新型汽车防撞报警器设计说明书讲解.docx
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新型汽车防撞报警器设计说明书讲解
湄洲湾职业技术学院
新型汽车防撞报警器设计说明书
系别：
自动化工程系
年级：
10级专业：
电气自动化技术
姓名：
叶青学号：
1101010215
导师姓名：
宋进职称：
讲师
2013年5月27日
1.前言
声波在其传播介质中被定义为纵波。
当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射，反射波称为回声。
假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。
这就是本系统的防撞报警原理。
这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。
接收回路中测得的超声波信号共有两个波束，第一个波束位余波信号，即超声波接收头在发射头发射信号（一组40KHz的脉冲）后，马上就接收到了超声波信号，并持续一段时间。
另一个波束为有效信号，即经过被测物表面反射的回波信号。
超声波测距时，需要测的是开始发射到接收到信号的时间差，需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号，这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。
软件控制脉冲发射、检测回波信号：
程序采用的是脉冲测量法，由单片机引脚产生40KHz的脉冲信号，每次测量发射的脉冲数至少要12个完整的40KHz脉冲。
同时发射信号前打开计数器，进行计时；等计时到达一定值后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰。
采用外部中断对回波信号进行检测（回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲）。
接收到回波信号后，马上读取计数器中的数值，此数据即为需要测量的时间差数据。
经过处理后得到这一次测距值。
假设室温下声波在空气中的传播速度是340m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，则距离d可以由公式（1-1）计算：
d=34560（cm/s）*t（s），因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。
2.系统设计技术参数要求
设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
具体要求如下：
（1）测量范围在0.5-1.11m，测量精度±1cm。
（2）测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
3.系统设计
3.1系统设计总体框图
电源电路
图3-1基于单片机的超声波测距器系统框图
3.2各模块原理说明
3.2.1AT89C51模块
本设计采用以AT89S51为核心的最小系统，其电路图如图3-2。
图3-2单片机最小系统原理图
1.功能特性概括：
AT89C51提供以下标准功能：
40个引脚、4KBytesFlash片内程序存储器、128Bytes的随机存取数据存储器（RAM）、32个外部双向输入/输出（I/O）口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个数据指针、2个16位可编程定时/计数器、2个全双工串行通信口、看门狗（WDT）电路、片内振荡器及时钟电路。
此外，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM、定时/计数器、串行通信口、外中断系统可继续工作。
掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
2.本设计所用到管脚说明：
（1）VCC:
电源
（2）GND:
地
（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具有内部上拉电阻。
（4）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，此时可以作为输出口使用。
作输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
表3-1P1口第二功能
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
（5）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。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
（6）P3口：
P3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4个TTL逻辑电平。
对P3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）。
P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
表3-2P3口第二功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT0（外部中断0）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器写选通）
（7）RST:
：
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
（8）ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
（9）PSEN：
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
（10）EA/VPP：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
（11）XTAL1：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
（12）XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
3.2.2超声波谐振频率调理电路模块
本模块以HD74LSO4芯片为核心的电路设计，其电路图如图3-5。
发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。
输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。
上位电阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。
其原理图如图3-3所示。
图3-3超声波谐振频率调理电路
压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极同未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。
超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。
3.2.3超声波回路接收处理模块
集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。
考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路（如图3-4）。
实验证明用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。
适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
图3-4超声波检测接收电路
3.2.4数码管显示模块
本电路的显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管构成，用于显示测量到的电压值。
它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收单片机的P1口产生的显示段码。
S1，S2，S3，S4引脚端为其位选端，用于接收单片机的P2口产生的位选码。
本系统采用动态扫描方式。
扫描方式是用其接口电路把所有数码管的8个比划段a~g和dp同名端连在一起，而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。
CPU从字段输出口送出字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于COM端。
COM端与单片机的I/O接口相连接，由单片机输出选码到I/O接口，控制何时哪一位数码管被点亮。
在轮流点亮数码管的扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。
但由于人的视觉暂留现象，给人的印象就是一组稳定显示的数码。
动态方式的优点是十分明显的，即耗电省，在动态扫描过程中，任何时刻只有一个数码管是处于工作状态的。
具体原理图如图3-5
图3-5数码管显示模块
3.3系统总原理图说明
总原理图参见附录一。
电路由超声波传感器、单片机、发射/接收电路和LED显示器组成。
以单片机AT89C51为主处理器，通过超声波传感器发射和接收超声波，再通过单片机中断测出单片机由发射到接收到超声波的时间，再计算出单片机与被测物体之间的距离，然后通过数码管显示出被测物体与单片机之间的距离。
发射电路主要由74LS04和超声波换能器构成用单片机P1.0端口输出40KHZ方波信号一路经一级反向后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向后送到超声波换能器的另一个电极。
超声波接收采用的是常用于电视红外遥控接收器的芯片CX20106A。
显示电路采用四位数码管的动态显示。
3.4系统印刷电路板的制作图
详见附录二。
3.5系统的操作说明
接通电源，按下开关，电源指示灯亮，显示管显示0000。
将声波发射器对准障碍物时，在测量范围内显示管显示距离，当靠近0.5m-1.11m之间的时候蜂鸣器开始报警，当离障碍物小于0.5m的时候，显示管显示乱码此时处于测试盲区。
3.6系统操作注意事项
1.通电使用前先对照电路板与电路图是否有错焊、漏焊、短路、开路、元器件相碰等现象，有要处理好后再使用。
2.通电使用前先检查好电路板是否与电源供电线、驱动电路开关与负载供电线、负载供电线之间相互接反，不得在接错的情况下通电，要处理好后再使用。
3.通电使用时人体不得与电路板线路任何一个部位相碰，防止触电，注意安全。
4.应把电极片与电路板隔离，避免电极片与电路板上元器件相碰触发生短路现象。
5.通电时应把电路板放在绝缘物体上，避开其他导电物体避免发生短路现象。
6.使用时闻到烧焦味、发现元器件或集成块冒烟烧毁应立即断开电源，待电路板查明原因处理好后才可以继续通电使用。
参考文献
[1]苏长赞.红外线与超声波遥控·人民邮电出版社.1993.159~189
[2]胡萍.超声波测距仪的研制.浙江大学出版社.2000.103~159
[3]刘凤然.基于单片机的超声波测距系统.传感器世界.2001.20~31
[4]靳达.单片机应用系统开发实例导航.人民邮电出版社.2003.26~29
[5]余永权、汪明慧等.单片机在控制系统中的应用.电子工业出版社.2004.45~51
[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.2004.11~23
[7]张艺刚.单片机原理与接口技术.北京航空航天大学出版社.2005.68~105
[8]苏伟.超声波测距误差分析.传感器技术.2005.第五期.23
[9]李华.单片机Ｃ语言编程.北京航空航天大学出版社.2005.26~56
[10]高飞燕.基于单片机的超声波测距系统的设计.信息技术.2005.41~52
[11]周荷琴、吴秀清.微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社.2009.45~47
致谢词
大学三年一眼即逝。
首先我要感谢在背后辛勤劳动默默支持着我的父母，是他们的付出才有我在校园安静学习生活的机会。
接着感谢宋进老师细心为我修改论文，从他那里学到的不只是专业知识，更多的是做人的道理。
感谢梁峰林老师三年来担任我们的班主任，对我们生活、学习方面都付出了许多努力，没有她的带领，我们不会成为合格的毕业生，另外还要感谢李清生、郑维清、陈辉煌、邱兴阳、杨阿弟、林寿光、宋进老师，他们在学习方面给了我大量的指导，让我学到了知识，也获得了实践锻炼的机会。
他们严谨的治学态度、对我的严格要求以及为人处世的坦荡将使我终身受益。
除此之外，他们对我生活的关心和照顾也使得我得以顺利完成大学的学业。
在此祝愿他们身体健康，全家幸福！
其次感谢湄洲湾职业技术学院，给我提供这么好的学习生活环境，在校学习和生活的日子是我一生中一段难忘的经历。
最后还要感谢三年来一起生活学习的同学们，人生旅途中有着各种的幸酸与喜悦。
是你们在陪伴着我一起度过，希望即将融入社会的你们能够闯出属于自己的一片天空。
附录
附录一：
电路总原理图
附录二：
印刷电路板原理图
附录三：
元件清单
序号
元件名称
型号与规格
单位
数量
1
电阻
R8R9R381K
只
3
2
电阻
R110K
只
1
3
排阻
RP110K
只
1
4
电阻
R10R11R12R13R312.2K
只
5
5
电阻
R15R16200K
只
2
6
电阻
R2R1410欧
只
2
7
磁片电容
C2C330P（300）
只
2
8
磁片电容
C6330pf（331）
只
1
9
磁片电容
C11104
只
1
10
磁片电容
C9473
只
1
11
二级管
D12LED
只
1
12
电解电容
C110UFC10C174.7UF
只
3
13
蜂鸣器
蜂鸣器
只
1
14
超声波探头
40R40T
只
2
15
三极管
Q1—Q58550
只
5
16
电源插座
DC3.5*1.1
只
1
17
数码管
四位一体共阳数码管
只
1
18
集成电路
74HC04CX20106A
只
2
19
晶振
12M
只
1
20
芯片IC座
40脚14脚
只
2
21
单片机
STC89C51
只
1
22
开关
6*6*5按键自锁开关
只
2
23
电源线
USB电源线
条
1
24
焊锡
0.6焊锡
米
1
附录四：
系统程序
#include
sbitk1=P3^4;
sbitcsbout=P1^0;//超声波发送
sbitcsbint=P3^2;//超声波接收
sbitbg=P3^3;
#defineLEDP0
sbitLED1=P2^4;//LED控制
sbitLED2=P2^5;//LED控制
sbitLED3=P2^6;//LED控制
sbitbj=P2^0;//报警
#definecsbc0.0347
unsignedcharcl,mqzd,csbs,csbds,buffer[3],xm1,xm2,xm0,jpjs;//显示标识
unsignedcharconvert[10]={0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09};//0~9段码
unsignedints,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1;
voidcsbcj（）;
voiddelay（j）;//延时函数
voidscanLED（）;//显示函数
voidtimeToBuffer（）;//显示转换函数
voidkeyscan（）;
voidk1cl（）;
voidk2cl（）;
voidk3cl（）;
voidk4cl（）;
voidoffmsd（）;
voidmain（）//主函数
{
EA=1;//开中断
TMOD=0x11;//设定时器0为计数，设定时器1定时
ET0=1;//定时器0中断允许
ET1=1;//定时器1中断允许
TH0=0x00;
TL0=0x00;
TH1=0x9E;
TL1=0x57;
csbds=0;
csbout=1;
cl=0;
csbs=8;
jpjs=0;
sj1=50;/////////测试报警距离
sj2=200;
sj3=580;
k4cl（）;
TR1=1;
while
（1）
{
keyscan（）;
if（jpjs<1）
{
csbcj（）;//调用超声波测距程序
if（s>sj3）//大于时显示“CCC”
{
buffer[2]=0xC6;
buffer[1]=0xC6;
buffer[0]=0xC6;
}
elseif（s{
buffer[2]=0xBF;
buffer[1]=0xBF;
buffer[0]=0xBF;
}
elsetimeToBuffer（）;
}
elsetimeToBuffer（）;//将值转换成LED段码
offmsd（）;
scanLED（）;//显示函数
if（sbg=0;
bg=1;
}
}
voidscanLED（）//显示功能模块
{
LED=buffer[0];
LED3=0;
delay（200）;
LED3=1;
LED=buffer[1];
LED2=0;
delay（200）;
LED2=1;
LED=buffer[2];
LED1=0;
delay（200）;
LED1=1;
}
voidtimeToBuffer（）//转换段码功能模块
{
xm0=s/100;
xm1=（s-100*xm0）/10;
xm2=s-100*xm0-10*xm1;
buffer[2]=convert[xm2];
buffer[1]=convert[xm1];
buffer[0]=convert[xm0];
}
voiddelay（i）
{
while（--i）;
}
voidtimer1int（void）interrupt3using2
{
TH1=0x9E;
TL1=0x57;
csbds++;
if（csbds>=40）
{
csbds=0;
cl=1;
}
}
voidcsbcj（）
{
if（cl==1）
{
TR1=0;
TH0=0x00;
TL0=0x00;
i=csbs;
while（i--）
{
csbout=!
csbout;
}
TR0=1;
i=mqs;//盲区
while（i--）
{
}
i=0;
while（csbint）
{
i++;
if（i>=4000）//上限值
csbint=0;
}
TR0=0;
TH1=0x9E;
TL1=0x57;
t=TH0;
t=t*256+TL0;
t=t-29;
s=t*csbc/2;
TR1=1;
cl=0;
csbint=1;
//////////////////////////////////////////////////////////////////
if（s<=80）bj=0;
if（s>80）bj=1;
/////////////////////////////////////////////////////////////////
if（s{
if（csbs>6）
{
csbs=csbs-2;
sj1=40;
}
sj1=sj1+2;
k4cl（）;
}
elseif（s>=sj3）
{
if（csbs<32）
{
csbs=csbs+2;
sj1=sj1+10;
k4cl（）;
}
}
}
}
voidkeyscan（）//健盘处理函数
{
xx=0;
if（k1!
=1）//判断开关是否按下
{
delay（100）;//延时去抖动
if（k1!
=1）//判断开关是否按下
{
while（!
k1）
{
delay（25）;
xx++;
}
if（xx>1000）
{
jpjs++;
if（jpjs>3）
{
k4cl（）;
jpjs=0;
}
}
xx=0;
switch（jpjs）
{
升级会员 