.0 口输出 40kHz 间断方波信号提成 2 路，一路经一级反向器后到达 TCT40 一种电极， 另一路通过两级反向器后到 TCT40 另一种电极，用这种形式将 P1.0 发出方波信号 加到 TCT40 两端上，这样可以增强超声波发射强度。在加载反波信号时使用两个 74LS04 并联，可以提高驱动能力。而电阻 R8、R9 可以增长超声波换能器阻尼效果， 缩短了震荡时间，还可以提高换能器输出高电平驱动能力。26 超声波接受装置设计超声波接受器涉及接受发射探头、信号放大电路和波形变换电路三个某些。超声 波探头采用RCT40。 按照超声波原理，微解决器需要只是第一种回波时刻。接受装置设计可用 CX6A来完毕。在空气中传播超声波其能量衰减与距离是成正比，距离越小、衰减越少，距离越大、衰减越多，普通都在1V之内。图 2-5 超声波接受装置设计图 超声波接受装置如图2-5超声波接受装置图所示。超声波接受采用CX6A集 成电路模块，依照电路图可以看出，集成芯片CX6在接受装置电路中作用很大。 CX6是一款红外线检波接受芯片，她惯用于现实生活中，并且价格便宜。由于红外线波频率为38 kHz，与测距使用超声波频率接近。并且CX6芯片内部设立 比较好，由于设计中芯片f5角连接了一种外接电阻，此电阻使她滤波器中心频率能 够调节，当R15阻值越大滤波器中心频率就越低，变化范畴在3060 kHz之间。 CX6对收到信号进行放大、滤波作用。当接受到声波信号经由放大器， 调节信号频率， 然后滤波消除干扰信号， 最后再通过整形， 输出到CX67脚输出。 当接受到声波信号与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，这样就会中断。若频率和CX6中心频率不同步，即可调节R15，使 滤波器中心频率与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，它简朴实用并且价格便 宜。位码使用四个PNP三极管来驱动，显示电路设计图如图 2-6显示电路设计图所示。 图2-6显示电路设计图 2.8 报警装置设计报警某些采用一种蜂鸣器进行报警，LED发光，运用单片机控制输出一种一定频率信号。信 号通过一种三极管，把信号放大，以增强驱动能力。然后将放大之后信号连接到蜂鸣器上，报警某些装置设计图如图 2-7 所示。 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，特别在计算机、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。蜂鸣器是一种一体化构造电子发声器，它分为两种类型，一种是压电式蜂鸣器另一种是电磁式蜂鸣器。 压电式蜂鸣器重要由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱阻及抗匹配器尚有外壳等部 分构成。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者晶体管构造而成。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动压电蜂鸣片发出声 音。电磁式蜂鸣器重要由振荡器、磁铁、振动膜片、电磁线圈和外壳等某些构成。在两 极接通电源之后，振荡器可以产生音频信号，信号通过电磁线圈，便会使电磁线圈生 成磁场。这样振动膜片便会在磁铁和电磁线圈作用下，周期性重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重要涉及三某些：单片机系统、显示电路、超声波发射和检测接 收电路。在本次设计中单片机采用AT89C51。还采用了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，采用AT89C51实现对TCT40 超声波转换模块和CX6A芯片控制。31 芯片功能 3.1.1 AT89C51功能特点AT89C51 单片机重要由中央解决器、存储器、输入输出接口等构成。中央解决器是 单片机核心某些，它重要作用是完毕运算和控制功能。程序存储器具备存储功能， 使应用程序在开发调试后永久性存储在程序存储器中。 AT89C51 控制着超声波发送和接受,串行口发送数据。LED 显示是共阴极接法动态循环显 示.接受电 路接受超声波遇到物体后反射回来回波信号。该芯片涉及了限幅放大、前置放大、整 形和输出数据信号，这样以便了检测判断回波数据与否对的，并且可以通过计算得出 距离值. AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压， 8 位高性能 CMOS 微解决器，叫做单片 机。该单片机采用制造技术是 ATMEL 高密度非易失存储器制导致，它可以与达到工 业原则输出管脚和 MCS-51 指令集相兼容。由于它将 8 位多功能 CPU 解决器和闪烁存 储器组合在单个芯片中,AT89C51 是一种高效微控制器外形及引脚排列如图 3-1 所示。 图 3-1 AT89C51 控制器 AT89C51 有两种可用软件来选取省电方式：空闲工作方式和掉电工作方式。当处 于空闲方式时 CPU 处在睡眠状态，但片内其她部件依然继续工作，并且片内 RAM 内 容和所有专用寄存器内容在空闲方式期间都被保存起来。当处在掉电方式时保存了 RAM 内容，振荡器停止震荡，禁止芯片其他功能直到下一次硬件复位才干使用。AT89C51 为许多器材制造提供了十分灵活和低成本解决办法。充分运用了单 片机片内资源，使咱们可以在较少使用外围电路状况下完毕超声波测距。3.1.2 CX6 功能特点 CX6对收到信号有放大和滤波作用。如图3-2所示，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电阻和电容决定接受换能器 总增益，通过增大或者减小电阻电容，拟定放大倍数，变化放大器频率。管脚3与GND 之间连接电容起到检波作用；管脚5上连接一种电阻，这个电阻用来设立滤波器 中心频率；管脚6与GND之间接入一种电容，该电容拟定探测距离；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用到 LED 数码管是八段和七段，八段式原理图如图 3-4 所示。 本次设计中采用是八段式数码管。八段式与七段式相比，她们各某些构造大体 相似，八段只比七段式多了一种小数点。数码管里都是由 LED 发光二极管发光单片机 控制 LED 灭亮显示出不同形状从而显示出数字，八段式数码管与七段式重要区 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，两种之间只差一种点。 数码管又分为两种类型，共阳极型和共阴极型。原理图如图3-3共阳极型和共阴极 型原理图所示。共阳极型就是将数码管中发光二极管阳极都接在一起并且接到电源 上，连接好之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都接在一起并且接到地线上，连接好之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数码显示管引脚图如图 3-4 数码显示管引脚图所示， 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。一种二极管是一位，八个管子即 a,b,c,d,e,f,g 尚有 dp， 拼成个 8 字列在一起就构成了一种 8 位数码显示管。 一种八段式数码显示 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 个二极管相应一条直线，a 相应是首位，dp 相应最后位。例如，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。通过这个例子可以看出 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，由于使用单片机作为控制元件控制整个系 统电路，致使系统操作以便、可靠性高、构造简朴并且可以自动控制该系统运营， 可以自己检测障碍物。对于当今社会汽车拥挤这一现状，此项研究对于防止交通事故 发生具备防止作用。 总体说来，本次设计可以实现测距功能，报警距离可以人工智能控制，可以产生 方向性好，抗干扰能力强，穿透能力强声波信号，可以在事故发生前提示报警。 3.2硬件电路设计和 PCB 板制作超声波测距预警系统硬件某些由超声波接受电路、显示电路、超声波发射电路 和单片机外围电路等各某些构成。 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。运用中断口INT0检测超声波接受电路接受到返回信 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，然后算就可以得到与障碍物之间距离大小。显示电路采用构造简朴 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运用单片机控制超声波发射接，并自动计时得出超声波 来回时间，单片机采用是 AT89C51，这种单片机经济实用，构造简朴。并且单片机内 有 4K ROM，以便于编程。 这时就可以使用单片机把各某些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示。3.3超声波测距系统元器件清单在本次设计中使用元器件重要有单片机 AT89C51， CX6A,超声波探头， 蜂鸣器， 数码显示管等，所用元器件详细清单如表 3-5所示。表3-5元器件清单 34 汽车防撞系统实物制作电路图通过仿真成功后，制作成 PCB 板。 PCB 制造很复杂，普通都要通过制版、图形转移、光学蚀刻、过孔和铜箔解决、助焊和阻焊解决等过程。由于设备局限性，在 这次设计中，电路板制作我没有可以亲自参加，由制板公司代为制做，感觉很遗憾。电路板制作成功之后，其她元件也都成功买到。在焊接制作工程中，遇到了诸多苦难， 由于对器件不理解，导致了多次焊接错误，在改正错误过程中理解了诸多器件， 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，焊点最佳状态是焊点为等腰三角形，两腰要略凹，并且焊点表面要光 滑并且焊点布满焊盘。在焊接时一方面要准备好焊锡丝和烙铁。在加热焊件之前保证烙铁 热度足够，并且烙铁头部要干净。然后开始加热焊件，把烙铁接触到焊接点要保证烙 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，最后在 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重要涉及主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中断子 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， 当主程序完毕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，并且计数器开始计时。利 用定期器计数功能记录到超声波发射到接受所用时间当超声波接受器接受到超声 波后，接受电路输出端输出一种跳变信号，在INT0端产生一种中断信号，得到超声波 时间差。温度假设不变，懂得了时间和超声波声波速度后，通过单片机计算得出距离，显示出来，到达 距离极限时，启用报警模块。42 算法软件设计超声波测距是通过检测超声波发射后遇到障碍物所反射回来回波，从而测出从发 出超声波信号到接受到返回信号时间间隔,然后求出距离由 S=CT/2 即可算出汽车与被 测物体距离。 其中，S 为测量距离,C 为超声波在空气中传播速度。T 从发出超声波信号到接 收到返回信号时间间隔。 在启动发射电路发射超声波同步启动单片机 AT89C51 内 定期器 T0， 通过定期器计数器计数功能记录下来超声波发射时间和接受到超声 波时间。当接受电路收到超声波时，接受电路输出端会产生一种负跳变，在 INT0 端可以产生一种中断信号，单片机响应中断祈求后执行外部中断子程序，读取出来时间 间隔，计算出距离。4. 3主程序流程图软件提成两某些，主程序和中断服务程序，如图4-1（a）（b）（c）所示。主程序完毕初始化工作，各路超声波发射和接受顺序控制。定期中断服务子程序完毕三方向超声波轮流发射。外部中断服务子程序重要完毕是件值得读取，距离计算，成果输出等工作。 定期中断入口定期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期中断子程序有无回拨？外部中断子程序NY图（a）主程序流程图 图（b）定期中断服务子程序外部中断入口 关外部中断开外部中断结 果 输 出计 算 距 离读取时间值返回 图（C）外部中断服务子程序主程序一方面是对系统环境初始化，设立定期器T0工作模式为16位定期计数器模式。置位总中断容许位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种超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接受器引起直射波触发，需要延时约0.1ms（这也就是超声波测距仪会有一种最小可测距离因素）后，才打开外中断0接受返回超声波信号。由于采用是12MHz晶振，计数器每计一种数就是1us，当主程序检测到接受成功标志位之后将计数器T0中数（即超声波来回所用时间）按公式计算，即可得到被测物体与测距仪之间距离，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。测出距离后成果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。为了有助于程序构造化和容易计算出距离，主程序采用C语言。第五章 系统调试在本次设计中，除了硬件和软件设计可行之外，软件和硬件调试也是本次设计 中重要某些。如果设计汽车防撞预警系统没有通过软件和硬件调试也许会直接导 致本次设计失败。5.1 硬件调试 依照前面研究完毕各个电路模块原理设计并生成PCB图，制作电路板，进行实验调试。（1）在制作之前，电路板检查是很重要， 在检查中先仔细检查印制板上印制线条有无断路和毛刺，焊盘有无脱落，与否和 别线粘连等等。（2）用万用表检测看起来可疑连接线或者连接点，看它们与否和设计 中规定同样。用万能表