汽车安全驾驶辅助装置设计.doc

西华大学毕业设计说明书

目录
1前言 1
1.1论文的背景和目的 1
1.2论文的意义 2
2总体方案设计 3
2.1方案比较 3
2.2方案论证和方案选择 4
3单元模块设计 7
3.1单元模块功能介绍及电路设计 7
3.1.1电源电路 7
3.1.2最小系统电路 9
3.1.3液晶显示电路 13
3.1.4超声波电路 13
3.1.5 GPS和GSM电路 14
3.1.6音频电路 15
3.2 特殊模块介绍 16
3.2.1 LCD1602 16
3.2.2 HC-SR04 17
3.3.3 MP3-FLASH－16P 18
3.3.4 ATK-NEO-6M 20
3.3.5 SIM900A 20
4软件设计 22
4.1 软件开发工具 22
4.1.1 Keil简介 22
4.1.2 Proteus 简介 22
4.2 超声波数据传输模块 23
4.3 液晶显示模块 23
4.4 GPS数据模块 24
4.5 GSM数据模块 26
4.6 语音播放模块 26
4.7 主程序流程图 27
5系统功能、指标参数 29
6结论 30
7总结与体会 31
8谢辞 32
9参考文献 33
附录1 34

1前言
1.1论文的背景和目的
历史的背影总是在人们未察觉时消失，人类文明的科技也总是在不断地探索和前进中，科技发展的道路也创新着人类文明的篇章。随着时代的脚步，科技也日新月异。科技不停的改变，推动着人们的生活水平不断的前进。科技的发展推动着工业的发展，工业的发展又改变着人们的生活方式，衣食住行不同于往日，再也不需要通信靠吼，出门靠走的情况。
历史告诉今天的我们，科学技术的发展是非常重要的，如果没有先进的科学技术，就会严重影响我们的生活状态，如果没有先进的技术，我们也许还生活在原始的社会，过着茹毛饮血的日子。
科学技术发展的成果不停出现在我们生活的周围，电脑、手机、冰箱、洗衣机等体现了先进的技术。几十年前，电脑还在发展的初始阶段，到现在人们生活的周围，到处充满着电脑。几十年前的汽车还是很稀少的，到如今，汽车已成为随处可见，街上已是车如流水的景象。在过去洗衣服还是手洗，冬天的时候人们用双手在冷水里搓洗着衣服，而现在是丢进洗衣机，就解决问题了。现在的手机已成为人们的通信工具。科学技术不停的改写着人类的进程，汽车行业带动着人们的生活水平，旅行的时候，再也用不着花费几个月的时间在路上了，汽车每小时几十公里的速度，能让我们快速的到达我们想要去的地方，围绕地球转一圈再也不是想法了。
汽车行业反映了汽车是一个综合性的工业，复杂的零部件，需要先进的技术来打造，这就呈现出一个国家的工业发展程度。一辆汽车的零件是达数万件，需要不同生产工艺厂商提供，每个厂商也是需要不同的技术，这就需要许多的研发人员不停研发，才能满足汽车的需求。汽车承载着许多的最新科技的成果，相对而言，大多数国家都是以发展汽车产业来推动其他工业的发展，带动着市场经济发展。汽车行业的发展，让人们的生活方式得到改善，社会的生活状态和文化有了显著的变化。制造汽车工业的方法，同样用于了其他的工业生产，更新了工业生产的技术。汽车工业的发展，造就了许多品牌的汽车，不同的车性能更是天差地别，这样汽车的周边产品也越来越丰富，保证人们的驾驶安全。
电子技术、信息技术的发展迅速，电子产品也丰富着人们的生活，手机的出现取代了古时候的通信方式，也为通信带来了更快捷的方式。汽车也逐渐成为了人们的交通工具。汽车的普及为人们带来了方便，同时也随着的问题也逐渐增多。汽车的安全性成为人们最为关心的话题之一，为了保障人们的生命和财产安全，政府也制定相关的道路安全交通法律。汽车的周边产品被许多的研发人员开发出来，这样汽车安全驾驶辅助的装置也越来越多，经过多方面安全措施来改善汽车的驾驶安全。
1.2论文的意义
驾驶员的驾驶行为是在驾驶汽车中决定着驾驶安全的主要成分，当然汽车的零件正常也是相当重要的，也与驾驶的环境有关系。由于各种因素的关系不同，也就形成了驾驶汽车的不同。安全驾驶辅助装置是帮驾驶员保证汽车的正常行驶、操作失误等情况，以确保驾驶员的安全，减少驾驶员在途中的负担。在现今人们也越来越注重安全驾驶，市场的需求不停地催促这研发人员，汽车的安全驾驶装置技术发展越来越快，安全驾驶产品在汽车中得到大量的运用。
汽车安全辅助装置是利用嵌入式技术为核心，传感技术、信息采集技术、GPS技术等部分组成的一个装置。将信息采集技术采集的信息显示在液晶显示器上，让驾驶员能清楚的知道，分析是否能够形成安全威胁。GPS技术将采集到的驾驶环境显示在显示器上，方便驾驶员能够快速的找到驾驶路线，还可以为驾驶员找到更为快捷的路线到达目的地。
本次的汽车安全辅助装置的设计，主要是汽车在行驶中危险检测及报警，和车间的安全距离报警提示，该系统主要包括汽车的安全测距及危险报警提示和液晶显示，并具有一定的防盗功能。

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2总体方案设计
2.1方案比较
方案一的选择是单片机利用超声波测出汽车行驶中的前后左右的距离，并显示在液晶显示器上，供驾驶员知道汽车的行驶安全距离，当汽车行驶的距离小于安全驾驶距离的时候，单片机就会控制音频模块发出语音提示，提醒驾驶员减速行驶。而我们的GPS和GSM模块是能在汽车不在使用状态时，而能知晓汽车的位置，以防止汽车被盗。如图2.2所示。
方案二的选择是单片机利用红外检测测出汽车在行驶中距离，并以液晶的显示方式显示，让驾驶员能详细的知道汽车的前后左右距离，当汽车的行驶距离小于安全距离时，单片机就会控制语音模块读取存储模块中的程序，按照设定程序播放语音提示，警示驾驶员要减速行驶。而我们的GPS和GSM模块同样是防止汽车被盗。如图2.1所示。
方案三的选择是由单片机控制激光模块检测汽车行驶四周的距离，同时在液晶显示模块中显示，显示内容为汽车行驶时四周的距离，当驾驶员驾驶的汽车距离小于安全距离时，就会由音频模块发出语音提示，让驾驶员能减速行驶，GPS模块能准确的定位汽车的当前位置，并在显示模块中显示，以便驾驶员能知晓自己的位置。而GSM模块就会把汽车的当前位置传送到手机终端，能让汽车的拥有者知晓汽车的位置，防止汽车被盗。如图2.3所示。

图2.1 方案一方框图

图2.2方案二方框图

图2.3 方案三方框图
2.2方案论证和方案选择
方案一的测距选择是用超声波模块构成，而超声波测距是根据超声波遇到障碍物时，根据反射回来的时间和超声波在空气中的传播速度来确定。超声波受周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。方案二的测距是用红外检测来完成的，而红外检测利用的是红外线传播时的不扩散原理 ：红外线在物体上的折射率很低，所以被大范围的使用在测距仪上，根据测距仪发射红外线到接收红外线的时间，在利用红外线在空气中的传播速度，就可以得出距离，红外测距的特点是功耗低、灵敏、速度快。方案三的测距选择是激光来完成的，激光的方向兴较好，其发散角很小，将其用在测距仪上的效果是非常好的。根据激光在空气中的传播速度，在得到测距仪发射激光到接收激光的时间，计算出距离，目前激光测距仪得到大范围的运用。
方案一、方案三和方案二中的语音模块区别是方案二要去存储模块中调取当中的数据，再来播放语音；而方案一和方案三则是直接读取，直接播放，不用在去存储模块读取数据，这样就减少了语音模块的读取时间。
方案一、方案二和方案三中的GPS模块的区别是方案三中具有一个显示模块，显示当前的地图，并标注出当前位置，同时具有终点路程具体行驶方向。三个方案的GSM模块都是相同的作用，就是在GPS中读取坐标，经过GSM将坐标传送到手机等终端上。
方案一是通过单片机控制超声波测出当前距离，在显示器显示四个方向的距离；而语音模块只是在汽车行驶的距离小于安全距离是播放，并给出语音提示驾驶员应减速行驶。而GPS模块定位出当前位置，通过GSM模块传送手机等终端上，方便汽车的拥有者能够随时的掌握汽车的位置情况。方案二则是通过单片机来控制红外检测测出距离的，同样在显示器显示周围的距离，实时的测出当前距离；当汽车的距离靠近障碍物时，就会由单片机控制控制语音模块读取存储模块中的数据，然后对驾驶员进行语音提示，并给出操作建议；GPS和GSM模块同方案一的作用相同。方案三是通过单片机控制激光检测来完成测距的，同时在液晶显示器上显示；语音模块和方案一的语音模块功能相同，GPS和GSM模块同方案一和二的功能相同，只是在GPS模块中定位后能在显示器上显示当前的地图。
三个方案中方案一的测距的距离较短，而方案二的测距距离相比较与方案一精度更高，距离更远，精度较低和方向性差。方案三中的激光测距，相对于前两个方案的测距距离较远，精度更高，误差小。方案二中语音模块较复杂，还要通过读取存储模块中的数据，没有方案一和二中的语音模块简洁，读取的速度也没有方案一和二的速度快。三个方案中的液晶显示模块都是显示四个方向的距离，没有太大的的区别。方案三的GPS和GSM模块，就GPS模块能在显示模块中显示当前的地图，为驾驶员带来驾驶方便，不用在为寻找路线而发愁，还能为驾驶远标注路程的行驶线路，而方案一二中却没有这些功能。
综上所述，方案三对于另外两个方案，具有高精度、远距离的测距功能，更具有地图显示的功能，这是另外两个方案不具有得到功能；方案一对于两个方案，具有短距离测距功能，快速播放语音提示，但不具有显示地图的功能，对于方案三而言，方案一的功能没有方案三的好。而你方案二的方案对于另外两个方案而言，精度、距离比方案一高，低于方案三，同样不具有地图显示的功能，并语音模块的读取速度较于另两个方案较慢，成本更高。根据此次设计要求，不选取方案二。而剩下两个方案中方案一的成本较低，方案三的成本较高；对于此次的安全驾驶辅助装置设计而言，方案三中的高精度、远距离的测距就显得比较浪费资源，此次设计就选择方案一的设计。

3单元模块设计
3.1单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1电源电路
电源电路是电子设备不可缺少的部分，就像人的心脏。电源电路主要包括四个部分，变压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路。日常生活中的家电都是用的直流电源供电，生活中的常见电池是提供的直流电。电子器件中的电源都是运用的低压直流电，而户内的电流都是220V的交流电，经过多重电路才能得到我们需要的低压直流电。先经过变压器电路，后得到低压的交流电；这时低压交流电经过整流电路后，得到一个直流电；此时的低压直流电，其中还有一定的交流成分，要经过滤波电路，滤除不需要的交流电；最后经过稳压电路，得到一个稳定的低压直流电。此时的低压直流电就是我们所需求的电流，电源电路的结构图如图3.1所示。

图3.1
1、整流电路
整流电路就是把交流电变成我们所需要的直流电。在我们所学的器件中，二极管的单向导电性可以实现整流，交流电经过二极管整流后，得到的就是直流电。整流电路可以分为：单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路三种。此次设计选取单相桥式整流电路。
桥式电路是全波整流电路，具有工作效率高、纹波小、二极管反向工作电压低等优点，而且对电源变压器要求不高。如图3.2。

图3.2单相桥式整流电路
电路中采用D1、D2、D3、D4四个二极管，D1与D2顺序相连，D3与D4顺序相连，D1与D4同极相连，D2与D3同极相连。二极管的单向导电性，在此电路中得到运用。当输入的交流电正处在正半周时，电路中的D1和D2导通，D3和D4截止，我们得到的是上正下负的电压；当交流电处在负半轴时，电路中的D1和D2截止，D3和D4导通，这是得到的同样是上正下负的电压，这样就会得到方向不变的直流电压。
2、滤波电路
整流电路输入的是正弦交流电压，输出的是直流电压，此时的直流电压中含有许多的交流成分，即纹波。所以此时的直流电还需要通过滤波电路来滤出其中含有的交流成分。滤波电路主要由电容电感两种元器件组成，分为电容滤波电路、电感滤波电路和复合滤波电路。因电感元件的成本较高，将直接采用电容滤波电路。
电容滤波的原理是电容具有阻碍电压变化的特性，即稳压的作用。将电容并联在整流电路之后就能构成电容滤波电路。与半波整流滤波电路相比,由于电容的充放电过程缩短, 为电源电压的半个周期重复一次,因此输出电压的波形更为平滑, 输出的直流电压幅度也更高些。如图3.3示。

图3.3滤波电路
3稳压电路
稳压电路的功能是使输出的直流电压变得稳定，而不随交流电网电压和负载的变化而改变。稳压电路的作用是当外界因素发生变化时，能使直流电压不受外界环境影响，而维持稳定的输出。稳压电路是由集成稳压器、电阻和电容元件构成的。集成稳压器设计的稳压电源电路有结构明了、电压稳定输出等特点。集成稳压器的种类繁多，在小功率稳压电路中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压分类可以分为固定式和可调式，此外又可以分为正电压或负电压输出两种类型。
大多数的固定电压输出稳压器用的是CW78（79）和LM 78（79）系列的三端固定式电压输出集成稳压器。CW(LM)78系列表示的是输出为正电压，而CW(LM)79系列表示的是负电压。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个引脚。型号中最后两位数字表示输出的电压值，有不同的电压值供我们选择。此次设计的其他电路模块所需要的电压为5V,所以选择LM7805作为稳压元件。如图3.4所示。

图3.4 LM7805引脚图
其中1脚作为输入电压的引脚，2脚作为为公共地，3脚作为输出电压脚。78系列和79系列的引脚是不同的。
220V的交流电压经过变压器后，得到所需要的低压交流电，再经过4个二极管组成的桥式整流电路，整流后得到所需的直流电，最后经过滤波、稳压后得到稳定、平滑的直流电。如图3.5所示。

图3.5电源电路
3.1.2最小系统电路
1、单片机介绍及选择
单片机自开发出来后，快速的发展并得到广泛的应用。单片机的功能不停的完善，为IT行业开发人员提供了方便。同时也为工科类的学生提供了深入学习的机会，对此进行简单的介绍。
一、51系列
优点：（1）、51单片机的硬件资源和软件资源都拥有自己独立的按位操作系统，称作位处理器。
（2）、51系列的I/O脚的功能和使用方法都比较简单，当该引脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平。
二、PIC系列
优点：（1）、CPU采用RISC结构，而51单片机的哈佛结构，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。
（2）、总线是哈佛双总线结构，运行速度和其他单片机相比更快，它能让程序存储器的访问和数据存储器的访问同时处理。指令流水线结构是在同以时间内操作两个指令的方式，一个指令是执行，另一个指令是从程序存储器取出下一条指令，这样就加快了单片机的运行速度。
（3）、PIC系列单片机的I/O脚增加了一个方向寄存器，用于设置I/O脚输入和输出的状态，相比于51系列更为复杂。当输入状态置为高电平时，无论该引脚呈现何种状态，对外都是呈现高阻态；当输入状态置为低电平时，无论该引脚呈现何种状态，对外都是呈现低阻态。和51系列单片机相比较，PIC系列具有一定的驱动能力，它可以直接驱动数码管显示。具有在线调试及编程（ISP）功能。精度较51也有明显的改善。
（4）、具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。
三、AVR系列
优点：（1）、高性能、高速度、低功耗。与PIC系列相当。
（2）、它的指令周期是时钟周期，实现流水线的作业方式。
（3）、AVR的拥有单独的专用寄存器，其地址区间主要集中在00和3F之间。无需像PIC那样复杂，使用起来也比PIC系列单片机方便。
（4）、AVR的I/O脚和PIC的引脚有一定的相似度，它也有专门的方向寄存器，用来控制输入或输出。在输出状态下，高电平输出的电流在10mA左右，低电平吸入电流20mA。虽不如PIC，但比51系列强。
（5）、逻辑运算速度快。在51系列单片机中，逻辑运算都必须在一个寄存器中进行；而AVR在两个寄存器之间进行，不必要在A中的来回折腾，这些都比51系列强。
此次设计中采用51系列单片机，51单片机的硬件资源和软件资源都拥有自己独立的按位操作系统，称作位处理器。它处理对象的是位，再也不是字或字节。他能对单片机内部的特殊功能寄存器进行位处理，还可以进行位的逻辑运算，其功能的多样性，使用起来很是快捷方便。
在设计中采用51系列单片机中89C51单片机，该单片机与其他单片机的区别不是很大，主要是硬件资源的区别。
2、单片机功能介绍
AT89C51是高性能CMOS 8位的单片机，片内含有两个存储器，分别是只读程序存储器和随机存储器。只读程序存储器是4K字节的可反复擦写的，随机存储器是128字节的数据存储器，芯片采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内含有8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可以在许多高性价比的场合应用，灵活的应用于各种控制领域。如图3.6所示。

图3.6AT89C51引脚图
引脚功能：
P0口：P0口作输出引脚时，必须外接上拉电阻。P0口的8个引脚都是双向I/O口，每个引脚都能吸收8TTL的门电流。同时能够作为外部的程序数据存储器，这是就被定义为数据和地址的低八位。
P1口：P1口内部含有上拉电阻，不再外部接上拉电阻。P1口的引脚也是8位双向I/O口，能接收输出4TTL的门电流。当P1口作为低八位地址接收时，可以进行编程和校验。因为P1口内具有上拉电阻，所以当P1口的管脚为1时，可以用作输入引脚；当P1口的管脚为0时，可以作输出引脚。
P2口：P2口的内部同样含有上拉电阻，不需要在外部接上拉电阻了，同样是一个8位双向的I/O口。P2口输出高八位的地址时，可以作为外部程序存储器使用。P2口接收高八位地址信号时，可以进行FLASH编程和校验。P2口输出其特殊功能寄存器内容时，是外部八位地址数据存储器在进行读写状态，P2口地址是1，是因为P2口内部的上拉电阻。
P3口：P3口的内部同样是含有上拉电阻，不用在外部接上拉电阻，也是一个8位的双向I/O口。P3口可以接收输出TTL门电流，因为P3口内部含有上拉电阻，所以当P3口用作输入时，P3口被写入1，，所以当P3口用作输出时，P3口被写入0，如表3.1所示。
表3.1 P3特殊功能口
P3.0 RXD
串行输入口
P3.1 TXD
串行输出口
P3.2 /INT0
外部中断0
P3.3 /INT1
外部中断1
P3.4 T0
计时器0外部输入
P3.5 T1
计时器1外部输入
P3.6 /WR
外部数据存储器写选通
P3.7 /RD
外部数据存储器读选通
3、振荡电路
AT89C51单片机的内部电路是拥有振荡电路的，只要在单片机的18脚、19脚之间接上一块石英晶体，再为单片机提供工作工作的直流电源，振荡器就会开始振荡。振荡电路就是为单片机提供专门的时钟脉冲信号，使单片机的内部电路、单片机的内部程序开始工作。如果没有振荡电路，整个单片机电路就不能正常的工作。AT89C51常外接12MHz的石英晶体，18脚和19脚分别对地接了一个30pF的电容，目的是防止单片机自激。如图3.7。

图3.7 晶振电路
4、复位电路
复位电路就是在RST端（9脚）外接的一个电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作，或者在工作中人为让单片机重新从初始状态开始工作。在时钟工作的情况下，只要复位引脚保持在两个机器周期以上的高电平状态时，AT89C51就可以完成系统重置的各项内容，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设置成已知状态，如图3.8示。单片机最小系统电路如图3.9所示。

图3.8 复位电路

图3.9 最小单片机系统电路
3.1.3液晶显示电路
液晶显示电路以LCD1602作为显示器，LCD1602的D0～D7为8位双向数据端，连接最小系统电路的P0口，P0口接上10K的上拉电阻，因为89C51的P0口是开漏输出，作为输出时最好加上拉电阻；对于需要输出高电平的情况，必须加上拉电阻，D0～D7是LCD1602的7～14引脚。LCD1602的1脚和16脚接地，LCD1602的2脚和15脚接+5V的电源，3脚是LCD1602的对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最强，所以3脚接上一个滑动变阻器，用来直接调节LCD1602的对比度。4脚接上89C51的P1.4口，5脚接89C51的P1.5口，6脚接89C51的P1.6口，连接图如图3.10。

图3.10液晶显示电路的连接图
3.1.4超声波电路
超声波电路以HC-SR04模块作为测距的发生器。HC-SR04模块使用方法简单, Trig触发控制信号端发射一个10μS以上的高电平,在Echo回响应信号端等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读出定时器的值,读出值就为此次测距的时间,这样就可以算出距离.连续不停的周期测量,即可以达到汽车行驶时测量的值 。
汽车在驾驶途中有四个方向的距离，因此需要四路超声波测距，就会用到4个HC-SR04模块。HC-SR04模块的2脚是触发控制信号输入，3脚是回响信号输出。4个HC-SR04模块的1脚接+5V的电源，而4脚接地。前方HC-SR04模块的2脚接单片机的P2.7，3脚接单片机的P2.6；后方HC-SR04模块的2脚接单片机的P2.5，3脚接单片机P2.4；左方HC-SR04模块的2脚接单片机的P2.3，3脚接单片机P2.2；右方HC-SR04模块的2脚接单片机的P2.1，3脚接单片机P2.0，如图3.11示。

图3.11 超声波电路连接图
3.1.5 GPS和GSM电路
GPS模块作为整个系统的定位电路，当汽车的拥有者没有使用汽车时，通过GPS模块电路定位汽车的详细坐标，再通过GSM模块发送坐标到汽车主人的手机等终端上。GPS模块的原理是利用卫星与用户之间的联系，将与用户之间张角较大的几颗卫星作为观测对象。根据导航的时间标和卫星之间的伪距，子帧计数测量用户和卫星之间的伪距，还有码发生器的信息与卫星接收的信号进行对比。利用调整后的伪距和初始数据和几颗卫星的观测值，列出方程式后解出借手机的位置。并转换所需要的坐标系统,以达到定位目的，GPS模块的1脚接+5V电源，2脚接单片机的P1.2,3脚接单片机的P1.3，4脚接地。，GPS原理结构图如图3.12示。
GSM模块作为系统的通信模块，就是将GPS模块定位出的坐标传送到手机等终端，GSM模块以SIM900A为核心芯片, GSM模块的1脚接+5V电源，2脚接单片机的P3.0(RX),3脚接单片机的P3.1（TX），4脚接地。
GPS和GSM电路的连接图如图3.13示。
图3.12 GPS结构图

图3.13 GPS和GSM电路的连接图
3.1.6音频电路
音频电路采用MP3-FLASH－16P完成，MP3-FLASH－16P模块的1脚接两个电容和一个二极管，电容和二极管的阴极三个元件并联，两个电容并联接地，二极管的阳极接正电源。2、3脚接不超过4Ω的单声道喇叭。7、8脚分别串连一个电阻，后与单片机的P1.5、P1.6连接，9脚接系统地，其他脚悬空。如图3.14示。

图3.14 音频电路连接图

3.2 特殊模块介绍
3.2.1 LCD1602
LCD1602是众多液晶显示器中的一种，较于其他液晶显示器LCD1602显示器使用简单、方便、轻巧等特点。LCD1602的类型是字符型，能够显示两行16ｘ2的字符，当代的工科类大学生在课程设计中，大量的应用LCD1602液晶显示器。此次LCD1602采用标准的16脚接口，如表3.2所示。
表3.2 LCD1602引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
113
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
LCD1602引脚图如图3.15示。

图3.15 引脚图
LCD1602的基本时序操作，如表3.3示
表3.3 LCD1602基本时序操作

输入
输出
读状态
RS=L，RW=H，E=H
DB0～DB7=状态字
写指令
RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码
无
读数据
RS=H，RW=H，E=H
DB0～DB7=数据
写数据
RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据
无

1602显示器内部的控制器共有11条控制指令，1602显示器的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
指令1：清屏显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。将地址计数器(AC)的值设为0。
指令2：光标复位，光标返回到地址00H。保持DDRAM的内容不变。
指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开，低电平表示关 C：控制光标的开与关，高电平有光标，低电平无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：使光标移位或使整个显示屏幕移位。 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：设定数据总线位数、显示的行数及字型。 DL：高电平时为8位总线，低电平时为4位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。
指令7：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。
指令8：设定下一个要存入数据的DDRAM的地址。
指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令10：写数据。
指令11：读数据。
3.2.2 HC-SR04
HC-SR04模块是用来作为此次汽车安全驾驶辅助装置设计中超声波电路测距发生器。HC-SR04模块外置4个引脚，调试起来简单方便, Trig触发控制信号端发射一个10μS以上的高电平,在Echo回响应信号端等待高电平输出，一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读出定时器的值,读出值就为此次测距的时间,这样就可以算出距离.连续不停的周期测量,即可以达到汽车行驶时测量的值，测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
HC-SR04整个模块由单片机来控制，启动测量时，由单片机发出一个控制信号去触发发射电路，使发射电路开始工作，让HC-SR04模块中的超声波发射器发射出十几个超声波脉冲，同时启动AT89C51的计时器，开始计算时间，也就是开始计算渡越时间。当这些脉冲遇到障碍物时，超声波脉冲会发生反射，反射回来的脉冲被超声波接收器接收，再由放大电路进行放大。接收到的第一个脉冲去触发单片机的计数器，使计数停止。此时，计数器中的值，根据这个值就可以算出时间。由这个时间可以算出距离，超声波测距的原理框图如图3.16示。

图3.16超声波测距的原理框图
HC-SR04的接收发射过程是通过换能器完成的，发射器产生的电能振荡波，换能器将振荡波转换成超声波，遇到障碍物后，一部分超声波反射回来，换能器又将超声波信号转换为电能信号，收发完成。超声换能器是超声波测试系统中产生并接收脉冲信号的部件,其驱动电路和回波检测电路的质量好坏对整个超声波电路有着至关重要的作用，HC-SR04引脚图如图3.17所示。

图3.17 HC-SR04引脚图
VCC供+5V电源，Trig触发控制信号输入，Echo回响应信号输出，GNDA接地。
HC-SR04参数：HC-SR04的工作用电压是5V，静态工作电流小于2mA，它的感应角度是不大于15度，探测距离范围是2cm-400cm，精度能达到0.3cm，且盲区（2cm）超近。
3.3.3 MP3-FLASH－16P
MP3-FLASH－16P语音模块含有串口，集成了MP3、WAV的解码。串口通信协议是可以达到工业级别，以SPI FLASH作为存储介质，降低了产品的价格同时也增加了产品的稳定性。可以用简单的指令即可完成播放设定的语音，以及MP3语音播放等功能，无需繁琐的底层操作，使用起来更加方便，稳定可靠是此模块的一大特点。另外该模块也是许多厂商定制的产品，集成了3W的功放，直接外接喇叭就能播放。同时模块支持10段语音的指定触发播放。MP3-FLASH－16P的参数如表3.4。
表3.4 MP3-FLASH－16P的参数
名称
参数
MP3文件格式
1、支持所有比特率11172-3和ISO13813-3 layer3音频解码
2、采样率支持(KHZ):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48
3、支持Normal、Jazz、Classic、Pop、Rock等音效
USB接口
2.0标准
UART接口
标准串口，TTL电平,波特率可设[用户不可设]
输入电压
3.3V-5V[7805后级串一个二极管为最佳]
额定电流
10MA[静态]
低功耗电流
<200uA
功放功率
负载4欧姆，支持3W
尺寸
25(长)*20(宽)[单位:mm]
工作温度
-40度 -- 80度
湿度
5% ~ 95%
MP3-FLASH－16P的引脚功能说明：图3.18所示。

图3.18 MP3-FLASH－16P引脚图
1脚VDD电源正极，2、3脚SPK外接单声道喇叭，4、5脚DAC外接功放、耳机，6脚BUSY播放状态脚，7脚TX UART串行数据输出,8脚RX UART串行数据输入，9脚GND接地，10-16脚I/O口通用输入输出口。

3.3.4 ATK-NEO-6M
GPS模块是运用ATK-NEO-6M来定位汽车的坐标位置。ATK-NEO-6M-V2.3是一款性价比较好的一款GPS定位模块。此模块是用U-BLOX NEO-6M来构成的，接收天线是由增益比较高的LAN芯片和优质的陶瓷天线组成。这样就可以当成有源天线了（无需再去买那不便宜的有源天线了），为了模块有更加良好的接收效果，模块还提供IPX接口，方便可以连接有源天线，这样就可以组成"双天线",让接收性能达到更好的效果，ATK-NEO-6M引脚图如3.19示。

图3.19 ATK-NEO-6M引脚图
VCC可接电源3.3V至5V；GND直接接地；TX脚模块串口发送脚，是TTL电平，不能直接接RS232电平，可以直接连接单片机；RX脚模块串口接收脚，同样是TTL电平，不能直接接RS232电平，可以直接接单片机。
ATK-NEO-6M-V23模块，是ALIENTEK公司生产的性价比较高的一款GPS模块，此模块把UBLOX 公司NEO-6M模块作为核心芯片，拥有50个传输通道，此模块追踪灵敏度能够达到-161dBm，而模块的测量输出频率最高能达到5Hz。模块自带EEPROM，能够将配置信息保存在EEPROM里面，满足市场上的各种配置需求，模块还自带可充电后备电池（以支持温启动或热启动，后备电池在主电源断电后，可以维持半小时左右的GPS接收数据保存）,NEO-6M-V2.3 GPS模块特点如下：
1，采用U-BLOX NEO-6M模组，体积小巧，性能优异。
2，模块装备了陶瓷天线和MAXIM 20.5dB高增益LNA芯片，连接卫星的能力强。
3，能够为串口进行参数设置，而且能够保存在EEPROM，使用起来方便。
4，自带IPX接口，可以连接各种有源天线，适应能力强。
5，兼容3.3V/5V电平，方便连接各种单片机系统。
3.3.5 SIM900A
GSM模块采用SIM900A模块组，SIM900A模块采用串口（UART）通信，市面上的SIM900A开发板都含有TTL接口，使用标准的AT指令对SIM900A模块进行控制，实现打电话发短信等功能。调试SIM900A模块，要做的是：使用您的控制器（包括单片机、电脑等）连接到SIM900A模块的TTL接口或是RS232接口。
用电脑调试模块时需要用到一个将SIM900A模块与电脑连接起来的设备，常见的调试设备有USB--TTL模块与USB--232串口线。实际中所有的USB设备都是需要驱动的，不同的系统所需的驱动也是不同，SIM900A的引脚图如图3.20示。

图3.20 SIM900A引脚图
用单片机控制模块时，单片机与SIM900A模块分别拥有自己的供电系统，单片机TXD连接模块RX；单片机RX连接模块TX；单片机GND连接模块GND；模块的VCC接入正5V；模块的GND接入电源地。如果单片机是TTL电平高电压为5V，那么模块上的VCC接直流正5V；如果单片机是TTL电平高电压为3.3V，那么模块上的VCC接3.3V；如果单片机是TTL电平高电压为2.85V，那么模块上的VCC接2.85V；单片机的电源接入相应的电源。

4软件设计
4.1 软件开发工具
4.1.1 Keil简介
KeilC51是美国KeilSoftware公司推出的一套专门为C语言软件量身定制开发的系统，为51系列单片机的使用者带来了福音。C语言和其他语言相比较，C语言的结构和功能更为简单，初学者能轻易的上手。
Keil C51软件有丰富的元器件库，功能齐全的调试工具。 语句生成的代码比较连贯、紧凑，很容易让人理解。在开发一些较为复杂的软件时，体现出了C语言巨大优势。C语言代码较为简单，为开发人员编写程序时节约了大量的时间，减少了许多麻烦。Keil C51的管理系统的灵活比其他软件拥有更多的优点，这样开发人员能够完全控制窗口位置，让开发人员能够按照自己的习惯来编写程序。
C51扩充的数据类型，用于访问MCS-51单片机中的特殊功能寄存器数据，它分sfr和sfr16两种类型。
一种为sfr为字节型特殊功能寄存器类型，占一个内存单元，能够访问51单片机内部的全部特殊功能寄存器。
另一种为sfr16为双字节型特殊功能寄存器类型，占用两个字节单元，能够访问51单片机内部的全部两个字节的特殊功能寄存器。
在C51中对特殊功能寄存器的访问必须先用sfr或sfr16进行声明。
4.1.2 Proteus 简介
Proteus软件是英国一家公司出版的制作原理图、PCB等电路图的软件工具。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能完成大多数单片机及外围器件电路的仿真。Proteus是世界上著名的仿真软件，从原理图制作、代码调试到单片机的电路仿真，能快速切换到PCB设计，实现了从纸上电路图到产品的完整设计。是现今世界上能够将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真三个软件放在一个设计平台上制作的软件。
Proteus软件设计原理图时，有丰富的元器件库，超过27000种元器件，可快速的创建新元件封装；智能的元件搜索，通过元件的封装型号可以快速定位所需要的器件；元件之间的连线更加智能化，自动连线功能让制图人员方便连线，大大缩短绘图时间；支持总线结构，总线器件和总线布线的电路设计，能让电路图简洁明了；可输出高质量图纸，电路图能进行个性化设置，生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供W