89S52汽车防撞系统毕业设计稿.docx
《89S52汽车防撞系统毕业设计稿.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《89S52汽车防撞系统毕业设计稿.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
89S52汽车防撞系统毕业设计稿
目录
摘要：
关键词：
Abstract:
4
Keywords:
4
1．系统设计5
1.1设计要求5
1.1.1设计任务5
1.1.2设计要求5
1.2模块方案比较与论证6
1.2.1车体设计6
1.2.2控制电路的设计……...……………………………………………………....6
1.2.3超声波模块8
1.2.4电源模块10
1.2.5测速计程模块10
1.2.6探测模块10
1.2.7通信模块10
1.2.8车载显示模块10
1.2.9报警模块10
1.3最终方案10
2．硬件实现及单元电路设计10
2.1硬币探测电路的设计10
2.2小车控制电路的设计10
2.3光电对管电路的设计10
2.4超声波测距电路的设计10
2.5通信电路的设计10
2.6电源模块的设计20
2.7液晶显示电路的设计20
3．软件实现21
3.1探币小车软件流程图................................................................................................22
3.2寻币小车程序流程图..........................................................................................22
4．系统功能测试23
4.1测试仪器及设备23
4.2功能测试23
4.2.1基本功能测试23
4.2.2发挥功能测试23
5.结论24
6.结束语24
7.参考文献24
摘要:
本设计采用实验专用小车，以AT89S52单片机为控制核心，加以超声波测距仪、探测电路、通信部分、液晶显示、电源电路以及其他电路构成。
系统由89S52通过IO口控制小车的前进后退以及转向。
超声波测距仪用来测量小车在封闭的场地里的具体坐标。
探测电路用来探测硬币，经通信系统将第一辆小车测得的硬币位置传给第二辆小车,后一辆小车将根据收到的数据自动找到该硬币。
同时本系统将测得各项数据通过液晶显示出来。
关键字:
AT89S52超声波探测无线通信小车硬币
Abstract:
Thisdesignusedspecialexperimentalcars,AT89S52MCUasitscore,includingUltrasonicRangeFinder,Detectioncircuit,CommunicationPart,LCDDisplayaswellasotherflamesensorandpowercircuit.MCUcontrolsthecarturningbackforwardorrunningonthewhiteline.UltrasonicrangefinderisusedtomeasurethespecificcarinaclosedspacecoordinatesLane.Detectioncircuitusedtobedetectingcoins,afteracarcommunicationssystemwillbemeasuredbyitspositionandpassonthesecondcarcoins.Accordingtothedatareceivedthelattercarwillautomaticallyfindthecoins.Inaddition,thesystemwillbemeasuredbytheLCDout.
Keywords:
AT89S52UltrasonicDetectionCommunication
ThesmartcarCoins
1．系统设计
1.1设计要求
1.1.1设计任务
设计一个模拟蜜蜂采蜜的电子装置，基本题意如下：
在长宽各一米由硬木板制作的正方形测试区域内任意地点水平放置的一块一元金属镍币作为“花朵”，在入口处放置一个小车，在无外界帮助下制导行驶寻找镍币，找到镍币后，通过无线传输把镍币坐标传输给入口处的另外一个小车，此时移开镍币，第二辆小车能够通过按照接收到的坐标数据，自动行驶到原镍币位置，完成“采蜜”过程。
图1场地示意图
1.1.2设计要求
1．基本要求
（1）能够在较短的时间内找到镍币，误差不大于5CM。
（2）能够自动识别镍币的位置并通过无线传输出去。
（3）后续小车能够在接收到坐标数据后自动寻找到原镍币位置点，误差不大于10CM。
2．发挥部分
（1）能够显示行驶参数，如行驶时间、距离（精确到CM）等。
（2）能够同时对两枚镍币进行检测和定位。
（3）精度进一步提高
（4）其它。
3.说明
①小车体积不能大于20×10CM；
②无线通信方式不限。
③测试区底部及挡板为干净的普通白纸。
1.2模块方案比较与论证
根据题目要求，本系统主要由小车控制模块、超声波测距模块、探测模块、通信模块、报警模块、电源模块及液晶显示模块等模块构成。
本系统的方框图如图2所示：
为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。
1.2.1车体设计
方案1：
购买玩具电动车。
购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。
但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：
首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需模块的安装十分不方便。
其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目所实现的功能，也不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。
再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。
而且这种电动车一般都价格不扉。
因此我们放弃了此方案。
方案2：
使用实验专用小车。
经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，前后万向轮转向的方案。
即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万向轮。
这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。
在安装时我们并不把万向轮装在一个平面上。
当小车前进时，左右两驱动轮与前万向轮形成了三点结构。
这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。
而且小车更轻便，美观。
综上考虑，我们选择了方案2。
实物图如图3所示：
图3小车基本框架
图2.系统方框图
1.2.2控制器模块
方案1：
采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。
CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。
但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。
且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。
方案2：
采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。
处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。
但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。
本系统主要是进行，硬币检测、坐标的测量、电机的控制以及无线通信，从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。
方案3：
采用Atmel公司的AT89S52单片机作为控制器。
AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器，2个中断口，且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。
我们自己制作51最小系统板，体积很小，下载程序方便，放在车上不会占用太多的空间。
1.2.3超声波模块
超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强，容易控制，受环境影响小，因此采用超声波测距。
方案1:
超声波频率（40KHZ方波,占空比50%）由NE555震荡电路或由单片机的定时器产生,由LM324对信号进行放大,提高发射功率；接收电路采用CX20106A（红外线（38KHZ）检波接收专用芯片），对接收到的中断信号进行放大、滤波、整形，输出到单片机的（INT0）。
此方案的优点是电路较简单缺点是NE555电路产生的信号频率不太稳定，而由单片机作为方波发生器占用系统定时器；CX20106A的中心工作频率（38KHZ）与超声波频率（40KHZ）有差距，使接收到的信号弱，影响测试距离。
方案2：
使用URM37芯片，集成度高，不需要重新开发测距的程序，不需要重新布置线路，也不必担心内部的定时器这些资源是否够用，只需要编一个和模块通讯的程序，不会占用太多的主CPU，也不会打乱主程序的结构，而且URM37具有温度校正和软件补偿，它使用PIC16F676做主控制器，具有高速度，低功耗，内带128字节EEPROM，8路10位A/D，通过两线通讯口读取A/D转换数据等特点，稳定且体积小，容易固定到小车上。
下图是所用到的超声波探头的实物照片：
图4.超声波探头（MA40A5S/R）
综上所述：
我们选择了第二个方案。
1.2.4电源模块
由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。
方案1：
采用9V蓄电池为系统供电。
蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，但是用蓄电池驱动电机，不耐用。
因此我们放弃了此方案。
方案2：
采用2节4.2V可充电式锂电池串联共8.4V给直流电机供电，经过7805的电压变换后为单片机，LM324，L293D及电机等供电。
经过实验验证，当用同一电池为供电时，单片机、LM324，L293D工作电压不够，性能不稳定。
因此我们放弃了此方案。
方案3：
采用6节1.5V锂电池为直流电机供电，用9V蓄电池经过7805的电压变换为单片机和L293D供电。
采用此种供电方式后，单片机和LM324工作稳定，工作互不影响。
综上考虑，我们选择了方案3。
1.2.5测速计程模块
方案1：
用霍耳传感器进行测速。
当载流导体或半导体出于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差。
这一现象称为霍耳效应。
霍耳式传感器利用的就是霍耳效应。
如果在车轮的内侧装上一条细磁铁，把霍耳传感器同样装在车轮的内侧，测量传感器的输出就可以知道车轮转过的圈数。
霍耳传感器是非接触式测量，而且对灰尘、湿度、振动等环境条件不敏感。
特性也不随时间而变化。
虽然霍耳传感器具有众多优点。
但是由于我们的电动车较小，比较细小的磁铁不易寻找。
因此我们尝试着寻找其它的方案。
方案2：
用RPR220型光电对管进行测速。
在车轮的内侧贴上一个光电码盘，用光电对管对码盘进行检测。
光电对管照射到黑色和白色的边界时输出信号会有跳变。
将跳变的输出信号送给单片机进行检测就可以得到轮子的转速。
由于我们电动车的寻迹都是用的RPR220型光电对管，所以用该型号光电对管进行测速时可以使用同样的调理电路。
从使用的方便和灵活性考虑，我们选择了方案2。
1.2.6探测模块
方案1：
可以使用接近开关来探测目标物，但是接近开关的体积大，探测面积小，而且价格较高，放弃使用。
方案2：
使用IO口（5个）与地线间隔排列，形成5对探测接口，当任意一对接口接触到硬币时，相应的IO口变低电平，触发单片机处理。
此方案成本低廉，探测范围大，灵敏度高。
因此本设计采用此方案。
1.2.7通信模块
无线数据传输被广泛应用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线数据通信、机器人控制、数字音频、数字图像的传输等领域中。
方案1：
用DF无线数据收发模块。
DF无线发射模块通讯方式为调频AM，工作频率为315MHz，为ISM频段，发射频率<500mW。
DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM，
接收灵敏度高，用示波器观察输出波形干净，抗干扰能力强。
系统中为保证稳定，采用芯片PT2262,PT2272M4进行数据编解码，由于数据传输量较小，经过测试，方案可行。
方案2：
其他无线数据收发模块，如nRF401、红外线或蓝牙模块，由于其价格较昂贵，不利于调试，而且系统中不需传输大量的数据，因此我们放弃了此方案。
DF无线收发模块由于其优良的特性和低廉的价格而被广泛应用于工业及日常商品中，因此我们选择了此方案。
1.2.7车载显示模块
为满足题目要求，需要在车上显示小车走过的路程，行驶时间。
因此需要在车上显示这些数据。
方案1：
用8位数码管进行显示小车走过的路程，行驶时间，用8X8的LED点阵显示当前的行驶状态。
但不能清楚标识物理量，且占用空间。
故不使用LED。
方案2：
用OCM1602液晶屏。
该液晶屏可以两行显示数字、汉字，显示清晰，美观；耗电量小。
故采用方案2。
1.2.8报警模块
方案1：
语音报警器。
本设计采用直接模拟存储技术DAST的芯片ISD1420来实现，能完成语音的录入，存储及分段输出，因而失真小，使用方便，但电路构成复杂，成本相对高些,而且地址模式所占IO口较多。
方案2：
蜂鸣器报警。
该设计只需一个蜂鸣器器件，由软件设置满足一定条件时自动报警，连接简单易懂只需一个IO口即可，成本也低。
综上所述：
本设计只需找到硬币后报警即可,所以选择方案二。
1.3最终方案
经过反复论证，我们最终确定了如下方案：
（1）车体用实验专用小车。
（2）采用AT89S52单片机作为主控制器。
（3）用9V蓄电池和6节1.5V的锂电池分别为直流电机、功能模块供电。
（4）用IO口与地线间隔排列方式探测硬币。
（5）用光电对管进行寻迹，计程。
（6）L293D作为直流电机的驱动芯片。
（7）DF无线收发模块用来远程传输数据。
（8）超声波测距方式测量坐标位置。
（9）16X2的LCD实时显示小车当前状态（行驶时间、行驶路程）。
（10）蜂鸣器报警电路。
系统的结构框图如图4所示：
图5.系统结构框图
2．硬件实现及单元电路设计
2.1硬币探测模块
采用IO口（5个）与地线间隔排列方式,当任意一组（1个IO口、一根地线）或多组接触到硬币时，相应的IO口由高电平变为低电平，就表示目标物已找到。
如图6：
图6硬币探测电路
2．2小车控制电路的设计
采用专用芯片L293D作为电机驱动芯片。
L293D是一个全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L293D可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。
用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
具体连接见图7：
图7小车控制部分电路表1L293D运行表
2.3光电对管电路的设计
图8左轮光电对管电路
（1）右轮光电对管电路
（2）光电码盘（3）
图8所示电路中，R1，R2，R7，R8起限流电阻的作用，光电对管中间是带有光电码盘的车轮，红外光通路随车轮转动而通畅或被阻挡，进而产生中断信号，信号经过LM324放大，触发单片机中断处理，从而调整小车的转角和计算小车行驶的路程。
车轮的直径为6cm，车轮的周长为
L＝2*π*R＝2*3.14*0.03m＝18.85cm
光电码盘被平均分成了36份，每一份的弧长为
L’=L/36=18.85cm/36=0.52cm
假设单片机检测到黑白信号的变化为n，则
小车走过的路程为S＝n*0.52cm
2.4超声波测距电路的设计
超声波测距运用超声波的反射原理，采用渡越时间法（TimeOfFlight）,通过测量超声波发射到返回之间的时间间隔来计算距离；当超声波传感器发出一个短暂的脉冲波时，记时开始，当接收传感器接收到第一个回波脉冲后，计时停止。
此时，记录得到的时间值为T，则距离公式为：
L=CT/2；其中L为超声波发射位置到障碍物之间的实际距离，T为超声波发生器发出超声波到接收到超声波的时间间隔，C为在空气中的传播速度。
如下图9所示：
由于超声波在空气中传播速度C与环境温度有关，其关系见表1，因此在要求精度叫高的场合中，要进行温度补偿，补偿方法有两种。
一是近似表示为下式：
C=331.5+0.6*T（m/s）;T为摄氏度。
另一种补偿方法就是查表法，查温度与声速的对应表，再适当插值补偿，这种方法精度较高。
所以在此设计中我们采用的是近似补偿。
表2波速与温度的关系
温度（°C）
-30
-20
-10
0
10
20
30
100
声速（m/s）
313
319
325
332
338
344
350
388
图9超声波原理示意图
超声波的核心模块是URM37芯片，集成度高，不需要重新开发测距的程序，不需要重新布置线路，也不必担心内部的定时器这些资源是否够用，只需要编一个和模块通讯的程序，不会占用太多的主CPU，也不会打乱主程序的结构，而且URM37具有温度校正和软件补偿，它使用PIC16F676做主控制器，具有高速度，低功耗，内带128字节EEPROM，8路10位A/D，通过两线通讯口读取A/D转换数据等特点。
电路图如下图图10所示：
图10超声波探测模块基本组成电路
2.5通信电路的设计
系统硬件设计
本设计（电子小蜜蜂），需要第一辆小车把目标物的坐标位置传输给第二辆小车，通信子系统一般采用无线通信方式。
根据对通信子系统的高精度传输设计要求，我们采用微控制器（俗称单片机）AT89S52作为无线通信子系统的控制核心，并选用基于蓝牙核心技术的无线通信芯片nRF401。
小车的控制命令由PC机发出，PC机的串口连接到无线通信子系统的输入端，控制命令经AT89S52处理后，通过芯片nRF401以无线的方式发送给第二辆小车。
nRF401芯片介绍
nRF401[3]是由挪威NordicVLSIASA公司推出的集收、发于一体的无线通信芯片，在一个20管脚芯片内集成了高频发射、高频接收、FSK调制与解调、PLL锁相环、放大器等单元电路。
工作于433MHzISM频段，采用FSK调制与解调技术，数据通信速率高达20kb/s，最大传输功率为+10dBM，并可以调整传输功率，差分式天线接口，非常适合做成PCB天线，以节约成本。
nRF401的配置电路图如图11所示。
图11
线通信子系统电路原理图
无线通信子系统电路原理图如图12所示。
CPU选用AT89S52，它将第一辆小车获得的目标物坐标nRF401以FSK形式发送给第二辆小车。
图12通信系统电路原理图
AT89S52微控制器的RXD/p3.0口与nRF401的DIN脚，TXD/p3.1口与nRF401的DOUT/pin9脚相接，结合其他的控制引脚，AT89S52控制nRF401的无线发射过程，用来完成将命令控制字经nRF401实现无线传输给小车2。
AT89S52微控制器的P2.7、P2.6、P2.5分别与nRF401的CS、PWR_UP、TXEN相连接。
通信格式
nRF401可以使用全\半双工模式，因此，小车子系统不但可以接收主机发出的命令，而且可以向主机发出信息，甚至可以实现小车子系统之间的通信。
但是当信息量过大时，全双工模式有可能发生通信死锁，所以应考虑通信协议的设计。
为确保通信的顺畅，我们使用半双式通信方式。
采用AT89S52和nRF401所设计的通信子系统，电路核心芯片少，外围电路简单，体积小巧，成本低，其无线数字通信距离及其通信的可靠性均能满足系统的要求，从实际使用情况来看，使用效果好。
2.6电源模块的设计
本设计采用转换电压芯片AMS1117，如下图所示：
J1是6节锂电池（9V）的输入端，接下来是个开关J2，控制后面电路电源的通断，芯片的输入输出与地之间连接大容量的滤波电容C1，靠近芯片的输入引脚加小容量的高频电容C2以抑制芯片自激。
发光二极管D1作为电源指示灯，当J1，J2接通时D1就会亮。
由AMS1117转换得到VCC（约为5V），分别为AT89S52，L293D，LM324等芯片提供电压。
图8电源模块基本电路
2.7液晶显示电路的设计
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
此处使用带有背光的OCM1602A，连接原理图如下图：
3．软件实现
3．1探币小车软件流程图
3．2寻币小车程序流程图
4．系统功能测试
4.1测试仪器及设备
表1测试仪器设备清单
仪器名称
型号
用途
数量
PC机
联想
调试及下载程序
1
数字万用表
MASTECHmy－65
测量各电路工作情况
1
双踪示波器
YB4320G
测量各电路工作波形
1
直流电源
YB1731C
提供直流电源
1
函数信号发生器
YB1602
提供调试信号
1
4.2功能测试
4.2.1基本功能测试
（1）在1m2的正方形封闭的场地内任意放置一块1元的硬币，第一辆小车从入口处出发探测硬币，当找到目标物后，把它的坐标发送给第二辆小车，第二辆小车根据坐标找到目标物所在的位置。
场地如图所示：
（2）第一辆小车的的行进路线如下图：
当行进中探测到硬币，小车刹车并语音报警，开始用超声波测量当前坐标，然后用DF通信模块将坐标发给第二辆小车。
（3）第二辆小车接收到坐标后，从入口处出发经过如下图的路线（此为假设的坐标）找到相应位置。
4.2.2发挥部分功能测试
小车行驶时间，总路程，探测硬币的个数及硬币所在的坐标位置由液晶部分显示出来。
5.结论
测试表明，小车能够较好的完成题目要求的基本要求和发挥部分。
小车1能很准确的探测到硬币同时报警，通过超声波确定硬币的位置，并由无线通信传给小车2，小车2根据收到的数据自动寻找硬币，行驶的时间和路程由液晶显示，整个过程小车行驶误差不超过要求，基本达标。
6.结束语
本系统以AT89S52为核心部件，利用软件编程，通过超声波测距，硬币探测，无线通信及液晶显示等实现了寻找硬币，确定硬币位置，并传给另一个小车位置数据功能，基本实现了题目中的基本要求和发挥部分。
尽量做到硬件电路简单稳定，减小电磁干扰和其他环境干扰，，充分发挥软件编程的优点，减小因元器件精度不够引起的误差。
由于时间有限和本身知识水平的发挥，我们认为本系统还有需要改进和提高的地方，例如选用更高精度的元器件，硬件电路更加精确稳定，软件测量算法进一步的改进与完善等。
7.参考文献
1.郑郁正，杨明欣等。
单片机原理及应用。
四川：
四川大学出版社，2003
2.李光飞。
单片机C程序设计实例制导。
北京：
北京航空航天大学出版社，2005
3.罗亚非等。
凌阳16位单片机应用基础。
北京：
北京航空航天大学出版社，2003
4.赵文博等。
单片机语言C51程序设计。
北京：
人民邮电出版社，2005
5.童诗白，华成英。
模拟电子技术基础。
北京：
高等教育出版社，2003
6.于鹤飞，应用电路与制作。
7.21IC中国电子网。
升级会员 