基于52单片机的车用超声波测距系统设计与实现 毕业论文Word格式.doc

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答辩时间

2012年6月2日

目录

设计总说明 I

INTRODUCTION II

1 设计的研究背景及意义 1

1.1 国内应用于汽车测距地方法对比 1

2 整体方案设计及器件的选择 1

2.1 超声波测距的原理 1

2.2 HC-SR04超声波测距模块的原理及参数 2

2.3 数据处理的核心：

AT89S52芯片 3

2.4 DS18B20芯片介绍 5

2.5 语音报警模块板载ISD1820芯片 6

3 超声波电路测距系统的硬件设计 7

3.1 整体电路设计 7

3.2 超声波模块电路 7

3.3 超声波显示电路设计 9

3.4 超声波温度补偿的电路设计 10

3.5 报警电路设计语音报警模块板载ISD1820芯片 10

4 超声波测距的软件系统设计 11

4.1 软件设计分析 11

4.2 软件设计思路 11

4.2.1 主程序 11

4.2.2 温度补偿流程图 13

5 调试及误差分析 13

5.1软件调试 13

5.1.1 超声波发射启动：

14

5.1.2 超声波模块工作 14

5.1.3 测距计算 15

5.1.4 距离溢出处理及报警 15

5.2测试分析 16

5.3误差分析 17

鸣谢 18

参考文献 19

设计总说明

随着汽车产业的快速发展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加。

同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。

在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生事故。

据相关调查统计，15％的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。

因此,增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车报警装置便成为近些年来的研究热点。

安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。

国内外的学者开始逐步重视倒车报警器在实际方面的应用，在低成本的基础上力求高精度，这对于降低生产成本、促进技术发展和普及倒车雷达具有很重要的意义[1]。

本设计采用AT89S52芯片为核心，三个HC-SR04超声波测距模块为采样对象，lcd1602为显示模块。

三个超声波模块分别位于汽车的后方的左中右，实时把汽车后部距离障碍物的距离显示给驾驶员，当某个距离少于10cm时，ISD1820语音报警模块播报录音对驾驶员提出预警。

经试验证明，这套系统软硬件设计合理，抗干扰能力强，实时性能好，可以有效地解决汽车倒车碰撞，能让汽车停靠的更加整齐，驾驶员更加轻松、安全地倒车。

关键词：

（52单片机；

汽车倒车；

超声波模块）

II

ABSTRACT

INTRODUCTION

Withtherapiddevelopmentofindustryandtheimprovementinpeople'

slivingstandards，moreandmorepeoplehavetheircarsinourcountry.Theproportionofnon-occupationalcardriversalsoincreasedyearbyyear.Reversinginthecrowded,narrowroads,streets,parkinglots,garagesandotherplacesmakethedrivepaytoomuchattentionanditiseasilycausetrafficaccidents.Accordingtosurveys,5%trafficaccidentsareduetothedriverscannotseewhatisbehindthecar.Soimprovingthesightbehindthecarisveryimportant.Ifthedriversknowthedistancebetweenthebarrierandthecar,theycanavoidobstructionswhileCarreversing.Thedomesticandforeignscholarsstarttotaketheback-draftalarmapparatususedinthecars.

MydesignisusingAT89S52chipatthecore,ThreeHC-SR04ultrasonicrangingmoduleasasampleobject,cd1602asthedemonstrationmodule.Threeultrasonicmoduleswhicharelocatedintheleftrearofthecartotheright.Tellthedistancetothedriversatanytime.Whenoneofthedistancesislessthan10cm,ISD1820voicealarmmodulebroadcastsrecordedondriver'

searlywarning.

Thetestprovedthatthissystemisreasonableandithasstronganti-interferenceability,itisaeffectivesolutiontotheautoreversingcollision.Driverscanbemoreeasilyandsafelyreversewhilehavingthissystem.

KEYWORDS:

52single-chip；

Carreversing；

Ultrasonicmodules

广东海洋大学2012届本科生毕业设计

电气工程及其自动化，

指导教师：

毕业设计说明书

1设计的研究背景及意义

超声波是指频率高于20Khz的声波，属于机械波的范畴，遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质中的分界面处发生的反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生的衰减等，正是因为有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量，随着经济的发展，科技水平的不断提高，电子测量技术应用越来越广泛，超声波测量精度高，成本低，性能稳定则备受青睐，所以超声波测距技术被广泛应用于人们的生活和工作中[1]。

超声波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色的影响，比其他仪器更加卫生，具有不污染、高可靠、寿命长等特点，被广泛应用于纸业、矿业等行业中，可在不同环境中进行距离测量的准确度的在线标定，可直接用于水、酒精、等液位控制，能达到工业实用的指标要求。

因为超声波测距具有以上的这些特点，使得其在汽车防碰撞方面有广泛的应用[1]。

1.1国内应用于汽车测距地方法对比

目前，运用于汽车的测距的主要有以下四种方式：

超声波测距、毫米波雷达测距、摄像系统测距、激光测距。

雷达测距能够探测多目标，精度高，受天气影响较少，已达到实用水平。

作为车载雷达，却存在着电磁波的干扰问题，必须防止因雷达间以及其他通讯设施的电磁波干扰而发生的误动作。

目前，车载雷达测距主要作为防撞雷达，防止在高速公路上发生的追尾碰撞。

摄像系统测距模仿人体视觉原理，测量精度高。

但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。

激光测距仪虽然具有测量时间短，量程大、精度高等优点，但同样被高昂的价格制约着他的发展。

超声波测距原理简单，制作方便，成本较低，虽然受环境因素不能用于远距离和高精度测量，但由于其理想的测量距离为4-5米，用于汽车的倒车防碰撞刚好合适[1]。

2整体方案设计及器件的选择

2.1超声波测距的原理

谐振频率高于20Khz的声波称为超声波。

超声波为直线传播方式，频率越高，反射能力越强，而绕射能力越弱。

利用超声波这种特性，常常利用检测其发射时间进行测量。

其工作原理是：

超声波模块向介质发射超声波，声波遇到目标后必然有反射回波作用在模块上。

若已知介质中胜诉为c，回波到达时刻与发射波的时间差为t，就可以算出发射点与反射点的距离为s：

s=c*t/2.[2]

式中的C为超声波在空气中的传播速度340m/s，其与温度有关。

如果环境温度变化显著，必须考虑进行温度补偿。

空气中声速与温度的关系可以表示为：

c=331.4+0.607t[2]

2.2HC-SR04超声波测距模块的原理及参数

图2-1HR-SR04超声波集成模块正面外观图

图2-2HR-SR04超声波集成模块背面外观图

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感应测距功能，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。

基本工作原理：

（1）、采用IO口TRIG触发测距，至少给出10US的高电平信号；

（2）、模块自动发送8个40Khz方波，自动检测是都有信号返回；

（3）、有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平的持续时间就是超声波从发射到返回的时间。

测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2；

HC-SR04超声波电气参数

2.3数据处理的核心：

AT89S52芯片

图2-3AT89S52单片机引脚图及实物图

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用[3]。

　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动PLCC封装4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用