最新基于單片機的汽車倒車防撞系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 配器便能推動壓電蜂鳴片發出聲 音。電磁式蜂鳴器主要由振蕩器、磁鐵、振動膜片、電磁線圈和外殼等部分組成。在兩 極接通電源之后，振蕩器能夠產生的音頻信號，信號通過電磁線圈，便會使電磁線圈生 成磁場。這樣振動膜片便會在磁鐵和電磁線圈的作用下，周期性反復地振動從而發出聲音。第三章 硬件的設計和制作硬件電路的設計主要包括三部分：單片機系統、顯示電路、超聲波的發射和檢測接 收電路。在本次設計中單片機采用AT89C51。還采用了12MHz高精度的晶振，以減小測量 誤的差。，采用AT89C51實現對TCT40 超聲波轉換模塊和CX20106A芯片的控制。3．1 芯片的功能 AT89C51的功能特點AT89C51 單片機主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出接口等組成。中央處理器是 單片機的核心部分，它的主要作用是完成運算和控制功能。程序存儲器具有存儲功能， 使應用程序在開發調試后永久性的存儲在程序存儲器中。 AT89C51 控制著超聲波的發送和接收,串行口發送數據。LED 顯示是共陰極接法的動態循環顯 路接收超聲波遇到物體后反射回來的回波信號。該芯片包括了限幅放大、前置放大、整 形和輸出數據信號，這樣方便了檢測判斷回波的數據是否正確, 并且能夠通過計算得出 距離值. AT89C51 是一種帶 4K 字節閃爍可編程可擦除存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓， 8 位高性能的 CMOS 微處理器，叫做單片 機。該單片機采用的制造技術是 ATMEL 高密度非易失存儲器制造成的，它能夠與達到工 業標準的輸出管腳和 MCS51 指令集相兼容。由于它將 8 位多功能 CPU 處理器和閃爍存 儲器組合在單個芯片中,AT89C51 是一種高效微控制器外形及引腳排列如圖 31 所示。 圖 31 AT89C51 控制器 AT89C51 有兩種可用軟件來選擇的省電方式：空閑工作方式和掉電工作方式。當處 于空閑方式時 CPU 處于睡眠狀態，但片內的其他部件仍然繼續工作，而且片內 RAM 的內 容和所有專用寄存器的內容在空閑方式期間都被保留起來。當處于掉電方式時保存了 RAM 的內容，振蕩器停止震蕩，禁止芯片其它功能直到下一次硬件復位才能使用。AT89C51 為許多器材的制造提供了十分靈活和低成本的解決辦法。充分的利用了單 片機的片內資源，使我們可以在較少使用外圍電路的情況下完成超聲波測距。 CX20106 功能特點 CX20106對收到的信號有放大和濾波的作用。如圖32所示，CX20106芯片的接口圖。 CX20106有8個引腳，管腳1是超聲波信號輸入端；管腳2的電阻和電容決定接收換能器的 總增益，通過增大或者減小電阻電容，確定放大倍數，改變放大器的頻率。管腳3與GND 之間連接的電容起到檢波作用；管腳5上的連接一個電阻，這個電阻用來設置濾波器的 中心頻率；管腳6與GND之間接入一個電容，該電容確定探測距離；管腳7是集電極開路 輸出端：管腳8接電源正極。 圖32 CX20106 芯片接口圖 LED數碼管在生活中最常見到的 LED 數碼管是八段和七段的，八段式原理圖的如圖 34 所示。 本次設計中采用的是八段式的數碼管。八段式的與七段式的相比，他們各部分結構大體 相同，八段只比七段式的多了一個小數點。數碼管里都是由 LED 發光二極管發光單片機 控制 LED 的滅亮顯示出不同的形狀從而顯示出數字，八段式的數碼管與七段式的主要區 別就在于八段式的數碼管中有八個發光二極管，而七段式的數碼管中有七個發光二極 管，兩種之間只差一個點。 數碼管又分為兩種類型，共陽極型和共陰極型。原理圖如圖33共陽極型和共陰極 型原理圖所示。共陽極型就是將數碼管中發光二極管的陽極都接在一起并且接到電源 上，連接好之后把其中任何哪個發光二極管的陰極接到地線上，它就會發光。共陰極型則是將數碼管中發光二極管的陰極都接在一起并且接到地線上，連接好之后把其中任何哪個發光二極管的陽極接到電源上，它就會發光。 圖 33 共陰極型和共陽極型原理圖 圖 34數碼顯示管引腳圖如圖 34 數碼顯示管引腳圖所示， 把兩個 COM 引腳連接起來， 作為數碼管的公共端， 數碼管共陽端要接地，共陰端接電源。一個二極管是一位，八個管子即 a,b,c,d,e,f,g 還有 dp， 拼成個 8 字列在一起就構成了一個 8 位的數碼顯示管。 一個八段式的數碼顯示 管的每個顯示管連在一起，每個二極管的公共端稱為位選線。在數碼管顯示數字是，一 個二極管對應一條直線，a 對應的是首位，dp 對應最后位。例如，當數碼管顯示管顯示 數字 0 時，那么共陰極數碼顯示管的編碼就為 00111111，十六進制數為 0x3f，而共陽 極的數碼顯示管的編碼就是 11000000，十六進制數為 0xc0。通過這個例子可以看的出 來共陰極數碼顯示管和共陽極數碼顯示管的編碼各個位是相反的。 基于超聲波技術的汽車防撞系統的設計，由于使用單片機作為控制元件控制整個系 統電路，致使系統操作方便、可靠性高、結構簡單并且能夠自動控制該系統的的運行， 能夠自己檢測障礙物。對于當今社會汽車擁擠的這一現狀，此項研究對于防止交通事故 的發生具有預防作用。 總體說來，本次設計能夠實現測距的功能，報警距離可以人工智能控制，能夠產生 方向性好，抗干擾能力強，穿透能力強的聲波信號，能夠在事故發生前提示報警。 PCB 板的制作超聲波測距預警系統硬件部分由超聲波的接收電路、顯示電路、超聲波的發射電路 和單片機的外圍電路等各部分組成。 ，經反相器來控制超聲波的發送，以達 到超聲波換能器所需的震蕩條件。利用中斷口INT0檢測超聲波接收電路接收到的返回信 號，當單片機INT0引腳由高電平變為低電平時超聲波就已經返回。計數器計出超聲波傳 播所用的時間，然后算就能夠得到與障礙物之間的距離大小。顯示電路采用結構簡單的 4位LED數碼管把測量的距離顯示出來，位碼用4個PNP三極 管來驅動。 超聲波測距預警系統是利用單片機控制超聲波的發射接，并自動計時得出超聲波的 往返時間，單片機采用的是 AT89C51，這種單片機經濟實用，結構簡單。并且單片機內 有 4K 的 ROM，方便于編程。 這時就可以使用單片機把各部分設計好的電路圖連接起來進行仿真了。超聲波預警系統電路的設計圖如附錄一汽車預警系統原理圖所示。在本次設計中使用的元器件主要有單片機 AT89C51， CX20106A,超聲波探頭， 蜂鳴器， 數碼顯示管等，所用元器件詳細清單如表 35所示。表35元器件清單 3．4 汽車防撞系統實物制作電路圖經過仿真成功后，制作成 PCB 板。 PCB 的制造很復雜，一般都要經過制版、 圖形轉移、光學蝕刻、過孔和銅箔處理、助焊和阻焊處理等過程。由于設備的不足，在 這次設計中，電路板的制作我沒有能夠親自參與，由制板公司代為制做，感覺很遺憾。電路板制作成功之后，其他元件也都成功買到。在焊接制作工程中，遇到了很多苦難， 由于對器件的不了解，造成了多次焊接錯誤，在改正錯誤的過程中了解了很多的器件， 尤為一提的便是焊接技術。在這次焊接中，自己專業的學習了焊接技術，大大增強了自 己的動手能力。 在焊接中，焊點的最佳狀態是焊點為等腰三角形，兩腰要略凹，并且焊點表面要光 滑并且焊點布滿焊盤。在焊接時首先要準備好焊錫絲和烙鐵。在加熱焊件之前確保烙鐵 的熱度足夠，并且烙鐵頭部要干凈。然后開始加熱焊件，把烙鐵接觸到焊接點要保證烙 鐵讓整個焊件加熱，然后放焊錫絲，當焊錫絲融化滿焊盤后，先將焊錫絲移開，最后在 移開烙鐵。圖34 汽車防撞系統實物圖 第四章 軟件的設計超聲波測距預警系統主要包括主程序、發射子程序、溫度采集子程序、外部中斷子 程序和數碼顯示子程序等。 4．1 軟件工作過程按下控制系統的開關， 進行系統的初始化， 當主程序完成初始化后調用發射子程序， 由 口發射出1 個脈沖，驅動超聲波換能器發射超聲波，并且計數器開始計時。利 用定時器的計數功能記錄到超聲波發射到接受所用的時間當超聲波接收器接收到超聲 波后，接收電路輸出端輸出一個跳變信號，在INT0端產生一個中斷的信號，得到超聲波 的時間差。溫度假設不變，知道了時間和超聲波的聲波速度后，通過單片機的計算得出距離，顯示出來，到達 距離極限時，啟用報警模塊。4．2 算法的軟件設計超聲波測距是通過檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射回來的回波，從而測出從發 出超聲波信號到接收到返回信號的時間間隔,然后求出距離由 S=CT/2 即可算出汽車與被 測物體的距離。 其中，S 為測量的距離,C 為超聲波在空氣中的傳播速度。T 從發出超聲波信號到接 收到返回信號的時間間隔。 在啟動發射電路發射超聲波的同時開啟單片機 AT89C51 內 的定時器 T0， 通過定時器∕計數器的計數功能記錄下來超聲波發射的時間和接收到超聲 波的時間。當接收電路收到超聲波時，接收電路的輸出端會產生一個負跳變，在 INT0 端能夠產生一個中斷信號，單片機響應中斷請求后執行外部中斷子程序，讀取出來時間 間隔，計算出距離。4. 3主程序流程圖軟件分成兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖41（a）（b）（c）所示。主程序完成初始化工作，各路超聲波發射和接受順序的控制。定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發射。外部中斷服務子程序主要完成是件值得讀取，距離計算，結果的輸出等工作。 定時中斷入口定時器初始化停止發射返回發射超聲波三方向均發射完否？YN開始單片機初始化定時中斷子程序有無回撥？外部中斷子程序NY圖（a）主程序流程圖 圖（b）定時中斷服務子程序外部中斷入口 關外部中斷開外部中斷結 果 輸 出計 算 距 離讀取時間值返回 圖（C）外部中斷服務子程序主程序首先是對系統環境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時計數器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端P0和P1清零。然后調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發，（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷0接受返回的超聲波信號。由于采用的是12MHz的晶振，計數器每計一個數就是1us，當主程序檢測到接收成功的標志位之后將計數器T0中的數（即超聲波來回所用的時間）按公式計算，即可得到被測物體與測距儀之間的距離，設計時取20℃時的聲速為344m/s則有：S = CT / 2=172T0/10000cm其中，T0為計數器T0的計算值。，然后再發超聲波脈沖重復測量過程。為了有利于程序結構