汽車倒車測(cè)距儀課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　學(xué) 生 實(shí) 訓(xùn) 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 汽車倒車測(cè)距儀 </p><p>　　院 別： 機(jī)電學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p><b>　　目 錄</b></p><

2、;p><b>　　一，設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>　　二，方案比較及評(píng)估論證</p><p><b>　　三，系統(tǒng)原理</b></p><p>　　四，硬件原理及電路圖</p><p>　　五，軟件思想（含流程圖、程序）以及調(diào)試記錄與結(jié)果分析</p><p>

3、;<b>　　六，參考資料</b></p><p><b>　　七，芯片資料</b></p><p><b>　　八，總結(jié)</b></p><p><b>　　汽車倒車測(cè)距儀</b></p><p><b>　　一，設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b&g

4、t;</p><p>　　任務(wù)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)微機(jī)控制的汽車倒車測(cè)距儀，能測(cè)量并顯示車輛后部障礙物離 </p><p>　　車輛的距離，同時(shí)用間歇的“嘟嘟”聲發(fā)出警報(bào)，“嘟嘟”聲間隙隨障</p><p>　　礙物距離縮短而縮短，駕駛員不但可以直接觀察到檢測(cè)的距離，還可以</p><p>　　憑聽覺判斷車后障礙物離車輛距離的遠(yuǎn)近；</p&g

5、t;<p>　　要求：（1）開機(jī)后先顯示“———”，并有開機(jī)指示燈。</p><p>　?。?）CPU發(fā)射超聲波1ms，然后顯示60ms；即1ms+60ms為一個(gè)工作周期，

6、 </p><p>　　等待回波，在次周期內(nèi)完成一次探測(cè)。</p><p>　　（3）根據(jù)距離遠(yuǎn)近發(fā)出報(bào)警聲并顯示距離。障礙物距離小于1m，距離值變</p><p>　　化5cm更換顯示，否則不更換；距離在1m以上，新值與原顯示值之差大于</p><p>　　10cm更換，否則不更換。<

7、/p><p>　?。?）用三LED位數(shù)碼管顯示障礙物距離。</p><p>　　二，方案比較及評(píng)估論證</p><p>　　測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。

8、60; </p><p>　　由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。</p><p><b>　　三，系統(tǒng)原理</b></p><p>　　超聲波在空氣中的傳播速度與聲速相當(dāng)，約340m/s。從發(fā)射信號(hào)到遇到障礙物反

9、射接受，有幾毫秒的時(shí)間間隔，根據(jù)這個(gè)時(shí)間可以計(jì)算出障礙物距離。這一原理很早就被人認(rèn)識(shí)和運(yùn)用，但由于把時(shí)間換成距離需要較為復(fù)雜的電子線路，因而早期的汽車倒車防撞儀只能反映車后一定距離范圍內(nèi)有無障礙物，后來發(fā)展到分段報(bào)警，反映障礙物在哪一段距離范圍內(nèi)。隨著電子技術(shù)和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，能比較精確測(cè)量車后障礙物距離的汽車倒車測(cè)距儀終于問世了。</p><p>　　四，硬件原理及電路圖</p><p

10、><b>　?。?）電原理圖</b></p><p>　　圖1為汽車倒車測(cè)距儀電原理圖。P1口輸出8段段碼，低電平有效；P3.0、P3.1、P3.2輸出位碼，低電平有效，VT1~VT3（PNP管）作為顯示位碼驅(qū)動(dòng)；數(shù)碼管選用0.5共陽高亮紅色LED數(shù)碼管。當(dāng)P3.0、P3.1、P3.2輸入低電平時(shí)，選中相應(yīng)顯示位；P1口輸出低電平時(shí)，選中相位筆段；小數(shù)點(diǎn)固定在第二位。P3.4控制超聲波

11、發(fā)射；P3.3接收超聲波反警指示。</p><p>　　圖1 汽車倒車測(cè)距儀電原理圖</p><p>　?。?）40kHz超聲波發(fā)射電路</p><p>　　圖2為40kHz超聲波發(fā)射電路。</p><p>　　1）4011兩個(gè)與非門E、F組成多諧振蕩器，調(diào)節(jié)RP1可調(diào)節(jié)諧振頻率。</p><p>　　2）P3.

12、4控制多諧振蕩器的振蕩。輸出高電平時(shí)，電路振蕩，發(fā)射40kHz超聲波；輸出低電平時(shí)，停發(fā)射。</p><p>　　圖2 40kHz超聲波發(fā)射電路</p><p><b>　　（3） 報(bào)警電路</b></p><p>　　圖3為嘟聲音響電路。</p><p>　　1）4011另兩個(gè)與非門G、H組成多諧振蕩器，諧振頻率

13、約800Hz左右，作為嘟聲音頻率，P3.5控制多諧振蕩器振蕩，高電平時(shí)發(fā)出嘟聲，低電平時(shí)無聲。CPU可根據(jù)距離遠(yuǎn)近控制P3.5輸出方波的頻率，即控制嘟聲間隙時(shí)間。</p><p>　　2）LM386作為功率放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p>　　圖3 報(bào)警電路</p><p>　?。?） 超聲波反射信號(hào)接收電路</p><p>　

14、　圖4為超聲波遇障礙物反射信號(hào)接收電路。</p><p>　　1）LM324三個(gè)運(yùn)算放大器A、B、C組成三級(jí)回波信號(hào)放大電路。其中L1C9組成選頻電路，濾除40kHz之外的干擾信號(hào)。VD2C 12組成信號(hào)半波整流濾波電路，將接收到的40kHz反射波交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流電壓信號(hào)。</p><p>　　2）LM324第四個(gè)運(yùn)算放大器D作為電壓比較器，將信號(hào)直流電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓比較，信號(hào)電壓大

15、于基準(zhǔn)電壓，比較器輸出正脈沖，VT5導(dǎo)通，P3.3接收負(fù)脈沖信號(hào)，CPU中斷，記錄發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的時(shí)間，并轉(zhuǎn)換為距離。</p><p>　　圖4 障礙物反射回波接收電路</p><p><b>　?。?）報(bào)警指示</b></p><p>　　P3.6控制報(bào)警指示燈。當(dāng)障礙物距離小于某一數(shù)值（例 50cm）時(shí)，輸出高電平，VT4導(dǎo)通

16、，發(fā)光二極管VD1導(dǎo)通。此輸出端也可作為安全距離自動(dòng)制動(dòng)的控制端。</p><p>　　五，軟件思想（含流程圖、程序）以及調(diào)試記錄與結(jié)果分析</p><p>　　1， 主程序與INT0中斷程序</p><p>　　圖5為主程序流程框圖。程序在初始化以后，發(fā)射40kHz超聲波1ms，并立即啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，CPU接收到回波信號(hào)后，立即中斷，T0停。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0

17、專用于記錄CPU發(fā)射脈沖信號(hào)的前沿至回波脈沖信號(hào)前沿之間的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就作為換算障礙物距離和控制嘟聲間隙的數(shù)據(jù)。由于汽車倒車測(cè)距精度要求不高，為簡化計(jì)算，取超聲波傳播速度為340m/s，考慮到信號(hào)來回，速度為170ｍ/s，即17cm/ms。因此障礙物距離d=T0×17cm/ms，相對(duì)誤差可達(dá)±2%以內(nèi)。</p><p><b>　?。?） 主程序</b></p&g

18、t;<p>　　ORG 0000H ;復(fù)位地址</p><p>　　LJMP MAIN ;復(fù)位轉(zhuǎn)主程序</p><p>　　ORG 0013H ;INT1中斷入口地址</p><p>　　LJMP LINT1 ; 轉(zhuǎn)INT1中斷

19、</p><p>　　ORG 001BH ;T1中斷入口地址</p><p>　　LJMP IT1 ;轉(zhuǎn)TI中斷</p><p>　　ORG 0100H ;主程序首地址</p><p>　　MAIN:MOV SP,#60H

20、 ;置堆棧指針</p><p>　　MOV P1.#0FFH ;停顯示</p><p>　　CLR P3.4 ;不發(fā)射</p><p>　　SET P3.6 ;燈亮</p><p>　　SET P3.5 ;開機(jī)發(fā)

21、嘟聲</p><p>　　MOV 40H,#7EH ;顯示符號(hào)“- - -”→顯示單元</p><p>　　MOV 41H,#7EH ;</p><p>　　MOV 42H,#7EH ;</p><p>　　MOV 32H,#160 ;置顯

22、示循環(huán)數(shù)</p><p>　　LCALL DIR ;調(diào)用顯示子程序</p><p>　　MOV IP,#00000100B ;置INT1為高優(yōu)先級(jí)</p><p>　　MOV TMOD,#00010001B ;置T0、T1定時(shí)器方式</p><p>　　MOV TH1,#9

23、EH ;置T1時(shí)間常數(shù)25ms。</p><p>　　用于控制嘟聲方波脈寬</p><p>　　MOV TL1,#58H ;</p><p>　　SETB TR1 ;T1運(yùn)行</p><p>　　MOV IE,#10001100B ;INT1、T1開中

24、</p><p>　　MOV 20H,#00H ;各標(biāo)志位清零</p><p>　　MOV 21H,#00H ;</p><p>　　MOV 22H,#00H ;</p><p>　　MOV 23H,#00H ;</p>&l

25、t;p>　　MOV 44H,#FFH ;置嘟聲方波初值</p><p>　　255×255ms=6.375s</p><p>　　MOV 45H,#04H ;置閃爍間隙時(shí)間4×25ms=0.1s</p><p>　　MOV R2,#04H ;置信號(hào)計(jì)數(shù)器初值&l

26、t;/p><p>　　MOV R3,#04H ;置連續(xù)無回波信號(hào)計(jì)數(shù)器初值</p><p>　　TLOOP:MOV TH0,#00H ;T0值清零</p><p>　　MOV TL0,#00H ;</p><p>　　SETB P3.4

27、 ;開始發(fā)射40kHz超聲波</p><p>　　SETB TR0 ;啟動(dòng)T0，開始計(jì)時(shí)</p><p>　　LCALL DELAY ;延時(shí)1ms,即發(fā)射1ms</p><p>　　CLR P3.4 ;停發(fā)射</p><p>　　MOV

28、32H,#20 ;置顯示循環(huán)數(shù)</p><p>　　LCALL DIP ;顯示3ms×20=60ms</p><p>　　LCALL WORK ;信息與數(shù)據(jù)處理</p><p>　　SJMP TLOOP ;循環(huán)</p><p&g

29、t;　?。?）INT1中斷服務(wù)子程序</p><p>　　LINT1:CLR TR0 ；T0停止計(jì)數(shù)</p><p>　　SETB 01H ；信息與數(shù)據(jù)處理</p><p>　　MOV A, 22H</p><p><b>　　RL A</b></p>

30、;<p>　　MOV 22H, A</p><p>　　RETI </p><p>　　2，顯示與延時(shí)子程序</p><p>　?。?） 掃描顯示程序 </p><p>　　DIR: SETB P3.2 ;百位停顯示</p>&

31、lt;p>　　MOV P1,40H ;輸出個(gè)位段碼</p><p>　　CLR P3.0 ;個(gè)位顯示</p><p>　　LCALL DELAY ;延時(shí)1ms</p><p>　　DIR1: SETB P3.0

32、 ;個(gè)位停顯示</p><p>　　MOV P1,41H ;輸出十位段碼</p><p>　　CLR P3.1 ;十位顯示</p><p>　　LCALL DELAY ;延時(shí)1ms</p><p>　　DIR2: SETB

33、 P3.1 ;十位顯示</p><p>　　MOV P1,42H ;輸出百位段碼</p><p>　　CLR P3.2 ;百位顯示</p><p>　　LCALL DELAY ;延時(shí)1ms</p>&

34、lt;p>　　DJNZ 32H,DIR ;循環(huán)顯示結(jié)束否?</p><p><b>　　未結(jié)束，結(jié)束</b></p><p>　　ORL P3,#00000111B ;循環(huán)顯示結(jié)束，停顯示</p><p>　　RET ;</

35、p><p>　　每一位顯示1ms，顯示3位共3ms，作為一個(gè)循環(huán)。用32H控制循環(huán)次數(shù)，顯示時(shí)間由32H決定，在調(diào)用DIR前先賦值給32H。 </p><p><b>　?。?） 延遲子程序</b></p><p>　　DELAY: MOV 30H,#10 ;置外循環(huán)數(shù)</p><p>　　D

36、Y1: MOV 31H,#48 ;置內(nèi)循環(huán)數(shù)</p><p>　　DY2: DJNZ 31H,DY2 ;2機(jī)周</p><p>　　DJNZ 30H,DY1 ;2機(jī)周</p><p>　　RET ;2機(jī)周</p>

37、<p>　　延時(shí)時(shí)間：T=(48×2+2+2)×10+2+2=1004機(jī)周=1004us≈1ms。</p><p>　　3，信號(hào)處理程序WORK</p><p>　　圖6為信號(hào)處理程序WORK流程圖。</p><p><b>　　說明如下：</b></p><p>　　1)信號(hào)處理首先判斷有

38、否回波信號(hào)。01H=0，無回波信號(hào)，若連續(xù)4次無回波信號(hào)，說明車后無障礙或障礙物距離較遠(yuǎn)，超過最大探測(cè)距離，此時(shí)置閃爍“———”，并發(fā)出長嘟聲。</p><p>　　2)由于CPU工作速度比倒車速度快得多，所以不需要每次收到信號(hào)后立即顯示。收到信號(hào)可先存起來，存滿4個(gè)信號(hào)連同原來顯示的信號(hào)，共5個(gè)信號(hào)，從中篩選出一個(gè)正確信號(hào)。</p><p>　　3)因?yàn)榭罩杏懈鞣N干擾信號(hào)，如喇叭的鳴叫聲

39、，汽車廢汽排除聲，在這些噪聲中也含有40kHz的諧波成分，被接收放大后，可引起干擾。另外。汽車運(yùn)行，特別是剛起動(dòng)時(shí)，電源中也有許多干擾脈沖。除在硬件電路中采取措施外，在軟件中還需要加入抗干擾程序，甄別和刪除，一般可根據(jù)倒車的速度和回波信號(hào)脈寬來分析判別。</p><p>　　4)連續(xù)取4個(gè)信號(hào)的原因，出了抗干擾外，還因?yàn)槿说囊曈X特性。若每取一個(gè)信號(hào)，立即更換顯示。更換顯示過快，人的眼睛受不了。61ms×

40、4=244ms,約4次/s，駕駛員來不及看，反而覺得儀器工作不穩(wěn)定。所以在更換顯示值子程序中還有一個(gè)判斷是否需要更換值子程序中還有一個(gè)判斷是否需要更換顯示值的子程序，其流程圖為圖7。障礙物距離小于1m,距離值變化5cm就要及時(shí)更換顯示；距離在距離在1m以上，新老差值大于10cm更換，否則不更換。不更換即返回重測(cè)。</p><p><b>　　信號(hào)處理程序如下：</b></p>

41、<p>　　WORK：JBC 01H,WORK1 ;有回波信號(hào)，轉(zhuǎn)存信號(hào)</p><p>　　DJNZ R3,GORET ;無回波信號(hào)，判別連續(xù)無回波信號(hào)數(shù)次</p><p>　　MOV R3,#04H ;連續(xù)無回波計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值</p><p>　　LCA

42、LL FLASH ;調(diào)用閃爍顯示子程序</p><p>　　GORET: RET ;</p><p>　　WORK1: MOV R3,#04H ;有回波，連續(xù)無回波計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值</p><p>　　DJNZ R2,WORK2

43、 ;未存滿4個(gè)信號(hào)，轉(zhuǎn)存信號(hào)</p><p>　　MOV R2,#04H ;存滿4個(gè)信號(hào)，信號(hào)計(jì)數(shù)器恢復(fù)原值</p><p>　　MOV 56H,TL0 ;存第4個(gè)信號(hào)</p><p>　　MOV 57H,TH0 ;</p><p>　　LCALL S

44、ORT ;調(diào)用信號(hào)排序子程序</p><p>　　LCALL RIGHT ;調(diào)用篩選正確信號(hào)子程序</p><p>　　LCALL TRAS ;調(diào)用更換顯示子程序</p><p>　　LCALL TONE ;調(diào)用計(jì)算嘟聲方波脈寬子程序</p>

45、<p>　　RET ;</p><p>　　WORK2: JBC 11H,WORK21 ;1#信號(hào)標(biāo)志，轉(zhuǎn)存第1個(gè)信號(hào)</p><p>　　JBC 12H,WORK22 ;2#信號(hào)標(biāo)志，轉(zhuǎn)存第2個(gè)信號(hào)</p><p>　　JBC 13H,WORK23

46、 ;3#信號(hào)標(biāo)志，轉(zhuǎn)存第3個(gè)信號(hào)</p><p>　　RET ;</p><p>　　WORK2: MOV 50H,TL0 ;存第1個(gè)信號(hào)</p><p>　　MOV 51H,TH0 ;</p><p>　　RET

47、 ;</p><p>　　WORK22: MOV 52H,TL0 ;存第2個(gè)信號(hào)</p><p>　　MOV 53H,TH0 ;</p><p>　　RET ;</p><p>　　WORK23: MOV 54H,TL

48、0 ;存第3個(gè)信號(hào)</p><p>　　MOV 55H,TH0 ;</p><p>　　RET ;</p><p><b>　　4，內(nèi)RAM分配</b></p><p>　　為便于閱讀已列出的程序，將有關(guān)寄存器內(nèi)容及用途說明如下：

49、</p><p>　　30H：延時(shí)子程序外循環(huán)數(shù)</p><p>　　31H： 延時(shí)子程序內(nèi)循環(huán)數(shù)</p><p>　　32H：掃描顯示循環(huán)數(shù)</p><p>　　40H：個(gè)位顯示符寄存器</p><p>　　41H：十位顯示符寄存器</p><p>　　42H：百位顯示符寄存器</p&g

50、t;<p>　　44H：嘟聲方波脈沖寬值</p><p>　　45H：閃爍顯示間隙時(shí)間</p><p>　　50H：1#信號(hào)低8位</p><p>　　51H：1#信號(hào)高8位</p><p>　　52H：2#信號(hào)低8位</p><p>　　53H：2#信號(hào)高8位</p><p>　

51、　54H：3#信號(hào)低8位</p><p>　　55H：3#信號(hào)高8位</p><p>　　56H：4#信號(hào)低8位</p><p>　　57H：4#信號(hào)高8位</p><p>　　R2： 回波信號(hào)計(jì)數(shù)器</p><p>　　R3： 連續(xù)無回波計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　標(biāo)志位：&

52、lt;/b></p><p>　　P3.4：40kHz超聲波發(fā)射控制位</p><p>　　P3.5：嘟聲控制位</p><p>　　P3.6：STOP燈控制位</p><p>　　11H： 1#信號(hào)存儲(chǔ)標(biāo)志</p><p>　　01H： 2#信號(hào)存儲(chǔ)標(biāo)志</p><p>　　13H： 信

53、號(hào)存儲(chǔ)標(biāo)志</p><p>　　01H： 回波標(biāo)志，01H=1有回波，01H=0無回波。</p><p><b>　　六，參考資料</b></p><p>　　[1]楊永 王曉軍 李玉忠：微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2010</p><p>　　[2]金篆芷 王明時(shí):現(xiàn)代傳感器技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社 19

54、95.331—335 </p><p>　　[3]路錦正 王建勤 楊紹國 趙珂 趙太飛:超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)[J].傳感器技術(shù) 2002</p><p>　　[4]賈伯年：傳感器技術(shù) 東南大學(xué)出版社 2000</p><p>　　[5]馬西秦.：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002</p><p><b>　　七，芯片資料<

55、/b></p><p>　　CD4011引腳圖（4與非門）</p><p>　　通用型低功耗集成四運(yùn)放LM324</p><p><b>　　八，總結(jié)</b></p><p>　　從開始接到設(shè)計(jì)題目到電路圖的設(shè)計(jì)，再到設(shè)計(jì)報(bào)告的完成，每走一步對(duì)我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受。這

56、次課程設(shè)計(jì)使我開始了自主的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次的成功都會(huì)讓我興奮好一段時(shí)間。</p><p>　　這次做課程設(shè)計(jì)的經(jīng)歷使我終身受益，我感受到做課程設(shè)計(jì)是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破，那也就不叫課程設(shè)計(jì)了。