汽車倒車防撞系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題 目 汽車倒車防撞系統(tǒng)</p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　專 業(yè)

2、班級 </p><p>　　院 （系） 電子信息工程學院 </p><p>　　完成時間 2011年4月10日 </p><p><b>　　汽車倒車防撞系統(tǒng)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p

3、><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞預警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。</p><p>　　論文的內容是基于STC89C52單片機倒車防撞系

4、統(tǒng)的設計，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和STC89C52單片機結合于一體，設計出一種基于STC89C52單片機的倒車防撞報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結合的方法，具有模塊化和多用化的特點。</p><p>　　論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎上，提出了系統(tǒng)的總體構成。通過多種發(fā)射接收電路設計方

5、案比較，得出了最佳設計方案，并對系統(tǒng)各個設計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結構，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。</p><p>　　關鍵字 單片機/超聲波/STC89C52</p><p><b>　　Ti mu</b></p><

6、p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Is day by day prosperous along with the social economy development transportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic cong

7、estion condition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to respond quickl

8、y, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative</p><p>　　The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit

9、reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51 monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic int

10、egrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics. </p><p>　　The paper

11、 outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ra

12、nging system functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced

13、. On the composition of the system circuit chip int</p><p>　　Key word monolithic integrated circuit,ultrasonic wave,STC89C52</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要………………………

14、……………………………………………………… Ⅰ</p><p>　　英文摘要…………………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　第1章 緒論……………………………………………………………1</p><p>　　1.1論文背景……………………………………………………………1</p><p>　　1.2設計要求及

15、主要功能介紹………………………………………1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設計………………………………………………2</p><p>　　2.1系統(tǒng)功能定義………………………………………2</p><p>　　2.2總體方案……………………………………………2</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件電路設計………………………………………

16、…4</p><p>　　3.1主控單元設計………………………………………………4</p><p>　　3.1.1 主控芯片的介紹………………………………………4</p><p>　　3.1.2 最小系統(tǒng)………………………………………………10</p><p>　　3.1.3 電源設計………………………………………………11</p>

17、;<p>　　3.2 測距單元的設計……………………………………11</p><p>　　3.2.1設計要求……………………………………………11</p><p>　　3.2.2 超聲波測距的基本原理……………………………11</p><p>　　3.2.3硬件系統(tǒng)的電路設計………………………………12</p><p>　　3.

18、3小車電機驅動模塊設計…………………………………14</p><p>　　3.3.1 設計要求……………………………………………14</p><p>　　3.3.2 驅動控制芯片的介紹………………………………14</p><p>　　3.3.3 驅動電路的設計……………………………………16</p><p>　　3. 3 顯 示 單 元………

19、……………………………………………………17</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計…………………………………………18</p><p>　　4.1 測距單元軟件設計…………………………………………18</p><p>　　4.2 驅動調速單元軟件設計……………………………………19</p><p>　　第5章 總結與展望………………………

20、………………………20</p><p>　　結束語……………………………………………………………………21</p><p>　　致謝………………………………………………………………………22</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………23</p><p>　　附錄 倒車防撞系統(tǒng)源程序…………………………………

21、………………25</p><p><b>　　第1章緒論</b></p><p><b>　　1.1 論文背景</b></p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展,交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為

22、經濟的汽車防撞報警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵洌瓷?，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛人員，起到安全的作用。</p>&l

23、t;p>　　1.2 設計要求及主要功能介紹</p><p>　　本次設計的智能避障小車，它是以STC89C52作為主控制器，用超聲波模塊對距離進行距離測試，并將信號發(fā)給主控制器。用L298芯片驅動直流電機，執(zhí)行主控制器命令，控制小車的前進、后退、轉向，并用LED燈和蜂鳴器報告檢測出后方有障礙物。</p><p><b>　　第2章系統(tǒng)總體設計</b></p

24、><p>　　2.1系統(tǒng)功能的定義</p><p>　　根據(jù)設計要求，可以先大致勾勒出要完成的設計，需要如下所示的幾個模塊。</p><p>　　圖2.1 功能模塊圖</p><p><b>　　2.2總體方案</b></p><p>　　本次設計的簡易智能電動車，設計思路如下：</p>

25、<p>　　1.在小車前進過程中STC89C52芯片向超聲波傳感器模塊Trig口發(fā)送長度為20us的脈沖信號，使超聲波發(fā)射電路工作向前方發(fā)送超聲波進行測量，此時STC89C52芯片中定時計數(shù)器開始計時；當超聲波遇到障礙物反射被，超聲波接收電路收到反射波時，將測得的高電平信號通過Echo口傳給主控制器，只有出現(xiàn)低電平時，計數(shù)器開始中斷計時STC89C52根據(jù)時間差值檢測法公式s=t/58(cm)計算出距離；</p>

26、;<p>　　2.主控芯片STC89C52根據(jù)設定的報警距離判斷前方是否出現(xiàn)了障礙物，如果判斷是，則驅動蜂鳴器報警，LED燈閃爍；</p><p>　　3.利用主控芯片分別對兩個直流電機發(fā)送連續(xù)的具有一定占空比的矩形脈沖進行PWM小車速度調制，在沒有障礙物的情況下，后輪直流電機收到一定的脈沖寬度則小車走的是勻速直線運動；當STC89C52芯片判斷出有障礙物時，則前輪得到一定脈沖寬度，從而達到避障的目

27、的。</p><p>　　本次設計的小車結構簡單，較容易實現(xiàn)。</p><p>　　采用與MCS系列完全兼容的STC89C52芯片，它是一種低功耗、高性能、COMS微處理器。片內具有8ｋ字節(jié)的在線可重復編程快擦快寫Flash存儲器，256×8位內RAM，STC89C52可構成真正的單片機最小應用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。</p><p&

28、gt;　　驅動采用L298這款芯片，主要的特點是功率強大，可以加載高達46V的電壓，并且提供兩組IN口便于對兩個輪子進行PMW速度調制控制。</p><p>　　超聲波模塊采用計時器中斷計時的方法，算法簡單有效，并且程序中采取超時控制防止出現(xiàn)無限大的數(shù)據(jù)；同時也對溫度的影響也采取了相應的措施，以增加測量的精確度。</p><p>　　采用四節(jié)干電池串聯(lián)做電源，功率上達到設計要求，并且是很好

29、的穩(wěn)定的直流電源，避免的電網電源轉化時出現(xiàn)的電流不穩(wěn)定現(xiàn)象，一定程度上降低了電路的復雜程度。</p><p>　　LED與蜂鳴器的設計發(fā)揮了安全的報警作用，有較強的實用性，為系統(tǒng)的人性化設計增添了色彩。</p><p>　　總體設計框圖如圖2.2</p><p>　　圖2.2 汽車倒車防撞系統(tǒng)</p><p>　　第3章系統(tǒng)硬件電路設計&l

30、t;/p><p><b>　　3.1主控單元設計</b></p><p>　　3.1.1 主控芯片的介紹</p><p><b>　　引腳功能</b></p><p>　　本次的設計采用的是STC89C52單片機，它有44個引腳PLCC和TQFP方形封裝形式，40個引腳的雙列直插式封裝形式，最常用的是4

31、0個引腳的雙列直插式封裝形式，各個引腳功能說明如圖3.1</p><p>　　圖3.1 AT89S52單片機的引腳</p><p>　　VCC：電源，接+5V</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。

32、對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉

33、高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表3-1 AT89S52單片機P1口第二功能</p><p>　　

34、P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @R

35、I）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為STC89C52

36、特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。</p><p>　　表3-2 89S52單片機P3口第二功能</p><p>　　RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳將持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRT

37、O默認狀態(tài)下，復位高電平有效。</p><p>　　ALE/：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。

38、這一位置 “1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p>　?。和獠砍绦虼鎯ζ鬟x通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。</p><p>　

39、　/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。在flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p><b>

40、　　存儲器結構</b></p><p>　　STC89C52器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64KB尋址。</p><p>　　程序存儲器：如果引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于STC89C52，如果接VCC，讀寫程序先從內部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H～FFFFH。</p&

41、gt;<p>　　數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52 有256 字節(jié)片內數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當一條指令訪問高于7FH 的地址時，尋址方式決定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。</p><p>　　例如，下面的直接尋址指令訪問0A0H（P2口）存儲

42、單元</p><p>　　MOV 0A0H, #data </p><p>　　使用間接尋址方式訪問高128 字節(jié)RAM。</p><p>　　例如，下面的間接尋址方式中，R0 內容為0A0H，訪問的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。</p><p>　　MOV @R0, #data</p><

43、p>　　堆棧操作也是間接尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆棧空間。</p><p><b>　　定時器</b></p><p>　　1．MCS-51系列中51子系列有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器：定時/計數(shù)器T0和定時/計數(shù)器T1，52子系列有三個，還有一個定時/計數(shù)器T2。</p><p>　　2．每個定時/計數(shù)器既可以

44、對系統(tǒng)時鐘計數(shù)實現(xiàn)定時，也可以對外部信號計數(shù)實現(xiàn)計數(shù)功能，通過編程設定來實現(xiàn)。</p><p>　　3．每個定時/計數(shù)器都有多種工作方式，其中T0有四種工作方式；T1有三種工作方式，T2有三種工作方式。通過編程設置其方式寄存器TMOD可設定定時器工作于某種方式，方式寄存器TMOD格式見表3-3。</p><p>　　表3-3 定時/計數(shù)器的方式寄存器TMOD</p><

45、;p>　　T1 T0</p><p>　　GATE：門控信號。GATE=0，TRx=1時即可啟動定時器/計數(shù)器工作，是一種自啟動的方式；GATE=1,TRx=1, =1時才可啟動定時器/計數(shù)器工作。即是引腳加高電平啟動，是一種外啟動方式。</p><p>　　C/：定時或計數(shù)方式選擇位，當C/=1時工作

46、于計數(shù)方式；當C/=0時工作于定時方式。</p><p>　　M1、M0：為工作方式選擇位，定時器/計數(shù)器的四種工作方式由M1M0設定，設定情況見表3-4。</p><p>　　表3-4 M1M0的設定</p><p>　　4．每一個定時/計數(shù)器定時計數(shù)時間到時產生溢出，使控制寄存器TCON中相應的溢出位置位，溢出可通過查詢或中斷方式處理，控制寄存器格式見表3-5

47、。</p><p>　　表3-5 定時/計數(shù)器的控制寄存器TCON</p><p><b>　　其中:</b></p><p>　　TF1：定時/計數(shù)器T1的溢出標志位，當定時/計數(shù)器T1計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T1中斷。進入中斷處理后由內部硬件電路自動清除。</p><p>　　TR1：定時/計數(shù)器T

48、1的啟動位，可由軟件置位或清零，當TR1=1時啟動；TR1=0時停止。</p><p>　　TF0：定時/計數(shù)器T0的溢出標志位，當定時/計數(shù)器T0計滿時，由硬件使它置位，如中斷允許則觸發(fā)T0中斷。進入中斷處理后由內部硬件電路自動清除。</p><p>　　TR0：定時/計數(shù)器T0的啟動位，可由軟件置位或清零，當TR0=1時啟動；TR0=0時停止。</p><p>

49、<b>　　中斷</b></p><p>　　STC89C52有6個中斷源：兩個外部中斷（ 和），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。如表3-6所示，IE.6位是不可以用的。它們?yōu)锳T89系列新產品預留。定時器2可以被寄存器T2CO

50、N中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位TF0 和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標志位TF2在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。</p><p>　　表3-6 中

51、斷允許控制寄存器（IE）</p><p>　?。∕SB） (LSB)</p><p>　　EA：中斷允許總控位。EA=0，屏蔽所有的中斷請求；EA=1，開放中斷。 </p><p>　　ET2：定時器/計數(shù)器T2的溢出中斷允許位 <

52、/p><p>　　ES：串行口中斷允許位。 </p><p>　　ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。 </p><p>　　EX1：外部中斷 INT1的中斷允許位。 </p><p>　　ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位。 </p><p>　　EX0：外部中斷 INT0的中斷允許位。 </p&g

53、t;<p>　　3.1.2 最小系統(tǒng)</p><p><b>　　復位電路</b></p><p>　　為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般微機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即 4.75～5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VC

54、C超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器 穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。 </p><p>　　圖3.2 復位電路</p><p><b>　　震蕩電路</b></p><p>　　晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率

55、的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它會組成并聯(lián)諧振電路 。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就波振蕩電路，由于晶振等效為電感頻率范圍很窄所以即使其它參數(shù)元件很大，這個震蕩器的頻率也不會有很大變化。</p><p>　　晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇

56、與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。 一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。 </p><p><b&g

57、t;　　圖3.3 晶振電路</b></p><p>　　圖3.4 最小系統(tǒng)整體</p><p>　　3.1.3 電源設計</p><p>　　穩(wěn)壓電源是單片機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅為測控系統(tǒng)提供多路電源電壓，還直接影響到系統(tǒng)的技術指標和抗干擾性能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被高有效率的開關電源所取代，特別是單片開關電源的迅速推廣應用，為設計

58、新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件[13]。本機采用的是5v的電源，預計用干電池供電。</p><p>　　圖3.5 5V穩(wěn)壓電源</p><p>　　3.2 測距單元的設計</p><p>　　3.2.1 設計要求</p><p>　　本次設計的測距單元主要采用超聲波傳感器模塊GH-311，達到基本的測距功能。</p>&l

59、t;p>　　3.2.2 超聲波測距的基本原理</p><p>　　超聲波是高于聽覺頻率閾值的機械波，其頻率在104Hz～1012Hz 之間。超聲波具有直線傳播特性，頻率越高，反射能力越強，而繞射能力越弱，表現(xiàn)出更強的方向性。利用超聲波的這種特性，采用時間差值檢測法(常稱渡越時間檢測法)進行距離的測量。其工作原理是：聲波發(fā)射探頭向介質發(fā)射超聲波，聲波遇到目標后有反射回波作用到接收探頭，測量發(fā)射時刻與接收時刻的

60、時間差t，然后根據(jù)以下公式計算距離s：</p><p>　　s=ct/2 （3-1）</p><p>　　其中c 為超聲波在介質中的傳播速度(m/s)。由于超聲波在空氣中傳播速度與溫度有關。如果環(huán)境溫度變化顯著，必須考慮溫度補償?shù)膯栴}。空氣中的聲速c 與溫度T(單位：°C)的關系可以表示為：</p><p>　　c

61、≈331.45+0.607T （3-2）</p><p>　　3.2.3 硬件系統(tǒng)的電路設計</p><p>　　硬件系統(tǒng)主要有ATMEL 公司生產的STC89C52單片機、升壓電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射探頭、接收探頭、接收信號放大電路、比較電路等組成。STC89C52 單片機為整個系統(tǒng)的核心部件，主要用來產生200KHz 發(fā)射信號，同時也用來接收超聲波回波

62、信號并進行計算，STC89C52的外部時鐘源采用24MHz晶振，有利于產生200KHz 超聲波。200KHz 信號經三極管放大后，驅動超聲波發(fā)射探頭；每次發(fā)射10 個脈沖，當?shù)谝粋€脈沖發(fā)射前，啟動定時器開始計時；回波信號經放大電路、比較電路送入單片機，單片機停止計時，隨后通過溫度傳感器采集溫度，利用式(3-1)進行距離計算；最后通過4 位數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　超聲波發(fā)射電路</

63、b></p><p>　　經實驗測量當加在200KHz 超聲波探頭的激勵電流大于30mA 時，測量距離將不在增加，只有通過升壓的辦法來加大激勵能量。驅動電路采用通用的升壓芯mc34063 將5V 電壓升壓到40V，然后作為驅動三極管的電源電壓。由STC89C52 單片機產生的10個脈沖信號送入三極管Q1 基極， 經Q1、Q2 功率放大，最后驅動發(fā)射超聲波探頭工作。發(fā)射電路如圖3.5所示。</p>

64、<p>　　圖3.6 超聲波發(fā)射電路</p><p><b>　　超聲波接收電路</b></p><p>　　超聲波在空氣中傳播，遇到目標物體反射的回波信號，加到超聲波接收探頭上，由于壓電效應產生微弱電壓信號，輸出的這種回波信號是mV 級甚至更低的電壓信號，必須要經過放大電路的信號放大才能進行進一步處理。集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用

65、芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖2-3)。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　圖3.7 超聲波接收電路</p><p>　　3

66、.3 小車電機驅動模塊設計</p><p>　　3.3.1 設計要求</p><p>　　本次設計主要采用L298芯片驅動兩個直流電機，達到勻速行進，轉彎，停止等設定動作，已完成過彎的目標。</p><p>　　3.3.2 驅動控制芯片的介紹</p><p><b>　　主要特性</b></p><p

67、>　　L298是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是工作電壓高, 最高工作電壓可達46V輸出電流大, 瞬間峰值電流可達3A, 持續(xù)工作電流為2A;內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端, 在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端, 使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可

68、以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。</p><p><b>　　引腳排列及功能</b></p><p>　　L298采用15腳Multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。</p><p>　　內部包含：兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器A與B（每個全橋由4只PNP型三極管構成）；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。引腳排

69、列如圖3.7所示。引腳功能如表1所示。L298主要特性如表3-7所示。</p><p>　　圖3.8 L298封裝</p><p>　　表3-7 L298的引腳功能</p><p>　　3.3.3 驅動電路的設計</p><p>　　小車驅動電路是由L298芯片和74HC04反相器組成，L298的IN1和IN2口分別接反相器的正反相得引腳，

70、然后接到主控芯片的P21口，IN3和IN4接法一致；ENABLE腳是使能端，用于接收主控芯片輸出的PWM信號，控制小車的速度；OUT口接直流電機，是L298處理過的信號電流，驅動輪子轉動；SENGSING口和GND口是接地，Vs和Vss是電源接口，是小車運動的能量源。驅動電路圖如圖3.9</p><p>　　圖3.9 驅動電路圖</p><p><b>　　3.4 顯示單元&l

71、t;/b></p><p>　　方案（1）：采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.</p><p>　　方案（2）：1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊,它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位

72、都可以顯示一個字符。1602的驅動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的現(xiàn)實效果如：清屏、左移右移、光標顯示。但是對于只顯示三位溫度值顯得浪費，又考慮到其價格較高，運用起來的復雜性，所以也不用此來顯示。</p><p>　　方案（3）：數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)字顯示器件，通過控制相應的二極管的狀態(tài)顯示相應的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅動電路驅動相應的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)

73、顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設計應采用動態(tài)顯示方式。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時間應不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應用數(shù)碼管顯示。</p><p>　　綜合比較上述兩種方案，應采用數(shù)碼管顯示來組成本設計的顯示模塊。驅動電路如下：</p>&l

74、t;p>　　圖3.10 74hc573驅動四位數(shù)碼管電路圖</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　4.1 測距單元軟件設計</p><p>　　4.1.1 軟件設計</p><p>　　主要完成超聲波的產生、計時、計算以及結果顯示的功能，它包括主程序、計算子程序、溫度采集子程序、數(shù)碼顯示子程序、外部中斷子程序以及

75、定時中斷子程序。主程序主要完成寄存器、變量等的初始化、超聲波的產生以及部分子程序的調用。中斷子程序是用來響應回波信號，當有回波信號時，立即停止計時，然后轉入計算程序。程序流程圖如圖4.1 所示。</p><p>　　圖4.1　測距單元軟件設計程序流程圖</p><p>　　4.1.2 誤差軟件修正</p><p>　　由于回波信號經過LM393 比較器之后， 沒有經

76、過鑒頻檢波電路， 直接將一系列脈沖信號送入STC89C52 單片機INT0 引腳，所以抗干擾較差。為此在中斷子程序中設置一個計數(shù)器， 對中斷次數(shù)進行計數(shù)，在500μs 時間內至少中斷三次時，才認為有回波信號到達。經過實驗，抗干擾效果較為理想。</p><p>　　在測量障礙物的距離時，實驗證明被測對象的大小、表面的粗糙程度以及被測對象的遠近不同，回波信號的強弱會發(fā)生變化， 產生的回波脈沖個數(shù)不相同。對象越小，信號

77、越弱；距離越遠，信號也越弱。這樣造成單片機接收到的第一個脈沖與接收探頭接收到的第一個脈沖之間差值會隨被測物體的大小、表面的粗糙程度以及遠近的不同發(fā)生變化，從而產生不同的誤差。為了減小這種誤差，系統(tǒng)采用了脈沖計數(shù)法進行校正，即在中斷中加入計數(shù)器對一次回波的脈沖個數(shù)進行計數(shù)，根據(jù)接收的脈沖個數(shù)可以判斷信號的強弱，從而對測量時間進行修正。</p><p><b>　　程序見附錄二</b></

78、p><p>　　4.2 驅動調速單元軟件設計</p><p>　　4.2.1 ＰＭＷ調速的軟件實現(xiàn)</p><p>　　該PWM調速器采用定時器0中斷方式產生PWM脈沖，PWM控制子程序也就是定時器0的中斷服務程序。同時它還產生采樣周期，即安照采樣周期啟動A／Ｄ轉換，其程序流程圖4.2如下:</p><p>　　圖4.2 驅動調速單元軟件設計流程

79、圖 </p><p><b>　　第5章 總結與展望</b></p><p>　　5.1 設計技術上的優(yōu)缺點</p><p>　　優(yōu)點：本設計結構簡單，較容易實現(xiàn)，總體設計合理，符合ITS的基本要求，是主流的智能化的信息融合技術設計理念，有很廣泛的應用領域和發(fā)展前景。</p><p>　　超聲波，指向性強，能量消耗緩慢，

80、在介質中傳播距離遠。硬件簡單，容易實現(xiàn)測距范圍適中，測量誤差可以控制在1cm左右。有較強的抗干擾能力，精度較高。</p><p>　　采用PWM信號對電動機進行調速，具有電路簡單，控制方便的特點，并且運行試驗表明調速系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，滿足調速功能的要求，具有較大的理論及實用價值。</p><p>　　缺點：由于設計硬件成本和時間上的因素，小車設計的精確度不是很高，且附加功能不是很多。<

81、;/p><p><b>　　5.2 發(fā)展趨勢</b></p><p>　　智能化的信息融合技術是當今智能汽車的發(fā)展前景,它使得車輛能夠利用多傳感器集成技術以及融合技術, 結合環(huán)境信息、交通狀況信息做出一個最優(yōu)決策, 實現(xiàn)車輛自動感知前方的障礙物, 及時采進行避讓; 通過對前方信號的識別, 自動停車或運行; 通過對路標的自動識別, 避免違章行為等, 從而可以大大降低車輛事故

82、的發(fā)生, 同時減輕司機駕駛的負擔, 盡量降低司機疲勞駕駛的可能性。當然，智能汽車的發(fā)展還有很長的路要走，但是未來交通必然是由智能車主宰，再配合上智能交通系統(tǒng)，人們的夢想——高速安全便捷的交通運輸將不再是夢。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次智能避障小車的計，我擺脫了單純

83、的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力。同時也提高了我查閱文獻資料、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。 　　雖然我的畢業(yè)設計內容較多，過程也相對繁瑣，需要不斷地調試改善，但我的收獲卻

84、更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，各種元器件的結構特點，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。這對我今后在專業(yè)層面向著更高水平的發(fā)展大有裨益。</p><p>　　從對基礎知識認識的空白，到順利如期的完成本次畢業(yè)設計，這也給了我很大的鼓舞和信心，讓我明白了一個道理：世上無難事，只要肯登攀，遇到任何困難都不可怕，堅定信心，努力鉆研，就有解決的辦法。所以盡管本次設計中還有很多需要完善的地方，

85、比如實際硬件電路的不穩(wěn)定，排線布局的不合理等，但我想，隨著自己專業(yè)知識的不斷加強、綜合能力的不斷提高，這些問題最終是可以解決的。前方的路依然漫長，但立足本設計，我會更加努力！</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　歷時三個月的畢業(yè)設計已經告一段落。經過自己不斷的搜索努力以及張老師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經基本完成。在這段時間里，張老師嚴

86、謹?shù)闹螌W態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩，他的指導使我受益非淺。通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學四年的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎。</p><p>　　畢業(yè)設計，是大學生涯中的最后一份答卷

87、，四年的大學生活將因此劃上一個句號，但對于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯走得辛苦卻也收獲滿囊。在論文終于完工的時候，我的心里百感交集，思緒萬千，不禁想起了很多人，因為本設計能得以順利完成，離不開他們的支持和幫助。</p><p>　　尤其是在設計過程中，張教授給予我解決問題的思路和方法，并且在設計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對他們表示最真摯的感謝！同時也感謝家人

88、及朋友的關心和支持，你們的幫助使我終生受益，我將永遠銘記。</p><p>　　最后感謝評閱老師百忙之中抽出時間對本論文進行了評閱！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 郁有文，常鍵，程繼紅．《傳感器原理及工程應用》西安：西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　[2]

89、《51系列單片機C程序設計與應用方案》 于京 (中國電力出版社)</p><p>　　[3] Phillip E.Allen ,Douglas R.Holberg.《CMOS Analog circuit Design》 ,Second Edition,1995</p><p>　　[4] 高玉奎. 《電力電子技術問答》. 中國電力出版社, 2004, 8</p><

90、;p>　　[5] 《單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經典》 戢衛(wèi)平等編著 (冶金工業(yè)出版社)</p><p>　　[6]曹偉華. 一款遙控車的電路剖析[DB].</p><p>　　http://www.21xr.com/rf315.com/0/0/178.html, 2004-09-24/2005-3-20.</p><p>　　[7]徐銘澤，武明西，范展.遙控啟停電動

91、車[Z].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2004.</p><p>　　[8]王良軍，呂云曾，王學剛.遙控啟停電動車[Z].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2004.</p><p>　　[9]路錦正，王建勤，等. 超聲波測距儀的設計[J]. 傳感器技術，2002，21（8）：29-34.</p><p>　　[10]肖景和, 趙健. 紅外線、熱釋電與超聲波遙控電路[M]. 北京

92、：人民郵電出版社，2003.</p><p>　　[11] Adel S. Sedra and Keneth C. Smith. Microelectronic Circuits. 4th ed. New York：Oxford University Press,1998</p><p>　　[12] U.Tietze Ch. Schenk. Electronic Circuits. Ha

93、ndbook for Design and Application, Berlin, New York: Springer－Verlag,2005</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄 源程序</b></p><p><b>　　//晶振=8M</b></

94、p><p>　　//MCU=STC10F04XE</p><p>　　//P0.0-P0.6共陰數(shù)碼管引腳</p><p>　　//Trig = P1^0</p><p>　　//Echo = P3^2</p><p>　　#include <reg52.h> //包括一個52標準內核的頭文件<

95、;/p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　#define uchar unsigned char //定義一下方便使用</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p&

96、gt;　　#define ulong unsigned long</p><p>　　///////////////////////電機car/////////////////</p><p>　　sbit en1=P1^7; /* L298的Enable A */ //控制后輪使能</p><p>　　sbit s1=P1^2; /* L298的Input 1 *

97、/ </p><p>　　sbit s2=P1^3; /* L298的Input 2 */ </p><p>　　sbit en2=P1^6; /* L298的Enable B */ //控制前輪使能</p><p>　　sbit s3=P1^4; /* L298的Input 3 */ </p><p>　　sbit s4=P1^5; /*

98、 L298的Input 4 */</p><p>　　sbit zzhuan=P2^0;</p><p>　　sbit yzhuan=P2^1;</p><p>　　sbit fmq=P2^2;</p><p>　　uint t=0,tt=30; /* 中斷計數(shù)器 */ </p><p>　　uchar m1;

99、 /* 電機1速度值 */ </p><p>　　uchar m2; /* 電機2速度值 */ </p><p>　　uchar tmp1,tmp2;</p><p>　　/////////////////////////////////超聲波/////////////////</p><p>　　sbit Trig = P1

100、^0; //產生脈沖引腳</p><p>　　sbit Echo = P3^2; //回波引腳</p><p>　　sbit wei =P2^6;//位選使能端</p><p>　　sbit duan=P2^7;</p><p>　　uchar code SEG7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x

101、82,0xF8,0x80,0x90};//數(shù)碼管0-9</p><p>　　uint distance[4]; //測距接收緩沖區(qū)</p><p>　　uchar ge,shi,bai,qian,temp,flag,outcomeH,outcomeL; //自定義寄存器</p><p>　　bit succeed_flag; //測量成功標志</p>

102、;<p>　　//********函數(shù)聲明</p><p>　　void conversion(uint temp_data);</p><p>　　void delay_20us(); </p><p>　　void delay(uint m);</p><p>　　void motor(uchar inde

103、x, char speed);</p><p>　　//顯示數(shù)據(jù)轉換程序</p><p>　　void conversion(uint temp_data) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar ge_data,shi_data,bai_data,qian_data ;</p&

104、gt;<p>　　if(temp_data<=10||temp_data>=900) temp_data=1000;</p><p>　　if(temp_data<=150) tt=0;</p><p>　　if(0<temp_data&&temp_data<=150) </p><p><b>

105、　　{</b></p><p>　　motor(1,70);</p><p>　　motor(2,-100);</p><p><b>　　fmq=0;</b></p><p><b>　　yzhuan=0;</b></p><p><b>　　zzh

106、uan=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(tt>10&&tt<20)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　motor(1,-48);</p><p>　　

107、motor(2,100);</p><p><b>　　fmq=1;</b></p><p><b>　　zzhuan=0;</b></p><p><b>　　yzhuan=1;</b></p><p><b>　　}</b></p>&l

108、t;p>　　qian_data=temp_data/1000;</p><p>　　temp_data=temp_data%1000;</p><p>　　bai_data=temp_data/100 ;</p><p>　　temp_data=temp_data%100; //取余運算</p><p>　　shi_data=tem

109、p_data/10 ;</p><p>　　temp_data=temp_data%10; //取余運算</p><p>　　ge_data=temp_data;</p><p>　　qian_data=SEG7[qian_data];</p><p>　　bai_data=SEG7[bai_data];</p><p

110、>　　shi_data=SEG7[shi_data];</p><p>　　ge_data =SEG7[ge_data];</p><p><b>　　EA=0;</b></p><p>　　qian=qian_data;</p><p>　　bai = bai_data;</p><p>

111、　　shi = shi_data;</p><p>　　ge = ge_data ; </p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//*************************************************

112、*****************</p><p>　　void delay_20us()</p><p>　　{ uchar bt ;</p><p>　　for(bt=0;bt<100;bt++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(ui

113、nt m)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p><p>　　for(i=0;i<m;i++)</p><p>　　for(j=0;j<124;j++);</p><p><b>　　}</b></p>