汽车倒车超声波报警器的设计与实现大学本科毕业论文.doc

湖北文理学院 1 湖北文理学院理工学院 本科毕业论文（设计）题 目 汽车倒车超声波报警器的设计与实现 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 学 号 11316468 学生姓名 张 能 指导教师 胡 雄 杰 起讫日期 2015.3.20 2015.5.22 湖北文理学院 2 汽车倒车超声波报警器设计与实现汽车倒车超声波报警器设计与实现 摘要摘要 汽车倒车一直都是困扰驾驭员，尤其是菜鸟。倒车超声波能用声音或更为直观的方式奉告驾驭员周围障碍物的状况，协助驾驭员看清视野死角和消除视野含糊的缺点，提高驾驶安全性。这篇文章着重介绍了一种根据 AT89C51 单片机的超声波脉冲测距的倒车防撞报警器的设想。该设想用超声波在空气中传播速度为判断条件,使用超声波的反射，测出间隔。论文阐明了超声测距的基本原理及超声传感器的特性，并在超声测距原理的基础上,指出了体系的整体构成，以蜂鸣器报警作为特别提示，具有很强的实用性。关键词关键词 超声波；防撞；传感器；报警器；控制系统 关键词：倒车雷达 超声波 单片机 SPCE061A 湖北文理学院 3 ABSTRACT The back-draft back sight is not good always puzzles the pilot,specially novices difficult problem.The back-draft radar can or a more direct-viewing form informs around the pilot by the sound the obstacle situation,helps the pilot to clean the field of vision dead angle and the elimination line of sight fuzzy flaw,enhances driving the security.This article introduced one kind in detail based on AT89C51 monolithic integrated circuit ultrasonic wave pulse range finder back-draft proximity wamer design.This design take the ultrasonic wave in the air the propagation velocity as the determination condition,the use ultrasonic wave reflection,the survey distance.The paper has outlined the supersonic range finder basic principle and the supersonic sensor characteristic,and in the supersonic range finder principle foundation,proposed the system overall constitution,reports to the police by the buzzer took the warning reminder,has the strong usability.KEY WORDS Ultrasonic;anti-collision;sensor;alarm;control system 湖北文理学院 4 目目 录录 1 前前言言 1.1 国内外发展的概况以及存在的问题.错误错误!未定义书签。未定义书签。1.2 倒车报警器的发展.2 1.3 研究的意义.4 错误错误!未定义书签。未定义书签。2 系统方案的设计系统方案的设计.3 2.1 本设计的目的.4 2.2 测量计划的比照.5 2.3 整体设计方案.6 2.4 工作原理和工作方式.6 3 核心器件简介核心器件简介.7 3.1 SPCE061 芯片特性.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1.1 SPCE061 简介.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.1.2 芯片特性.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2 SPCE061A 精简开发版.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3 超声波测距模组.10 3.4 转接板 13 4 系统硬件设计系统硬件设计.16 4.1 SPCE061A.错误错误!未定义书签。未定义书签。6 4.1.1 SPCE061A.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.1.2 电源模块16 4.1.3 放音模块17 4.2 超声波测距模组电路原理 .错误错误!未定义书签。未定义书签。4.2.1 超声波谐振频率发生电路调理17 4.2.2 超声波回波接受处理电路18 4.2.3 超声波测距模组电源接口18 4.2.4 超声波测距模式选择跳线19 4.2.5 超声波测距模组接口19 4.3 转接板电路.错误错误!未定义书签。未定义书签。9 4.4 显示电路20 5 系统系统软件设计软件设计.21 5.1 软件结构.错误错误!未定义书签。未定义书签。1 5.2 软件设计 21 6 系统误差分析及改进系统误差分析及改进.错误错误!未定义书签。未定义书签。6.1 发射器探头对接收器探头的影响 24 6.2 回波检测对时间测量的影响24 6.3 超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响25 6.4 针对误差产生原因的系统改进方案25 7 7 连接与操作说明连接与操作说明27 结论结论 30 湖北文理学院 5 参考文献参考文献.30 谢辞谢辞.31 湖北文理学院 1 1、前、前 言言 1.1 1.1 国内外发展的概况以及存在的问题国内外发展的概况以及存在的问题 随着社会经济的发展，交通运输越来越重要，汽车的数量在大副提升。交通拥挤状况也越来越严重，撞车事件时有发生，造成了很多人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种反应快，可靠性高，而且比较经济的汽车防撞预警系统势在必行。通常汽车倒车防撞测距报警器有四种：1 嘀嘀声加闪光，2 音乐声加闪光，3 语音声加闪光，4 倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器，由于很多研究使用的是特殊难购的专用元件，使其难以推广，此设计采用国内生产的通用元件，成本较低，此设计使汽车在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，从而提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统连在一起也可以达到自动刹车目的。(1)预警的时间不足 最大有效探测距离的问题，大多数倒车雷达的最大有效探测距离：1，墙面小于 2.5m 2，行人 0.6-1.2 m。实验分析一些驾驶员的习惯初始倒车速度 3-12km/月，即 0.83-3.3 m/s，现按照平均 1.5 m/s 计算，倒车雷达发现目标只有 1.67 s，对行人只有 0.4-0.8 s，如此以来，再等报警器报警后汽车减速就很紧张，就会感到预警时间不足。(2)反映速度迟钝 多数倒车报警装置的显示速度因为考虑到抗干扰等因素，显示更新的速度是 0.2-0.4s，即在0.2-0.4s 显示一次距离，由以上的推断，从倒车报警发现目标到发出警报假如需要 3s 秒，这时车已经行使了 0.45s，这明显感到反应迟钝。(3)探测盲区问题 一般倒车雷达的超声波传感器为 2-3 个，单个传感器的水平探测角度约 60-70，这样会造成 2-3 个盲区。如图 1-1，而增加传感器的个数不但增加成本，而且提高报警器的故障率。另外，由于等同与水平探测角度的垂直探测角度显得过大，通常对粗糙地面发生误报，假如改为探测角度为 30的传感器就不会误报，但是不能有效的探测约 30cm 高的路堤，易倒车时碰到后保险杠的问题。湖北文理学院 图 1-1 传感器盲区图解 1.2 1.2 倒车报警器的发展倒车报警器的发展 伴随我国汽车产业的高速发展，特别近几我国开始进入私家车时代，汽车电子产业成了新的增长级，汽车电子产品的高利润和市场广阔很受商家们的关注，音响和防盗器就是例子，近两年来，众多生产防盗器的厂家都在研究倒车防撞报警器，可以这样说，几乎生产防盗器的厂家都在生产倒车防撞报警器。市场上经销的倒车防撞报警器品牌达到几十种，在全国零售市场上销售的主要有固地、铁将军、伊莱、豪迪、奇贞、铭品、全安、佐敦、永泰和，基本上国产品牌占了 90%，而进口产品偏少。在我国汽车用品行业环境的繁荣背景下，倒车防撞报警器也慢慢形成一个较大的行业，而且已形成激烈竞争的态势。经过几年的发展,倒车报警系统已经过了数代的技术改良,不管从结构外观还是从性能价格上,这几代产品都各有特点,目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车报警器这几种。第 1 代倒车报警器。“倒车请注意”!想必不少人还记得这种声音,这个只能算最早的有关于倒车的一个产品,不能称为报警器,现在只有小部分商用车还在使用。只要驾驶员挂上倒档,它就会响起,提醒周围的人注意。从某种意义上说对驾驶员并没有直接的帮助,算是淘汰产品了。最初的倒车雷达是蜂鸣器,它标志着倒车报警系统的真正开始。倒车时,如果距车 1.51.8 m 处有障碍物,蜂鸣器就会开始工作,蜂鸣声越急,表示车距障碍物越近。该装置既没有语音提示,也没有距离显示,虽然驾驶员知道车后有障碍物,但不能确定障碍物距离车究竟有多远。第 2 代倒车报警器。第 2 代采用数码波段显示,可以显示车后障碍物到车体的距离。如果车后有障碍物,在 1.8 m 开始显示;如果是人,在 0.9 m 左右的距离会显示。这一代产品有 2 种显示方式,数码显示产品直接显示距离数字,而波段显示产品是 3 种颜色来区别:绿色代表湖北文理学院 安全距离,表示障碍物离车体距离有 0.8 m 以上；黄色代表警告距离。表示离障碍物的距离仅有 0.60.8 m；红色代表危险距,表示离障碍物不到 0.6 m 的距离,必须停止倒车。第 2 代产品把数码和波段组合在一起比较实用，但装在车内不美观。第 3 代倒车报警器。第 3 代是液晶荧屏显示,这一代产品相对于以前有一个质的飞跃,特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档,一发动汽车,显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。它的外表美观,可以直接粘贴在仪表盘上,安装也很方便,给人舒适的感觉，显示的距离也更准确些。不过液晶显示器外观精巧,可是灵敏度较高,抗干扰能力不强,所以容易误报。第 4 代倒车报警器。第 4 代产品是魔幻镜倒车报警装置,它结合了前几代的优点,采用了最新仿生超声报警技术,配以高速微机控制,可随时准确地测知 2 m 以内的障碍物,并以不同等级的声音和直观的显示转告给驾驶员。魔幻镜倒车报警系统把免提电话，倒车雷达，后视镜，车内空气污染显示，温度显示这些多项功能整合在一起，另外还有语音方面的功能，它外形基本和倒车镜一样，所以基本不需车内空间,可直接安装在车内后视镜的位置，按照个人需求和车内装饰选配,只是价格稍高。第 5 代倒车报警器。第 5 代产品是整合影音系统,它是专为高档轿车生产的,在上一代产品的基础上新增了很多功能,它整合了高档轿车的影音系统,可以在显示器上观看真实影像。当然其价格就非常高了。1.31.3 研究意义研究意义 超声波测距法是一种最常见的测距方法，适用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性：折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距就是利用其它的反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶员，起到安全的作用。2 2、系统方案设计、系统方案设计 2.1 2.1 本设计的目的本设计的目的 湖北文理学院 本设计越来越被驾驶员们所喜爱，可直白的避免或者排除那些视野不良的大型汽车，像集装箱车，冷藏用车，食品用车，载客车，和公共汽车一连串倒车事件，此外比较适合夜间倒车，和进入停车位，甚至还能防止盗贼偷车，此设计成本低廉，性能优良，市场前景非常广阔，对提高我国汽车工业实际水平，有较大的时间意义。2.22.2 测量计划的比照测量计划的比照 激光测量主要有扫描和脉冲两种工作方式，激光测量系统具有反应快，有效测量距离大、误差小、分辨率高等优点,近几年在汽车防撞领域越来越受到重视。由于激光镜头易受风沙、雨雪、灰尘的玷污而影响其工作性能,所以激光法不适合在恶劣气候条件下工作。微波雷达由于它工作波长短,频率高，可有效地缩小波束角度，减少天线尺寸,特别适合在恶劣气候条件下工作。但是微波雷达测距时，还是会受到雷达之间以及与其他通信系统之间的电磁干扰,抗干扰能力较弱。超声波法与其他两种方式相比具有明显优点,超声波测速测距的基本原理是利用它反射的特性。超声波发生器发射 40 kHz 超声波遇到障碍物后发出反射波,超声波接收器接收到反射波信号后,会并将其转换成电信号,测量发射波与回波之间的时间间隔T,并根据公式R=(Tv)/2 计算距离(v 为超声波传播速度)。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透能力强,可以在恶劣气候条件下工作,系统制作简便、成本低。2.32.3 整体设计方案整体设计方案 本系统是以 SPCE061A 为核心，三个超声波测距模组逐一排布，组成线阵的传感器阵列。此外，接有转接板，发光二极管显示模块。系统组成如下图所示：湖北文理学院 图 4.1 系统硬件结构图 SPCE061A 单片机作为主控芯片，通过 I/O 端口来控制 CD4052，以选择不同的传感器通道。本方案采用 IOB0 和 IOB1 控制 CD4052 的 A1、A0，而 IOB2 作为检测超声波模组返回的信号，IOB3 是控制超声波模组发射超声波信号的使能控制端口。这样通过 CD4052 的通道切换，就能利用较少的端口来完成多个模组的切换使用。此外，超声波测距模组使用的是脉冲测量法，也就是测量发射超声波的时刻与接收到反射回波信号的时刻之间的时差，运用超声波在空气中传播速度已知的条件，计算出被测目标与传感器之间距离。为了保证测量的可靠，检测回波信号时，运用 SPCE061A 的外部中断对回波的上升沿进行检测，且利用定时器 B 进行计时。在显示控制方面，系统分别利用 IOA10、IOA8、IOA9 三个端口控制三个发光二极管。2.42.4 工作原理和工作方式工作原理和工作方式 人可以听到的声音频率为:20Hz20kHz,即为可听声波,超出此频率范围的声音,20Hz以下湖北文理学院 的声音称为低频声波,一般大于 20kHz 声音是超声波。对于超声波，只有很少生物(蝙蝠、海豚)才能感觉到的机械波,其频率在 20kHz 以上,绕射小，波长短,可定向传播。超声波都是沿直线传播的,频率越低,绕射能力就越强,于是反射能力也就越弱。所以,根据这一特点能做成超声波的传感装置。超声波的测距基本是运用超声波的发射装置往一个方向发出超声波,从发射起开始计算时间,超声波一般在气体里传播,途中碰到阻碍物就会马上返回来,超声波的接收装置接收到反射波就会马上停止计算时间。超声波一般在气体里传播的速度是 v(随温度的变化而变化)，由计时器所得到时间 t,就能得到发射位置到妨碍物总距离(s),即:s=v*t/2。运用超声波去测量,就能由测量的反射波和发射波时间的间隔,来完成测距目的。三种测量距离的方法:(1)相同位置检测法同一位置检测方法精度高,可是检测的范围毕竟有限，(2)超声波振幅值的检测方法超声波振幅值的检测法容易被反射波所干扰，(3)渡越时间的检测方法渡越时间的检测方法不光工作方式比较直观、简单，在软件方面设计以及硬件方面设计都很容易实现。其原理:检测装置从发射传感器到发出超声波,经过气体到达接收的传感器时间,这个时间也就是渡越的时间。此设计超声波的测距也就是运用渡越时间的检测方法。在运动的车辆里运用超声波的传感器,是运用超声波在气体里定固体反射的特性(包括纵波)传播，接收本身发出超声波的反射这一信号,基于超声波发射和返回波所接收时间差、传播速度,来算出传播总距离,来得到障碍物到车辆的距离。3 3、核心器件简介、核心器件简介 湖北文理学院 本系统用 SPCE061A 单片机为主控制器，传感器模块采用凌阳大学计划的“超声波测距模组”。此外，为了使这三个传感器模块可以组合在一起，且可靠的工作，还需要一个转接板，可以运用 4052 模拟开关器件制作，需要外接三个发光二极管。下面分别介绍这些模块特性。3.13.1 SPCE061SPCE061 芯片芯片的特征的特征 3.1.1 SPCE0613.1.1 SPCE061 简介简介 SPCE061A 是凌阳科技研发生产性价比非常高的一款十六位单片机，具有易学效率较高、易使用的一套指令系统和集成开发环境。在这个环境里，支持标准 C 语言，可以实现凌阳汇编语言与 C 语言的互相调用，并且，提供了语音识别和语音录放的库函数，只要了解库函数使用，就会非常容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了很方便条件：SPCE061A 片内还集成了一个 ICE（在线仿真电路）接口，使对该芯片的仿真、编程都变得很方便，而 ICE 接口不占用芯片的硬件资源，根据凌阳科技提供的集成开发环境（unSP IDE），用户可以利用它对芯片进行真实仿真，而程序的下载（烧写）是通过该接口实现的。下图为 SPCE061A 单片机的内部结构框图 图 3.1 SPCE061 内部结构图 3.1.2 3.1.2 芯片特性芯片特性 .16 位nSP 微型的处理器；.工作的电压：IO 口工作的电压 VDDH 是 VDD5.5V(I/O)，内核工作的电压 VDD 是湖北文理学院 3.03.6V(CPU).CPU 时钟：0.31MHz49.153MHz；.内置 2K 字 Sram；.内置 32K 闪存 ROM；.晶体的振荡器；.可编制的音频；.系统在备用时(时钟是停止的状态)，耗电低于 2a3.6V；.2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；.32 位通用的可编程的输入或输出端口；.2 个 10 位 DAC(数-模的转换)和输出的通道；.14 项中断源都来自于定时器 A/B，时基，2 个外时钟源的输入键的唤醒；.它们拥有触键唤醒所有功能；.使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据；.锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号；.32768Hz 实时时钟；.7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；.声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；.具备串行设备接口；.低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能；.内置在线仿真(ICE，In-Circuit Emulator)接口。3.2 SPCE061A3.2 SPCE061A 精简开发板精简开发板 SPCE061A 精简开发板，是由凌阳 16 位单片机 SPCE061A 作为核心的精简开发仿真实验板，大小和一张扑克牌差不多，是“凌阳科技大学的计划”帮助电子琴爱好者和大学生进行电子方面的实习，毕业设计，课程设计，电子竞赛，电子制作设计的，也可用于单片机项目的初期开发使用。61 板除了拥有单片机的最小系统的电路外，还包含音频电路，电源电路复位电路。运用电池的供电，很利于学生的随身携带，让学生在使用软件同时，熟悉单片机硬件方面的设计和制作，来提高学生动手方面的能力，也为这方面的开发者和学习者制造了很好学习条件以及开发产品机会。61 板上有调试器接口（Probe 接口）以及下载线（EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的简易下载线，在线调试器，配合 unSP IDE，可在板上快速的完成在线仿真的调试，程序下载。61 板上主要作用模块大体如下：.SPCE061A 单片机的系统外围的电路模块；湖北文理学院 .按键的模块.音频电路（包含 MIC 输入、DAC 音频功放输出）模块；电源输出的模块；.I/O 端口接口模块；.调试、下载接口模块；下图为 61 板的实物图 图 3.2 61 板实物图 3.3 3.3 超声波测距模组超声波测距模组 超声波测距模组是为方便学生进行单片机接口方面的学习专门设计的模块，超声波测距模组可以方便地和 61 板连接，可应用在小距离测距、机器人检测、障碍物检测等方面，可用于验证方车辆倒车雷达以及家居安防系统等应用方案验证。下图 3.3 为超声波测距模组的结湖北文理学院 构框图：（J7）以及供电方式选择跳线（J9）如图 3.4 所示：模组外接电源接口 湖北文理学院 图 3.6 J2 跳线和 J8 接口的位置示意图 3.4 3.4 转接板转接板 CD4052 的真值表 INPUTS CHANNEL ON E A1 A0 L L L L H L L H H X L H L H X Y0A-ZA:Y0B-ZB Y1A-ZA:Y1B-ZB Y2A-ZA:Y2B-ZB Y3A-ZA:Y3B-ZB none 湖北文理学院 图 4.2 电源模块 因为本系统需要的端口高电平为 5V，所以图 5.2 当中的 J5 跳线需要跳到 1 和 2 上。4.1.3 4.1.3 放音模块放音模块 语音提示。放音应用的是 SPCE061A 内部的 DAC，电路如图 5.3 所示。图中的 SPY0030 是凌阳公司的产品。与 LM386 相比 SPY0030 还是比较有优势的，如 LM386 工作电压需在 4V 以上，而 SPY0030 仅需 2.4V(两颗电池)即可工作；LM386 输出功率 100mW 以下，SPY0030 约 700mW。其他特性请参考 SPY0030 的数据手册。湖北文理学院 图 4.3 放音模块电路图 4.2 4.2 超声波测距模组电路原理超声波测距模组电路原理 4.2.1 4.2.1 超声波谐振频率发生电路，调理电路超声波谐振频率发生电路，调理电路 NE555 和电容电阻组成的电路产生 40KHz 的方波，从而使超声波传感器产生谐振，而后面的 CD4049 对 40KHz 频率信号进行调理。PLUS_EN1 是超声波信号发射的使可以控制端口，当该端口接低电平时，模组就不可以发射超声波信号，即 40KHz 的方波。图 4.4 超声波谐振频率发生电路、调理电路 4.2.2 4.2.2 超声波回波接受处理电路超声波回波接受处理电路 超声波接收处理部分电路前级应用 NE5532 构成 10000 倍放大器，对接收信号进行放大，后级采用 LM311 比较器对接收信号来进行调整。比较电压为 LM311 的 3 管脚处，可用 J1 跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式，在放大器与比较器之间用 PNP 三极管（8550）作为通路选择。本方案需要将此通路选择跳线短接上，就是把 J2 短接，固定使三极管导通即可。湖北文理学院 图 4.5 超声波回波接受处理电路 4.2.3 4.2.3 超声波测距模组电源接口超声波测距模组电源接口 J7 是超声波测距模组的外部电源接口，最高电压不超过 12V，J9 为电源选择跳线，VCC_5是由 61 板通过 10PIN 排线引入模组的电源。VCC 即为模组的放大器，调理电路供电电源。当用户使用 61 板为其供电时，必须把 VCC 与 VCC_5V 短接（本方案的用法），在使用外部电源时 又要把 VCC 与 VCC_IN 短接。图 4.6 外部单独电源输入接口及选择跳线 4.2.4 4.2.4 超声波测距模式选择跳线超声波测距模式选择跳线 模组提供了测距模式选择跳线 J1，可以选择中距测量模式，短距测量模式，或距离可调模式。跳线选择 LOW 时为近距测量模式，选择 HIG 时为中距测量模式；选择 SET 时为距离可调模式。本方案采用可调方式，即选择 SET 的模式，并将调节模组上的电位器，将比较电压调至 3.53.2V（保证模组测距能在 0.351.5M 的范围都能正常工作即可）。图 4.7 测距模式选择跳线 4.2.5 4.2.5 超声波测距模组接口超声波测距模组接口 本方案采用的三个超声波测距模组都是使用 J8 接口，每个模组接出两个控制检测端口，就会通过 CD4052 模拟开关进行选通，因此在实际使用当中，是分时地对每一个模组进行操作。湖北文理学院 超声波测距模组的 J8 接口如所图 4.8 示；图中的 VCC_5 在本方案当中由 61 板供电，即 5V。图 4.8 超声波测距模组接口 4.3 4.3 转接板电路转接板电路 前面已简单介绍了转接板的作用，这里介绍一下它的原理图，如图 4.9 所示。图中 J1 直接与 61 板的 J6 相接，也就是和 61 板的 IOB 口低八位接口相接，可知道图中的 VDD 为 61 板供电、即 5V，而 A0 和 A1 分别接 SPCE061A 的 IOB0 和 IOB1，用控制 CD4052 的两个地址位，来控制通道的选通。IOB2 接 PLUS_B，作为回波信号的检测输入，可是经过 CD4052的选通，接到哪一个模组，都由 IOB0 和 IOB1 的输出决定；COM_EN 为超声波测距模组的信号发射使能控制，接到 SPCE061A 的 IOB3；CD4052 的另外一端，接出 COM_EN1/2/3 分别接三个模组的发射使能，此外还要用三个 10K 的电阻下拉到地，以确保没有选通的模组不会发射出超声波信号。J4，J2、J3 分别接三个超声波测距模组的 J8 接口。湖北文理学院 图 4.9 转接板电路原理 4.4 4.4 显示电路显示电路 显示电路比较简单，直接使用三个 I/O 口来控制三个发光二极管。如图 4.10 所示：图 4.10 显示电路 湖北文理学院 5 5、系统软件设计、系统软件设计 5.1 5.1 软件结构软件结构 此方案的软件系统主要包含以下模块：超声波测距程序：负责超声波测距的控制和计算结果等，另外有部分代码在中断服务程序中，主要码在 IntDocument.c 和 UserFunction.c 文件。语音播放程序：语音播放控制，主要代码在 Speech.h，在语音中断服务程序在 isr.asm文件中，一般为了使语音播放程序在初始化时不影响用户的其它中断，在 isr.asm 中还会有一个中断初始化的程序。中断程序：主要指 IntDocument.c 文件，包括超声波测距的中断服务代码、和用于显示刷新的 IRQ4 中断服务程序。系统程序：指 system.c 文件，包含测量结果处理，系统端口初始化，以及显示刷新程序。主程序：主控程序负责控制整个系统工作流程。5.25.2 软件软件设计设计 图 5-1 主程序流程图 湖北文理学院 图 5-2 定时中断服务子程序 图 5-3 外部中断服务子程序 湖北文理学院 6 6、系统误差分析及改进、系统误差分析及改进 6.26.2 回波检测对时间测量的影响回波检测对时间测量的影响 6.36.3 超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响 6.46.4 针对误差产生原因的系统改进方案针对误差产生原因的系统改进方案 湖北文理学院 7 7、连接与操作说明、连接与操作说明 因为本系统对电源有一定的要求，因此在制作时，要给 61 板接入 5V 的电源（并非使用电源盒），且将 61 板上的端口电平选择跳线 J5 跳到 5V 一端，使端口的高电平为 5V，并通过61 板的 I/O 接口（J6）给转接板，超声波测距模组进行供电。本方案当中，可将转接板设计如图 7.1 所示；图中，J1 接 61 板的 J6，作为 CD4052 选通的控制端口，以及超声波测距的接口；J2J4 分别接三组超声波测距模组。图 7.1 转接板示意图 可是在使用超声波测距模组时，要注意要将模组上的 J2 跳线短接，J1 测距模式选择选在 SET 可调选项，并将模组上电位器调节，将比较电压调节至 3.5V3.2V 之间。调节时，可测量 J1 靠近电位器的引针上的电压。此外，还需要将 J9 跳线设置在 5V 一端。整个系统的连线示意图如图 7.2 所示 湖北文理学院 图 7.2 系统连接示意图 系统硬件连接好以后，就可以将程序下载到 61 板当中；针对本方案，凌阳科技教育推广中心提供了参考的程序范例，用户可直接对程序进行编译下载。操作说明：按照前面所述制作好转接板、显示板后，再连接好61板和各个模组板，用户还需要为61板连接上电源（外接5V）、喇叭；如果之前没有下载本方案的参考程序，用户还要将程序下载到61板中，并且全速运行，这样才可以看到运行的情况，并对其进行操作。下载参考程序 本方案的源代码提供在资料文件夹当中的“参考源代码”中的“Car_Radar”文件夹当中；直接打开其中的Car_Radar.spj文件，即可打开工程；然后对所打开的工程进行编译。确认编译无误后，然后再确认一下61板的连线是否连接好，以及下载线/调度器等的连接；如果一切有关下载的设置、连接无误，便可以下载运行程序。调试 本系统操作方法比较简单，系统工作后用户无需对61板进行操作；开始测试时将开关至于ON状态，此时控制板上的电源指示灯就会亮起，说明此时控制器进入工作状态。将三个超声波测距模组列开，并用物体挡在超声波测距模组上探头正对的前面，只要距离在0.35m1.5m之内，就会有间断的语音提示，以示对应的模组前面有障碍物。湖北文理学院 如果测试时障碍物与探头之间的距离在30cm左右，雷达能够正常工作，而两者之间在1.5m时，雷达不能正常工作，则说明电源的电压有点低;如果测试时障碍物与探头之间的距离在30cm左右，雷达不能够正常工作，则应检查各连线接口连接是否接好，元器件的完好情况，及电压稳定情况等。按照本方案文档的接法，定义接1号模组的超声波测距模组为左后方探头，2号为正后方探头，3号为右后方探头。当各个位置的模组探头探测到障碍物，会有如表 7-5中所示结果：情况一 情况二 情况三 条件 正后方、左后方与右后方有障碍物 仅左后方有障碍物 仅右后方有障碍物 提示语音 后方 左后方 右后方 超声波测距模组V2.0版与61板进行中距测距应用接线实物图短/中距测距注意事项及声明:1测距时保证传感器与被测物间，以及测量轴线上没有障碍物；2尽量保证传感器轴线与被测物表面垂直；3实际测距范围与被测物表面材料等因素有关，一般不要测量表面为毛料的物体表面.湖北文理学院 结论结论 提醒驾驶员注意充电，来保证仪器及汽车能正常工作。加入数据采集系统，能实现倒车过程中，驾驶员不回头便可看到车后情况。但根据我目前的水平，一些功能还无法实现，在今后的工作实践当中，我会认真学习这方面的技术，争取实现全部的功能作出更大突破。在这个过程中，我们学会了独立思考，坚持不接的精神，让自己的动手实践能力得到了锻炼。虽然课程设计只有两周的时间，但这段时间我们学到的东西却是真正能在今后用的到的。把书本知识运用到实践中，活学活用，这是我们所欠缺的。当然，我们也发现平时的理论知识掌握的不够好，当真正用到时才意识到理论的重要性。课程设计是一个不断发现不足，查漏补缺的过程，对于即将毕业的我们来说至关重要，关系到我们今后在实践中能否运用在校知识，能否独立解决问题。今后，我们平时也应该多动手进行设计，将书上的知识用于实践中，这样才能发现问题并获得进步。湖北文理学院 参考文献参考文献 谢谢 辞辞 文献、资料名称 编著者 出版单位 凌阳 16 位单片机应用基础M 罗亚非 北京：北京航空航天大学出版社，2003 年 12 月第 1 版 凌阳十六位单片机原理及应用M 薛钧义 张彦斌 虞鹤松 樊波.北京：北京航空航天出版社 2003 年 2 月第 1 版 C 程序设计M 谭浩强 北京：清华大学出版社.1999 年 12月第 2 版 IBM-PC 汇编语言程序设计M 沈美明 温冬蝉 北京：清华大学出版社.2001 年 8月第二版 实验指导书 凌阳大学计划资料 凌阳大学计划网站 湖北文理学院 首先，要谢谢胡雄杰老师，在没有任何思路的时候，他给我很多宝贵的建议，使我能够短时间內找到一条的好的思路，思路是一篇论文的核心，所以我要谢谢我的指导老师。这篇论文是我用了半个月的时间完成的，半个月里我学到很多的东西，我明白了写论文只是一个过程，而不是最终的目的。领导老师们只是给了我们一个目标，要怎么完成只能靠我们自己，这时候你要去寻求同学、老师、朋友的帮助，这样有助你更好的完成你这个目标。在这四年的学习生活中，感谢机械系给了我发挥的机会和展现自我的舞台。在那里我学到了知识，结识了一帮有着共同爱好的朋友，我们大家共同学习，为完成毕业设计打下了坚实的基础，在此我向他们表示诚挚的祝福。最后，我感谢我的家人和朋友，他们对我的支持和付出是我的毕业设计得以顺利进行的保障。