题 目
基单片机汽车倒车防撞系统
设计制作
毕业设计说明书（文）中文摘
着社会济发展交通运输业断兴旺汽车数量断增加交通拥挤状况日益严重撞车事件常发生造成避免声伤亡济损失面种情况设计种响应快性高较济汽车防撞预警系统显非常重超声波测距法种常见距离测量方法文介绍利超声波测距法设计种倒车防撞报警系统
文容基超声波测距倒车防撞系统设计利超声波特点优势超声波测距系统51单片机结合体设计出种基51单片机倒车防撞系统系统采软硬结合方法具模块化化特点
关键词 防撞 超声波 测距 单片机
Title Automobile backdraft collision avoidance system
based on single chip design and production
Abstract
With the social and economic development and transportation continues to boom the automobile quantity climbs in the first mate Traffic congestion condition also day by day serous the collision event occurred repeatedly has caused the inevitable person casualties and the economic loss in view of this kind of situation designed one kind to respond quickly the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collision avoidance system
The paper is based on the ultrasonic distance reversing collision avoidance system design mainly using ultrasound features and advantages ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89S51 monolithic integrated circuit AT89S51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems The system used software and hardware integrated approach of modular and multiuse characteristics
Keywords Impactproof Ultrasonic ranging Microcontroller
毕业设计说明书（文）外文摘
目 次
1 绪 1
11课题设计背景意义 1
12超声波测距研究历史发展趋势 1
2 设计思想方案证 3
21系统总体设计思想 3
22 方案选择 3
211 显示模块 3
212 测距传感器模块 4
213 报警模块 5
3 系统硬件电路设计 6
31 超声波介绍 6
311 超声波特点 6
312 超声波应 6
313 超声波传感器 6
314 超声波测距原理 7
315 超声波发射电路设计 8
316 超声波接收电路设计 9
317 HCSR04超声波测距模块 10
32 显示模块设计 12
33 报警电路设计 14
34 单片机控制电路设计 15
341 控芯片STC89C52 15
342 时钟电路 17
343 复位电路 17
4 系统软件部分设计 19
41系统程序设计 19
42 系统子程序设计 21
421 中断处理程序 21
422 蜂鸣器分段报警程序 22
43 章结 23
5 硬件组装调试 24
51 硬件组装调试 24
52测量结果 24
54章结 27
结 28
致谢 29
参考文献 30
附录A 程序清单 31
图1 单片机整体电路原理图 37
图2 超声波测距模块原理图 38
图3 设计实物图 39
1 绪
11课题设计背景意义
着国济飞速发展交通运输车辆断增产生交通问题越越关注倒车视镜死角司机目测距离误差视线模糊等原倒车事发生频率远汽车前进时事率倒车事仅会车财物造成损伤果伤童更堪设想鉴汽车产品家族中专倒车泊车设计倒车测距仪应运生调查绝部分非职业汽车司机希种发现汽车尾部障碍物视眼倒车测距仪加装解决司机顾忧降低倒车事发生
倒车测距仪单片机控制汽车泊车安全辅助装置该测距仪单片机实时控制数处理功超声波测距技术传感器技术相结合够测量显示车辆部障碍物里车辆距离时间歇嘟嘟声发出警报嘟嘟声间隙障碍物距离缩缩短司机直接观察显示距离听觉判断车障碍物离车辆远解司机倒车起动车辆时前左右探视引起困扰帮助司机扫视野死角视线模糊缺陷提高倒车安全性
12超声波测距研究历史发展趋势
众周知关超声波研究起始1876年类首次效产生高频声波年着超声波技术断深入加具高精度损非接触等优点超声波应变越越普年已领域应超声波测距种传统实非接触测量方法激光涡流线电测距方法相具受外界光电磁场等素影响优点较恶劣环境中具定适应力结构简单成低工业控制建筑测量机器定位方面广泛应超声波传播声时难精确捕捉温度声速影响等原超声波测距精度受影响限制超声测距系统测量精度求更高场合应
国外学者提高超声波测距精度方面作量研究影响超声波测距精度素包括测超声波传输时间超声波介质中传播速度中传输时间精度影响较许提出采降低传输时间确定度提高测量精度目前相位探测法声谱轮廓分析法者二者结合降低传输时间确定度方法厦门学童峰提出种回波轮廓分析法该方法测距中通两次探测求取回波轮廓包络曲线求回波起点通种方法测量精度提高意利Carullo等介绍种适应系统发射特殊波形获回波包络设置定回波开启电采动增益控制放器文献提出通数字信号处理技术波变换理提高测量精度
2 设计思想方案证
21系统总体设计思想
系统采超声波测距原理发射器接收器信号处理装置三部分组成通超声波发射装置发出超声波根接收器接超声波时时间差知道距离超声波发射器某方发射超声波发射时刻时开始计时超声波空气中传播途中碰障碍物立返回超声波接收器收反射波立停止计时（超声波空气中传播速度340ms根计时器记录时间t计算出发射点距障碍物距离(s)：s340t2）
系统总体结构框图图21示
单片机
控制
LED显示
超声波接收
蜂鸣器报警
超声波发送
图21系统总体结构框图
22 方案选择
221 显示模块
方案：LED数码显示种LED发光二极组合显示字符显示器件8LED显示中7显示字符1显示数点通常称八段发光二极数码显示器LED数码显示器控制采时间提供具定驱动力位选段选信号LED数码显示动态扫描显示法静态显示
方案二：点阵字符型液晶显示模块具体积功耗低显示容丰富等特点显示数字西文字符液晶模块部字符发生存储器（CGROM)已存储阿拉伯数字英文字母写常符号日文假名等点阵字符图形字符固定代码显示方便显示质量高功耗低现字符型液晶显示模块已单片机应设计中常信息显示器件
鉴次设计需显示车障碍物距离车尾距离显示容较简单LED数码完全满足设计求价格低廉选择LED数码显示模块
222 测距传感器模块
目前常见测距传感器红外传感器激光传感器超声波传感器常规技术应三种方案供选择：
方案：红外传感器测距
原理传感器红外发光发出红外光光敏接收接收前方物体反射光接收接收光强反射物体距离变化判断前方否障碍物根接收信号强弱判断物体距离
方案二：激光传感器测距
利激光单色性相干性方性强等特点实现高精度计量检测测量长度距离速度角度等激光测距技术途径分脉式激光测距仪连续波相位式激光测距脉式激光测距原理雷达测距相似测距仪目标发射激光信号碰目标反射回光传播速度已知记录光信号返时间光速返时间二分测量距离
方案三：超声波测距
超声波空气中传播超类听觉频率极限声波原理犹蝙蝠嘴里发出超声波超声波遇昆虫时耳朵够接收反射回波判断昆虫位置予捕杀超声波传感器工作方式通发送器发射出超声波物体反射传接收器接受判断否检测物体
根性较出激光传感器较理想选择价格较高易众接受考虑车辆行驶程中测距应较强抗干扰力较短响应时间终选择方案三
223 报警模块
报警模块选择蜂鸣器者语音模块蜂鸣器较简单发出频率蜂鸣声音语音模块根需求发出种语音次设计仅需车障碍物车尾距离达预先设定警戒距离范围时发出警报音蜂鸣器完全满足设计求选择蜂鸣器实现报警功
3 系统硬件电路设计
31 超声波介绍
知道物体振动时会发出声音科学家秒钟振动次数称声音频率单位赫兹类耳朵听声波频率20～20KHz声波振动频率20KHz20Hz时便听见频率高20KHz声波称超声波
311 超声波特点
超声波通常波方式弹性介质会传播种量传播形式特点超声频率高波长短定距离直线传播具良方性
超声波具特点：
(1) 超声波气体液体固体固熔体等介质中效传播
(2) 超声波传递强量
(3) 超声波会产生反射干涉叠加振现象
(4) 超声波液体介质中传播时界面产生强烈击空化现象
312 超声波应
超声波广泛应种技术中超声波两特点量直线传播
(1) 工程学方面应：水定位通讯资源勘查等
(2) 生物学方面应：剪切分子生物工程处理种子等
(3) 诊断学方面应：A型B型M型D型双功彩超等
(4) 治疗学方面应：理疗治癌外科体外碎石牙科等
313 超声波传感器
超声波传感器利超声波特性研制成传感器超声波种振动频率高声波机械波换晶片电压激励发生振动产生具频率高波长短绕射现象特方性够成射线定传播等特点超声波液体固体穿透领穿透十米深度超声波碰杂质分界面会产生显著反射形成反射成回波碰活动物体产生普勒效应超声波检测广泛应工业国防生物医学等方面超声波作检测手段必须产生超声波接收超声波完成种功装置超声波传感器惯称超声换器者超声探头
超声探头核心塑料外套者金属外套中块压电晶片构成晶片材料许种晶片直径厚度相探头性前必须预先解性超声波传感器性指标包括：
(1) 工作频率
工作频率压电晶片振频率加两端交流电压频率晶片振频率相等时输出量灵敏度高
(2) 工作温度
压电材料居里点般较高特诊断超声波探头超声波传感器功率较工作温度较低长时间工作失效医疗超声探头温度较高需单独制冷设备
（3）指性
超声波传感器探测范围
(4) 灵敏度
取决制造晶片身机电耦合系数灵敏度高反灵敏度低
314 超声波测距原理
通超声波发射装置发出超声波根接收器接超声波时时间差知道距离雷达测距原理相似测量原理图图31示
T
R L
图31 超声波测距原理图
测距时安装位置超声波发射器超声波接收器完成超声波发射接收定时器计时首先发射器特定方发射超声波时启动定时器计时超声波介质中传播时旦遇障碍物会反射回接收器接收反射波立停止计时样定时器记录超声波发射点障碍物间返传播历时间t(s)常温超声波空气中传播速度约340ms发射点距障碍物间距离：
（31）
公式（31）中L车尾障碍物距离单位米t计时器记录时间单位秒
单片机部定时器计时实际机器周期T机计数设计中时钟频率fosc取12MHz设计数值N
（32）
程序中（32）式计算车尾障碍物间距离
315 超声波发射电路设计
超声波发射电路采基MAX232方波发射电路利MAX232电荷泵输出±85V电压驱动超声波传感器MAX232芯片美信（MAXIM）公司推出款兼容RS232标准芯片MAX232进行电转换该器件包含两驱动器两接收器电压发生器单片机产生相位相反240KHz方波信号通单片机P00P01口输出信号通MAX232放叠加超声波传感器两端信号电压幅值约17V频率40KHz超声波传感器电压作产生40KHz超声波具体电路图32示
图32超声波发射电路
316 超声波接收电路设计
超声波接收包括接收探头信号放器等部分超声波接收探头必须发射探头型号相否导致接收效果理想甚接收回波信号超声波接收探头接收回波信号非常弱必须放器进行放没接收回波信号时超声波接收电路输出端低电接收回波信号输出端低电变高电高电持续时间超声波发射返回时间具体电路图33示
图33超声波接收电路
317 HCSR04超声波测距模块
HCSR04超声波测距模块超声波发射探头超声波接收探头MAX232TL074CSTC11等器件超声波收发电路集成起超声波测距模块提供2cm400cm非接触式距离感测功测距精度达高3mm模块包括超声波发射器接收器控制电路HCSR04超声波测距模块电气参数表31示
HCSR04基工作原理：
(1)采IO口TRIG触发测距少10μs高电信号
(2)模块动发送840KHz方波动检测否信号返回
(3)信号返回通IO口ECHO输出高电高电持续时间超声波发射返回时间
表31 HCSR04超声波测距模块电气参数
电气参数
HCSR04超声波测距模块
工作电压
DC 5 V
工作电流
15mA
工作频率
40kHz
远射程
4m
射程
2cm
测量角度
15度
输入触发信号
10μsTTL脉
输出回响信号
输出TTL 电信号射程成例
规格尺寸
45×20×15mm
模块接线方式图34示VCC供5V电源GND线TRIG触发控制信号输入ECHO回响信号输出口端
图34 HCSR04接线图
控制口发出10μs高电接收口等高电输出输出开定时器计时口变低电时读定时器值时间次测距时间通运算出距离样断循环周期测量停移动程中测量距离值防止发射信号回收信号影响HCSR04超声波测距模块测量周期定60ms设计测量周期定80ms
HCSR04超声波测距模块时序图图35示
10μsTTL
触发信号
循环发出840KHz脉
模块部发出信号
输出回响信号
回响电输出检测距离成正
图35 HCSR04超声波测距模块时序图
图35表明需提供10μs脉触发信号该模块部发出840KHz周期电检测回波旦检测回波信号输出回响信号回响信号脉宽度测距离成正通发射信号收回响信号时间间隔计算距离
32 显示模块设计
单片机系统中常显示器：发光二极简称LED(Light Emitting Diode)液晶显示器简称LCD荧光显示器简称VFD(Vacuum Fluorscents Display)中LED种极低功耗显示器广泛应测量产品中课题需复杂显示信息选择LED显示模块节约硬件资源降低成
LED数码里面8发光二极分记作abcdefgdp中dp数点发光二极根电极引外部引脚外引脚连接起样引外部引脚记作公端（COM）图36示图37实物图中引脚排列厂商
图36 LED数码引脚图 图37 LED数码实物图
市面常LED数码两种阳极数码阴极数码阳极数码里面发光二极阳极接起作公引脚公阳极时公引脚接电源正极相反阴极数码里面发光二极阴极接起作公引脚公阴极时引脚接电源负极
单片机数码显示分静态显示动态显示静态显示够稳定显示数值搭建电路时较烦索动态显示数码轮流显示轮流显示速度足够快秒约50次眼视觉暂留特性起连续显示种显示方式数码应系统中应广泛次设计中应显示方法
显示电路图38示
图38 LED数码显示电路
33 报警电路设计
设计采峰鸣音报警电路峰鸣音报警接口电路设计需购买市售压电式蜂鸣器然通单片机1根口线驱动器驱动蜂鸣音发声压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流TTL系列集成电路74067407低电驱动晶体三极驱动设计中P34输出低电时三极导通蜂鸣器两端获约+5V电压发出蜂鸣P34输出高电时三极截止蜂鸣器停止发声报警电路图39示
图39 报警电路
34 单片机控制电路设计
341 控芯片STC89C52
STC89C52RC单片机宏晶科技推出新代高速低功耗超强抗干扰单片机指令代码完全兼容传统8051单片机12时钟机器周期6时钟机器周期意选择
特性：
1 增强型8051单片机6时钟机器周期12时钟机器周期意选择指令代码完全兼容传统8051
2 工作电压：55V～33V（5V单片机）38V～20V（3V单片机）
3 工作频率范围：0～40MHz相普通80510～80MHz实际工作频率达48MHz
4 户应程序空间8K字节
5 片集成512字节RAM
6 通IO口（32）复位：P1P2P3P4准双口弱拉P0口漏极开路输出作总线扩展时加拉电阻作IO口时需加拉电阻
7 ISP（系统编程）IAP（应编程）需专编程器需专仿真器通串口（RxDP30TxDP31）直接载户程序数秒完成片
8 具EEPROM功
9 具门狗功
10 316位定时器计数器定时器T0T1T2
11 外部中断4路降中断低电触发电路Power Down模式外部中断低电触发中断方式唤醒
12 通异步串行口（UART）定时器软件实现UART
13 工作温度范围：40～+85℃（工业级）0～75℃（商业级）
14 PDIP封装
次STC89C52RC单片机具体引脚图图310
图310 STC89C52RC单片机引脚图
STC89C52RC单片机通P01引脚控制发射电路发射超声波回波信号传送P02P10~P17控制4阳LED数码显示电路报警电路P34引脚控制
342 时钟电路
单片机功部件运行时钟控制信号基准条紊拍拍工作时钟频率直接影响单片机速度时钟电路质量直接影响单片机系统稳定性常时钟设计两种方式种部时钟方式种方式外部时钟方式设计采部时钟方式
单片机部构成振荡器高增益反相放器该高增益反放器输入端芯片引脚XTAL1输出端引脚XTAL2两引脚跨接石英晶体振荡器微调电容构成稳定激振荡器图311部时钟方式振荡器电路电路中电容典型值通常选择30pF左右电容会影响振荡器频率高低振荡器稳定性起振快速性晶体振荡频率范围通常12～12MHz间选择
图311 时钟电路
343 复位电路
复位单片机初始化操作需复位引脚RST加2机器周期（24时钟振荡周期）高电单片机复位进入系统正常初始化外程序运行出错操作错误系统处死锁状态摆脱死锁状态需复位键RST引脚高电单片机重新启动单片机复位功外部复位电路实现复位电路通常采电动复位键复位两种方式设计中采键复位方式复位电路图312示
图312 复位电路
4 系统软件部分设计
设计采模块化思路进行设计编写程序程序系统程序中断程序构成程序完成单片机初始化超声波发射接收计算超声波发射点障碍物间距离数码显示蜂鸣器报警等系统程序设计功发射超声波接受超声波计算测量距离数计算蜂鸣器报警数码显示
41系统程序设计
整系统设计关键距离进行测量然通单片机处理测量数较容易实现精确实现测距测距中种信号声速影响干扰测距准确性中超声波余波信号整设计中测距精确度干扰影响较超声波接收回路中超声波信号两种波信号：第种波信号余波信号发射探头发射出信号超声波接收探头马接收超声波信号实际超声波发射信号种波信号效信号障碍物表面反射回超声波回波信号需测量距离数值
进行超声波测距时实际测距记录超声波发射电路发射超声波信号开始接收信号声波返时间差然通数计算出距离回波信号需进行检测效信号反射物体反射回波信号量避免检测时候检测余波信号余波发射超声波时超声波信号直接达接受探头波信号时余波信号超声波测量时存测量盲区原
超声波接收电路接收超声波回波单片机发出效信号单片机通外部中断改变记录回波信号达时间中断发生表示已接收回波信号时候停止计时读取计数器中数值数值需进行测量时间差数
程序中测距距离计算方法章中提公式（32） 进行计算中N计数器值声速值取340 ms
综合分析系统程序流程图系统程序流程图图41示
开始
单片机初始化
超声波模块复位
发射接收超声波
记录输出高电时间
计算测量距离
显示距离时蜂鸣器报警
延时
图41 系统程序流程图
42 系统子程序设计
421 中断处理程序
负责计算车尾障碍物间距离INT0中断程序根前面超声接收电路分析超声波集成模块接收超声波回波信号超声波接收电路会产生低电送单片机P32引脚系统中断系统转入中断处理程序进入中断处理定时器T0外部中断0立关闭时读取时间值回波接收标志位清零成功接收回波信号中断处理程序程序流程图图42示
开始
计时停止
关闭中断
距离计算处理
显示距离判断否报警
N
Y
指定报警声开启
返回
图42 中断处理程序流程图
422 蜂鸣器分段报警程序
程序根距离计算公式计算数距离结果远通数码显示时控制蜂鸣器鸣设计中利单片机P34引脚产生方波控制蜂鸣器鸣蜂鸣器报警程序程序流程图图43示
开始
显示距离
距离500cm
N
Y
距离20cm
N
蜂鸣器高频鸣
返回
图43 蜂鸣器报警程序流程图
43 章结
章硬件电路基础完成系统软件设计系统功进步解首先系统进行总体分析包括系统总体逻辑关系软件控制流程图次子程序进行分析根硬件电路模块划分系统软件子程序划分中断处理程序蜂鸣器分段报警程序等分部分设计思想运算方法指令集进行详细阐述
5 硬件组装调试
51 硬件组装调试
次设计汽车倒车测距仪HCSR04型超声波测距传感器模块体中心频率基稳定40 kHz安装时保持模块整摆放两超声波探头中心轴线行硬件组装连线焊接：P1口分接四位八段阳数码abcdefgdp引脚进行动态段扫描P2口P20P21P22P23控制四位数码片选P3口P34通三极连接蜂鸣器构成蜂鸣器报警电路进行蜂鸣器鸣报警P01端口接超声波模块发射端P02端口接超声波接收端作判断超声波否接收回波信号控制计数器停止计时
超声波测距时需测发射开始接收回波信号段时间里声波返时间差需接收回波信号进行检测检测效信号反射回波信号应该量避免检测余波信号超声波检测中测量盲区存原余波干扰缘超声波测距测距离传感器驱动功率测量方法关系理讲设计系统采超声波模块测距时存盲区约2cm左右设计理测量距离范围2cm～4m测量误差较测量显示值稳定基满足设计求
52测量结果
硬件电路制作应避免出现虚焊焊接短路情况完成调试便程序文件载单片机芯片试运行根实际情况修改超声波发生子程序次发送脉数两次测量间隔时间适应距离测量需表51示
表51 实际距离测量距离误差关系
实际距离（cm）
15
20
40
60
120
150
180
200
230
测量距离（cm）
20
20
405
61
119
1515
1785
198
2325
误差 （cm）
5
0
05
1
1
15
15
2
25
根文中电路参数程序测距器测量范围02~40m试验中测量范围015~230m物体做次测试次测量发现温度规律
(1)距离进行次测量取均值方法测数稳定性较2m范围变化均值误差超20mm
(2)测量误差着测距离增增
里误差包含两种种固定误差—测量起始位置探头压电晶片位置间距离种误差测量环境距离变化变化种变误差着距离增增接收超声波越阀值时间超声波实际达探头时间引起
（3）20mm盲区
53 误差分析
声波传输速度媒介弹性模量密度相关利声速测量距考虑素声速影响气体中压强温度湿度等素会引密变化气体中声速受密度影响液体深度温度等素会引起度变化固体中弹性模量声速影响较密度影响更般超声波固体传播速度快液体次气体中传播速度慢气体中声速受温度影响声波扰动机械声波传播中带机械量声传播中逐渐转变成热出现距离逐渐衰减现象称声吸收
1温度声速影响
空气中测量距离时根超声波测距公式LC×T知测距误差超声波传播速度误差测量距离传播时间误差引起温度影响声速素
超声波传播速度受空气密度影响空气密度越高超声波传播速度越快空气密度温度着密切关系
已知超声波速度温度关系： (51)
式中：R—气体普适常量M—气体分子量T—绝温度
似公式：℃ (52)
式中：C0零度时声波速度323msT实际温度(℃)
超声波测距精度求达1mm时必须超声波传播环境温度考虑进例温度0℃时超声波速度332ms 30℃时350ms温度变化引起超声波速度变化18ms超声波30℃环境0℃声速测量100m距离引起测量误差达5m测量1m误差达5mm
表52声速c温度关系温度变化认声速基变果测距精度求高应通温度补偿方法加校正声速确定测超声波返时间求距离系统加入温度传感器监测环境温度进行温度补偿文求精度高未加测温部分果提高精度里增加DS18B20测量环境温度模块果想增强系统性软硬件采抗干扰措施根环境温度确定声速提高测距稳定性准确性
表52声速c温度应表
温度(℃)
30
20
10
0
10
20
30
100
声速（ms）
313
319
325
323
338
344
349
386
2湿度超声波衰减程度影响
声波传播程中声压幅度媒质中声吸收衰减声强频高衰减增加进湿度超声波衰减程度定影响
3硬件电路引起时间误差
收发电路信号处理会回声时间产生y固定延迟时间引出定测量误差 外测量程中测量起始位置探头压电晶片位置间定距离测量结果造成定误差种误差测量环境距离变化变化属固定误差需进行硬件调试会改善完全消
54章结
章汽车倒车测距仪硬件进行组装调试进行实测量测量结果基达求产生误差原进行分析出减误差方法期未研究中够设计出更加完美方案
结
着社会发展距离长度测量求越越高超声波测距进行非接触测量相较高精度越越重视设计超声波测距仪距离进行测试进行定误差分析
文检测距离目标超声波工作原理超声波测距误差源作相应分析围绕开发基单片机超声波测距系统进行工作：
(1)探讨超声波测量技术分析超声波测距误差源提出系统总体设计思想
(2)设计STC89C52RC单片机核心超声波界面检测系统该系统具低成高精度微型化数字显示特点
(3)系统硬件设计基础系统软件需实现功进行分析设计系统程序流程分析中断程序程序间关系C语言逐实现功模块
力试验条件限设计足处系统然实现基功投入时需系统作进步完善提高：
(1)超声波测量距离环境直接相关设计中设定温度常温应范围相较果需扩测距范围根实际情况添加更合适温度传感器
(2)受实验条件限制设计未进行现场实验数采集实验仅局限实验室实际测量定差距
(3)超声波探头相安装位置影响渡越时间延迟造成误差误差源存软件角度数处理算法消误差干扰提高测量精度
致 谢
岁月荏苒四年学生活结束站毕业门槛回首昔汗水泪水成丝丝记忆酸酸甜甜直回荡值毕业文完成际谨关心爱护帮助表示诚挚感谢美祝愿
设计导师XX老师亲切关怀悉心指导完成课题选择文终完成老师始终予细心指导懈支持文字里行问倾注导师关怀心血严肃科学态度严谨治学精神精益求精工作作风深深感染激励着
谨老师致诚挚谢意崇高敬意
课题设计程中吴珊珊老师许学帮助正位老师力支持位学通力协助利完成学位文表示深深谢意
知识水限文中难免错误完善处谨请读者提出批评指正
衷心感谢百忙中抽出时间审阅文专家教授
参 考 文 献
[1] 沈红卫单片机应系统设计实例分析[M]北京航空航天学出版社2001
[2] 张毅刚单片机原理应[M]北京：高等教育出版社2001
[3] 杨恢先黄辉先单片机原理应[M]海：复旦学出版社2002
[4] 徐淑华程退安姚万生单片机微型机原理应[M]哈尔滨：哈尔滨工业学出版社1994
[5] 戴佳戴卫恒51单片机C语言应设计实例精讲[M]北京：电子工业出版社2007
[6] 立明．单片机应系统抗干扰技术[M]．北京：北京航空航天学出版社2000
[7] 涂时亮单片微机软件设计技术[M]．重庆：科学技术文献出版社重庆分社2003
[8] 邦田电子电路实抗干扰技术[M]北京：民邮电出版社1994
[9] 童诗白华成英模拟电子技术基础[M]北京：高等教育出版社2001
[10] 赵文博新型常集成电路速查手册[M]民邮电出版社2005
[11] 常敏王涵范江波等单片机应程序开发实践[M]电子工业出版社2009
[12] 胡瑞周锡青基超声波传感器测距报警系统设计[J]科技信息2009
[13] 李光飞李良楼然苗单片机C程序设计实例指导[M]北京航空航天学出版社2005
[14] 杜树春编著单片机C语言汇编语言混合编程实例详解[M]北京航空航天学出版社2006
[15] 田立田清等51单片机C语言程序设计快速入门[M]民邮电出版社2007
[16] 赵占林刘洪梅超声测距系统误差分析修正[J]科技情报开发济2002
[17] 宋明耀提高超声波测距精度设计[J]测试测量2004
[18] 李茂山超声测距原理实践技术[J]实测试技术1994
[19] 常静贺焕林减少超声波测距仪盲区研究[M]棉花加工技术2005
附录A 程序清单
******************************************************************
#include 器件配置文件
#include
sbit RXP0^1
sbit TXP0^2
sbit BEEPP3^4
unsigned int time0
unsigned int timer0
unsigned char posit0
unsigned long S0
bit flag 0
Unsigned char const discode[] { 0xC00xe70x890x830xa60x920x900xc70x800x820xbf0xff**}
unsigned char const positon[4]{ 0xfe0xfd0xFB0xd7 }
unsigned char disbuff[4] { 0000}
********************************************************
void Display(void) 扫描数码
{
if(posit0)
{P1(discode[disbuff[posit]])&0x7f}
else
{P1discode[disbuff[posit]]}
P2positon[posit]
if(++posit>3)
posit0
}
********************************************************
void Conut(void)
{
timeTH0*256+TL0
TH00
TL00
S(time*17)100 算出CM
Stime*1085
S58*2 算出CM
if((S>500)||flag1) 超出测量范围显示
{
flag0
disbuff[0]10
disbuff[1]10
disbuff[2]10
}
else
{
disbuff[0]S1000100
disbuff[1]S100010010
disbuff[2]S100010 10
}
if (S<10)
{
BEEP0
}
if ((S>10)&&(S<500))
{
BEEP1
}
}
********************************************************
void zd0() interrupt 1 T0中断计数器溢出超测距范围
{
flag1 中断溢出标志
}
void zd1() interrupt 2 T0中断计数器溢出超测距范围
{
TH10x20
TL10x41
Display()
}
********************************************************
void zd3() interrupt 3 T1中断扫描数码计800MS启动模块
{
TH10xf8
TL10x30
Display()
timer++
if(timer>400)
{
timer0
TX1 800MS 启动次模块
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
TX0
}
}
*********************************************************
void main( void )
{
TMOD0x11 设T0方式1GATE1
TH00
TL00
TH10xf8 2MS定时
TL10x30
ET01 允许T0中断
ET11 允许T1中断
TR11 开启定时器
EA1 开启总中断
while(1)
{
while(RX) RX零时等
TR01 开启计数
while(RX) RX1计数等
TR00 关闭计数
Conut() 计算
}
} }
}
图1 单片机整体电路原理图
图2 超声波测距模块原理图
图3 设计实物图
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基单片机汽车倒车防撞系统
设计制作
毕业设计说明书（文）中文摘
着社会济发展交通运输业断兴旺汽车数量断增加交通拥挤状况日益严重撞车事件常发生造成避免声伤亡济损失面种情况设计种响应快性高较济汽车防撞预警系统显非常重超声波测距法种常见距离测量方法文介绍利超声波测距法设计种倒车防撞报警系统
文容基超声波测距倒车防撞系统设计利超声波特点优势超声波测距系统51单片机结合体设计出种基51单片机倒车防撞系统系统采软硬结合方法具模块化化特点
关键词 防撞 超声波 测距 单片机
Title Automobile backdraft collision avoidance system
based on single chip design and production
Abstract
With the social and economic development and transportation continues to boom the automobile quantity climbs in the first mate Traffic congestion condition also day by day serous the collision event occurred repeatedly has caused the inevitable person casualties and the economic loss in view of this kind of situation designed one kind to respond quickly the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding design one kind of reversing collision avoidance system
The paper is based on the ultrasonic distance reversing collision avoidance system design mainly using ultrasound features and advantages ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89S51 monolithic integrated circuit AT89S51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems The system used software and hardware integrated approach of modular and multiuse characteristics
Keywords Impactproof Ultrasonic ranging Microcontroller
毕业设计说明书（文）外文摘
目 次
1 绪 1
11课题设计背景意义 1
12超声波测距研究历史发展趋势 1
2 设计思想方案证 3
21系统总体设计思想 3
22 方案选择 3
211 显示模块 3
212 测距传感器模块 4
213 报警模块 5
3 系统硬件电路设计 6
31 超声波介绍 6
311 超声波特点 6
312 超声波应 6
313 超声波传感器 6
314 超声波测距原理 7
315 超声波发射电路设计 8
316 超声波接收电路设计 9
317 HCSR04超声波测距模块 10
32 显示模块设计 12
33 报警电路设计 14
34 单片机控制电路设计 15
341 控芯片STC89C52 15
342 时钟电路 17
343 复位电路 17
4 系统软件部分设计 19
41系统程序设计 19
42 系统子程序设计 21
421 中断处理程序 21
422 蜂鸣器分段报警程序 22
43 章结 23
5 硬件组装调试 24
51 硬件组装调试 24
52测量结果 24
54章结 27
结 28
致谢 29
参考文献 30
附录A 程序清单 31
图1 单片机整体电路原理图 37
图2 超声波测距模块原理图 38
图3 设计实物图 39
1 绪
11课题设计背景意义
着国济飞速发展交通运输车辆断增产生交通问题越越关注倒车视镜死角司机目测距离误差视线模糊等原倒车事发生频率远汽车前进时事率倒车事仅会车财物造成损伤果伤童更堪设想鉴汽车产品家族中专倒车泊车设计倒车测距仪应运生调查绝部分非职业汽车司机希种发现汽车尾部障碍物视眼倒车测距仪加装解决司机顾忧降低倒车事发生
倒车测距仪单片机控制汽车泊车安全辅助装置该测距仪单片机实时控制数处理功超声波测距技术传感器技术相结合够测量显示车辆部障碍物里车辆距离时间歇嘟嘟声发出警报嘟嘟声间隙障碍物距离缩缩短司机直接观察显示距离听觉判断车障碍物离车辆远解司机倒车起动车辆时前左右探视引起困扰帮助司机扫视野死角视线模糊缺陷提高倒车安全性
12超声波测距研究历史发展趋势
众周知关超声波研究起始1876年类首次效产生高频声波年着超声波技术断深入加具高精度损非接触等优点超声波应变越越普年已领域应超声波测距种传统实非接触测量方法激光涡流线电测距方法相具受外界光电磁场等素影响优点较恶劣环境中具定适应力结构简单成低工业控制建筑测量机器定位方面广泛应超声波传播声时难精确捕捉温度声速影响等原超声波测距精度受影响限制超声测距系统测量精度求更高场合应
国外学者提高超声波测距精度方面作量研究影响超声波测距精度素包括测超声波传输时间超声波介质中传播速度中传输时间精度影响较许提出采降低传输时间确定度提高测量精度目前相位探测法声谱轮廓分析法者二者结合降低传输时间确定度方法厦门学童峰提出种回波轮廓分析法该方法测距中通两次探测求取回波轮廓包络曲线求回波起点通种方法测量精度提高意利Carullo等介绍种适应系统发射特殊波形获回波包络设置定回波开启电采动增益控制放器文献提出通数字信号处理技术波变换理提高测量精度
2 设计思想方案证
21系统总体设计思想
系统采超声波测距原理发射器接收器信号处理装置三部分组成通超声波发射装置发出超声波根接收器接超声波时时间差知道距离超声波发射器某方发射超声波发射时刻时开始计时超声波空气中传播途中碰障碍物立返回超声波接收器收反射波立停止计时（超声波空气中传播速度340ms根计时器记录时间t计算出发射点距障碍物距离(s)：s340t2）
系统总体结构框图图21示
单片机
控制
LED显示
超声波接收
蜂鸣器报警
超声波发送
图21系统总体结构框图
22 方案选择
221 显示模块
方案：LED数码显示种LED发光二极组合显示字符显示器件8LED显示中7显示字符1显示数点通常称八段发光二极数码显示器LED数码显示器控制采时间提供具定驱动力位选段选信号LED数码显示动态扫描显示法静态显示
方案二：点阵字符型液晶显示模块具体积功耗低显示容丰富等特点显示数字西文字符液晶模块部字符发生存储器（CGROM)已存储阿拉伯数字英文字母写常符号日文假名等点阵字符图形字符固定代码显示方便显示质量高功耗低现字符型液晶显示模块已单片机应设计中常信息显示器件
鉴次设计需显示车障碍物距离车尾距离显示容较简单LED数码完全满足设计求价格低廉选择LED数码显示模块
222 测距传感器模块
目前常见测距传感器红外传感器激光传感器超声波传感器常规技术应三种方案供选择：
方案：红外传感器测距
原理传感器红外发光发出红外光光敏接收接收前方物体反射光接收接收光强反射物体距离变化判断前方否障碍物根接收信号强弱判断物体距离
方案二：激光传感器测距
利激光单色性相干性方性强等特点实现高精度计量检测测量长度距离速度角度等激光测距技术途径分脉式激光测距仪连续波相位式激光测距脉式激光测距原理雷达测距相似测距仪目标发射激光信号碰目标反射回光传播速度已知记录光信号返时间光速返时间二分测量距离
方案三：超声波测距
超声波空气中传播超类听觉频率极限声波原理犹蝙蝠嘴里发出超声波超声波遇昆虫时耳朵够接收反射回波判断昆虫位置予捕杀超声波传感器工作方式通发送器发射出超声波物体反射传接收器接受判断否检测物体
根性较出激光传感器较理想选择价格较高易众接受考虑车辆行驶程中测距应较强抗干扰力较短响应时间终选择方案三
223 报警模块
报警模块选择蜂鸣器者语音模块蜂鸣器较简单发出频率蜂鸣声音语音模块根需求发出种语音次设计仅需车障碍物车尾距离达预先设定警戒距离范围时发出警报音蜂鸣器完全满足设计求选择蜂鸣器实现报警功
3 系统硬件电路设计
31 超声波介绍
知道物体振动时会发出声音科学家秒钟振动次数称声音频率单位赫兹类耳朵听声波频率20～20KHz声波振动频率20KHz20Hz时便听见频率高20KHz声波称超声波
311 超声波特点
超声波通常波方式弹性介质会传播种量传播形式特点超声频率高波长短定距离直线传播具良方性
超声波具特点：
(1) 超声波气体液体固体固熔体等介质中效传播
(2) 超声波传递强量
(3) 超声波会产生反射干涉叠加振现象
(4) 超声波液体介质中传播时界面产生强烈击空化现象
312 超声波应
超声波广泛应种技术中超声波两特点量直线传播
(1) 工程学方面应：水定位通讯资源勘查等
(2) 生物学方面应：剪切分子生物工程处理种子等
(3) 诊断学方面应：A型B型M型D型双功彩超等
(4) 治疗学方面应：理疗治癌外科体外碎石牙科等
313 超声波传感器
超声波传感器利超声波特性研制成传感器超声波种振动频率高声波机械波换晶片电压激励发生振动产生具频率高波长短绕射现象特方性够成射线定传播等特点超声波液体固体穿透领穿透十米深度超声波碰杂质分界面会产生显著反射形成反射成回波碰活动物体产生普勒效应超声波检测广泛应工业国防生物医学等方面超声波作检测手段必须产生超声波接收超声波完成种功装置超声波传感器惯称超声换器者超声探头
超声探头核心塑料外套者金属外套中块压电晶片构成晶片材料许种晶片直径厚度相探头性前必须预先解性超声波传感器性指标包括：
(1) 工作频率
工作频率压电晶片振频率加两端交流电压频率晶片振频率相等时输出量灵敏度高
(2) 工作温度
压电材料居里点般较高特诊断超声波探头超声波传感器功率较工作温度较低长时间工作失效医疗超声探头温度较高需单独制冷设备
（3）指性
超声波传感器探测范围
(4) 灵敏度
取决制造晶片身机电耦合系数灵敏度高反灵敏度低
314 超声波测距原理
通超声波发射装置发出超声波根接收器接超声波时时间差知道距离雷达测距原理相似测量原理图图31示
T
R L
图31 超声波测距原理图
测距时安装位置超声波发射器超声波接收器完成超声波发射接收定时器计时首先发射器特定方发射超声波时启动定时器计时超声波介质中传播时旦遇障碍物会反射回接收器接收反射波立停止计时样定时器记录超声波发射点障碍物间返传播历时间t(s)常温超声波空气中传播速度约340ms发射点距障碍物间距离：
（31）
公式（31）中L车尾障碍物距离单位米t计时器记录时间单位秒
单片机部定时器计时实际机器周期T机计数设计中时钟频率fosc取12MHz设计数值N
（32）
程序中（32）式计算车尾障碍物间距离
315 超声波发射电路设计
超声波发射电路采基MAX232方波发射电路利MAX232电荷泵输出±85V电压驱动超声波传感器MAX232芯片美信（MAXIM）公司推出款兼容RS232标准芯片MAX232进行电转换该器件包含两驱动器两接收器电压发生器单片机产生相位相反240KHz方波信号通单片机P00P01口输出信号通MAX232放叠加超声波传感器两端信号电压幅值约17V频率40KHz超声波传感器电压作产生40KHz超声波具体电路图32示
图32超声波发射电路
316 超声波接收电路设计
超声波接收包括接收探头信号放器等部分超声波接收探头必须发射探头型号相否导致接收效果理想甚接收回波信号超声波接收探头接收回波信号非常弱必须放器进行放没接收回波信号时超声波接收电路输出端低电接收回波信号输出端低电变高电高电持续时间超声波发射返回时间具体电路图33示
图33超声波接收电路
317 HCSR04超声波测距模块
HCSR04超声波测距模块超声波发射探头超声波接收探头MAX232TL074CSTC11等器件超声波收发电路集成起超声波测距模块提供2cm400cm非接触式距离感测功测距精度达高3mm模块包括超声波发射器接收器控制电路HCSR04超声波测距模块电气参数表31示
HCSR04基工作原理：
(1)采IO口TRIG触发测距少10μs高电信号
(2)模块动发送840KHz方波动检测否信号返回
(3)信号返回通IO口ECHO输出高电高电持续时间超声波发射返回时间
表31 HCSR04超声波测距模块电气参数
电气参数
HCSR04超声波测距模块
工作电压
DC 5 V
工作电流
15mA
工作频率
40kHz
远射程
4m
射程
2cm
测量角度
15度
输入触发信号
10μsTTL脉
输出回响信号
输出TTL 电信号射程成例
规格尺寸
45×20×15mm
模块接线方式图34示VCC供5V电源GND线TRIG触发控制信号输入ECHO回响信号输出口端
图34 HCSR04接线图
控制口发出10μs高电接收口等高电输出输出开定时器计时口变低电时读定时器值时间次测距时间通运算出距离样断循环周期测量停移动程中测量距离值防止发射信号回收信号影响HCSR04超声波测距模块测量周期定60ms设计测量周期定80ms
HCSR04超声波测距模块时序图图35示
10μsTTL
触发信号
循环发出840KHz脉
模块部发出信号
输出回响信号
回响电输出检测距离成正
图35 HCSR04超声波测距模块时序图
图35表明需提供10μs脉触发信号该模块部发出840KHz周期电检测回波旦检测回波信号输出回响信号回响信号脉宽度测距离成正通发射信号收回响信号时间间隔计算距离
32 显示模块设计
单片机系统中常显示器：发光二极简称LED(Light Emitting Diode)液晶显示器简称LCD荧光显示器简称VFD(Vacuum Fluorscents Display)中LED种极低功耗显示器广泛应测量产品中课题需复杂显示信息选择LED显示模块节约硬件资源降低成
LED数码里面8发光二极分记作abcdefgdp中dp数点发光二极根电极引外部引脚外引脚连接起样引外部引脚记作公端（COM）图36示图37实物图中引脚排列厂商
图36 LED数码引脚图 图37 LED数码实物图
市面常LED数码两种阳极数码阴极数码阳极数码里面发光二极阳极接起作公引脚公阳极时公引脚接电源正极相反阴极数码里面发光二极阴极接起作公引脚公阴极时引脚接电源负极
单片机数码显示分静态显示动态显示静态显示够稳定显示数值搭建电路时较烦索动态显示数码轮流显示轮流显示速度足够快秒约50次眼视觉暂留特性起连续显示种显示方式数码应系统中应广泛次设计中应显示方法
显示电路图38示
图38 LED数码显示电路
33 报警电路设计
设计采峰鸣音报警电路峰鸣音报警接口电路设计需购买市售压电式蜂鸣器然通单片机1根口线驱动器驱动蜂鸣音发声压电式蜂鸣器约需10mA驱动电流TTL系列集成电路74067407低电驱动晶体三极驱动设计中P34输出低电时三极导通蜂鸣器两端获约+5V电压发出蜂鸣P34输出高电时三极截止蜂鸣器停止发声报警电路图39示
图39 报警电路
34 单片机控制电路设计
341 控芯片STC89C52
STC89C52RC单片机宏晶科技推出新代高速低功耗超强抗干扰单片机指令代码完全兼容传统8051单片机12时钟机器周期6时钟机器周期意选择
特性：
1 增强型8051单片机6时钟机器周期12时钟机器周期意选择指令代码完全兼容传统8051
2 工作电压：55V～33V（5V单片机）38V～20V（3V单片机）
3 工作频率范围：0～40MHz相普通80510～80MHz实际工作频率达48MHz
4 户应程序空间8K字节
5 片集成512字节RAM
6 通IO口（32）复位：P1P2P3P4准双口弱拉P0口漏极开路输出作总线扩展时加拉电阻作IO口时需加拉电阻
7 ISP（系统编程）IAP（应编程）需专编程器需专仿真器通串口（RxDP30TxDP31）直接载户程序数秒完成片
8 具EEPROM功
9 具门狗功
10 316位定时器计数器定时器T0T1T2
11 外部中断4路降中断低电触发电路Power Down模式外部中断低电触发中断方式唤醒
12 通异步串行口（UART）定时器软件实现UART
13 工作温度范围：40～+85℃（工业级）0～75℃（商业级）
14 PDIP封装
次STC89C52RC单片机具体引脚图图310
图310 STC89C52RC单片机引脚图
STC89C52RC单片机通P01引脚控制发射电路发射超声波回波信号传送P02P10~P17控制4阳LED数码显示电路报警电路P34引脚控制
342 时钟电路
单片机功部件运行时钟控制信号基准条紊拍拍工作时钟频率直接影响单片机速度时钟电路质量直接影响单片机系统稳定性常时钟设计两种方式种部时钟方式种方式外部时钟方式设计采部时钟方式
单片机部构成振荡器高增益反相放器该高增益反放器输入端芯片引脚XTAL1输出端引脚XTAL2两引脚跨接石英晶体振荡器微调电容构成稳定激振荡器图311部时钟方式振荡器电路电路中电容典型值通常选择30pF左右电容会影响振荡器频率高低振荡器稳定性起振快速性晶体振荡频率范围通常12～12MHz间选择
图311 时钟电路
343 复位电路
复位单片机初始化操作需复位引脚RST加2机器周期（24时钟振荡周期）高电单片机复位进入系统正常初始化外程序运行出错操作错误系统处死锁状态摆脱死锁状态需复位键RST引脚高电单片机重新启动单片机复位功外部复位电路实现复位电路通常采电动复位键复位两种方式设计中采键复位方式复位电路图312示
图312 复位电路
4 系统软件部分设计
设计采模块化思路进行设计编写程序程序系统程序中断程序构成程序完成单片机初始化超声波发射接收计算超声波发射点障碍物间距离数码显示蜂鸣器报警等系统程序设计功发射超声波接受超声波计算测量距离数计算蜂鸣器报警数码显示
41系统程序设计
整系统设计关键距离进行测量然通单片机处理测量数较容易实现精确实现测距测距中种信号声速影响干扰测距准确性中超声波余波信号整设计中测距精确度干扰影响较超声波接收回路中超声波信号两种波信号：第种波信号余波信号发射探头发射出信号超声波接收探头马接收超声波信号实际超声波发射信号种波信号效信号障碍物表面反射回超声波回波信号需测量距离数值
进行超声波测距时实际测距记录超声波发射电路发射超声波信号开始接收信号声波返时间差然通数计算出距离回波信号需进行检测效信号反射物体反射回波信号量避免检测时候检测余波信号余波发射超声波时超声波信号直接达接受探头波信号时余波信号超声波测量时存测量盲区原
超声波接收电路接收超声波回波单片机发出效信号单片机通外部中断改变记录回波信号达时间中断发生表示已接收回波信号时候停止计时读取计数器中数值数值需进行测量时间差数
程序中测距距离计算方法章中提公式（32） 进行计算中N计数器值声速值取340 ms
综合分析系统程序流程图系统程序流程图图41示
开始
单片机初始化
超声波模块复位
发射接收超声波
记录输出高电时间
计算测量距离
显示距离时蜂鸣器报警
延时
图41 系统程序流程图
42 系统子程序设计
421 中断处理程序
负责计算车尾障碍物间距离INT0中断程序根前面超声接收电路分析超声波集成模块接收超声波回波信号超声波接收电路会产生低电送单片机P32引脚系统中断系统转入中断处理程序进入中断处理定时器T0外部中断0立关闭时读取时间值回波接收标志位清零成功接收回波信号中断处理程序程序流程图图42示
开始
计时停止
关闭中断
距离计算处理
显示距离判断否报警
N
Y
指定报警声开启
返回
图42 中断处理程序流程图
422 蜂鸣器分段报警程序
程序根距离计算公式计算数距离结果远通数码显示时控制蜂鸣器鸣设计中利单片机P34引脚产生方波控制蜂鸣器鸣蜂鸣器报警程序程序流程图图43示
开始
显示距离
距离500cm
N
Y
距离20cm
N
蜂鸣器高频鸣
返回
图43 蜂鸣器报警程序流程图
43 章结
章硬件电路基础完成系统软件设计系统功进步解首先系统进行总体分析包括系统总体逻辑关系软件控制流程图次子程序进行分析根硬件电路模块划分系统软件子程序划分中断处理程序蜂鸣器分段报警程序等分部分设计思想运算方法指令集进行详细阐述
5 硬件组装调试
51 硬件组装调试
次设计汽车倒车测距仪HCSR04型超声波测距传感器模块体中心频率基稳定40 kHz安装时保持模块整摆放两超声波探头中心轴线行硬件组装连线焊接：P1口分接四位八段阳数码abcdefgdp引脚进行动态段扫描P2口P20P21P22P23控制四位数码片选P3口P34通三极连接蜂鸣器构成蜂鸣器报警电路进行蜂鸣器鸣报警P01端口接超声波模块发射端P02端口接超声波接收端作判断超声波否接收回波信号控制计数器停止计时
超声波测距时需测发射开始接收回波信号段时间里声波返时间差需接收回波信号进行检测检测效信号反射回波信号应该量避免检测余波信号超声波检测中测量盲区存原余波干扰缘超声波测距测距离传感器驱动功率测量方法关系理讲设计系统采超声波模块测距时存盲区约2cm左右设计理测量距离范围2cm～4m测量误差较测量显示值稳定基满足设计求
52测量结果
硬件电路制作应避免出现虚焊焊接短路情况完成调试便程序文件载单片机芯片试运行根实际情况修改超声波发生子程序次发送脉数两次测量间隔时间适应距离测量需表51示
表51 实际距离测量距离误差关系
实际距离（cm）
15
20
40
60
120
150
180
200
230
测量距离（cm）
20
20
405
61
119
1515
1785
198
2325
误差 （cm）
5
0
05
1
1
15
15
2
25
根文中电路参数程序测距器测量范围02~40m试验中测量范围015~230m物体做次测试次测量发现温度规律
(1)距离进行次测量取均值方法测数稳定性较2m范围变化均值误差超20mm
(2)测量误差着测距离增增
里误差包含两种种固定误差—测量起始位置探头压电晶片位置间距离种误差测量环境距离变化变化种变误差着距离增增接收超声波越阀值时间超声波实际达探头时间引起
（3）20mm盲区
53 误差分析
声波传输速度媒介弹性模量密度相关利声速测量距考虑素声速影响气体中压强温度湿度等素会引密变化气体中声速受密度影响液体深度温度等素会引起度变化固体中弹性模量声速影响较密度影响更般超声波固体传播速度快液体次气体中传播速度慢气体中声速受温度影响声波扰动机械声波传播中带机械量声传播中逐渐转变成热出现距离逐渐衰减现象称声吸收
1温度声速影响
空气中测量距离时根超声波测距公式LC×T知测距误差超声波传播速度误差测量距离传播时间误差引起温度影响声速素
超声波传播速度受空气密度影响空气密度越高超声波传播速度越快空气密度温度着密切关系
已知超声波速度温度关系： (51)
式中：R—气体普适常量M—气体分子量T—绝温度
似公式：℃ (52)
式中：C0零度时声波速度323msT实际温度(℃)
超声波测距精度求达1mm时必须超声波传播环境温度考虑进例温度0℃时超声波速度332ms 30℃时350ms温度变化引起超声波速度变化18ms超声波30℃环境0℃声速测量100m距离引起测量误差达5m测量1m误差达5mm
表52声速c温度关系温度变化认声速基变果测距精度求高应通温度补偿方法加校正声速确定测超声波返时间求距离系统加入温度传感器监测环境温度进行温度补偿文求精度高未加测温部分果提高精度里增加DS18B20测量环境温度模块果想增强系统性软硬件采抗干扰措施根环境温度确定声速提高测距稳定性准确性
表52声速c温度应表
温度(℃)
30
20
10
0
10
20
30
100
声速（ms）
313
319
325
323
338
344
349
386
2湿度超声波衰减程度影响
声波传播程中声压幅度媒质中声吸收衰减声强频高衰减增加进湿度超声波衰减程度定影响
3硬件电路引起时间误差
收发电路信号处理会回声时间产生y固定延迟时间引出定测量误差 外测量程中测量起始位置探头压电晶片位置间定距离测量结果造成定误差种误差测量环境距离变化变化属固定误差需进行硬件调试会改善完全消
54章结
章汽车倒车测距仪硬件进行组装调试进行实测量测量结果基达求产生误差原进行分析出减误差方法期未研究中够设计出更加完美方案
结
着社会发展距离长度测量求越越高超声波测距进行非接触测量相较高精度越越重视设计超声波测距仪距离进行测试进行定误差分析
文检测距离目标超声波工作原理超声波测距误差源作相应分析围绕开发基单片机超声波测距系统进行工作：
(1)探讨超声波测量技术分析超声波测距误差源提出系统总体设计思想
(2)设计STC89C52RC单片机核心超声波界面检测系统该系统具低成高精度微型化数字显示特点
(3)系统硬件设计基础系统软件需实现功进行分析设计系统程序流程分析中断程序程序间关系C语言逐实现功模块
力试验条件限设计足处系统然实现基功投入时需系统作进步完善提高：
(1)超声波测量距离环境直接相关设计中设定温度常温应范围相较果需扩测距范围根实际情况添加更合适温度传感器
(2)受实验条件限制设计未进行现场实验数采集实验仅局限实验室实际测量定差距
(3)超声波探头相安装位置影响渡越时间延迟造成误差误差源存软件角度数处理算法消误差干扰提高测量精度
致 谢
岁月荏苒四年学生活结束站毕业门槛回首昔汗水泪水成丝丝记忆酸酸甜甜直回荡值毕业文完成际谨关心爱护帮助表示诚挚感谢美祝愿
设计导师XX老师亲切关怀悉心指导完成课题选择文终完成老师始终予细心指导懈支持文字里行问倾注导师关怀心血严肃科学态度严谨治学精神精益求精工作作风深深感染激励着
谨老师致诚挚谢意崇高敬意
课题设计程中吴珊珊老师许学帮助正位老师力支持位学通力协助利完成学位文表示深深谢意
知识水限文中难免错误完善处谨请读者提出批评指正
衷心感谢百忙中抽出时间审阅文专家教授
参 考 文 献
[1] 沈红卫单片机应系统设计实例分析[M]北京航空航天学出版社2001
[2] 张毅刚单片机原理应[M]北京：高等教育出版社2001
[3] 杨恢先黄辉先单片机原理应[M]海：复旦学出版社2002
[4] 徐淑华程退安姚万生单片机微型机原理应[M]哈尔滨：哈尔滨工业学出版社1994
[5] 戴佳戴卫恒51单片机C语言应设计实例精讲[M]北京：电子工业出版社2007
[6] 立明．单片机应系统抗干扰技术[M]．北京：北京航空航天学出版社2000
[7] 涂时亮单片微机软件设计技术[M]．重庆：科学技术文献出版社重庆分社2003
[8] 邦田电子电路实抗干扰技术[M]北京：民邮电出版社1994
[9] 童诗白华成英模拟电子技术基础[M]北京：高等教育出版社2001
[10] 赵文博新型常集成电路速查手册[M]民邮电出版社2005
[11] 常敏王涵范江波等单片机应程序开发实践[M]电子工业出版社2009
[12] 胡瑞周锡青基超声波传感器测距报警系统设计[J]科技信息2009
[13] 李光飞李良楼然苗单片机C程序设计实例指导[M]北京航空航天学出版社2005
[14] 杜树春编著单片机C语言汇编语言混合编程实例详解[M]北京航空航天学出版社2006
[15] 田立田清等51单片机C语言程序设计快速入门[M]民邮电出版社2007
[16] 赵占林刘洪梅超声测距系统误差分析修正[J]科技情报开发济2002
[17] 宋明耀提高超声波测距精度设计[J]测试测量2004
[18] 李茂山超声测距原理实践技术[J]实测试技术1994
[19] 常静贺焕林减少超声波测距仪盲区研究[M]棉花加工技术2005
附录A 程序清单
******************************************************************
#include
#include
sbit RXP0^1
sbit TXP0^2
sbit BEEPP3^4
unsigned int time0
unsigned int timer0
unsigned char posit0
unsigned long S0
bit flag 0
Unsigned char const discode[] { 0xC00xe70x890x830xa60x920x900xc70x800x820xbf0xff**}
unsigned char const positon[4]{ 0xfe0xfd0xFB0xd7 }
unsigned char disbuff[4] { 0000}
********************************************************
void Display(void) 扫描数码
{
if(posit0)
{P1(discode[disbuff[posit]])&0x7f}
else
{P1discode[disbuff[posit]]}
P2positon[posit]
if(++posit>3)
posit0
}
********************************************************
void Conut(void)
{
timeTH0*256+TL0
TH00
TL00
S(time*17)100 算出CM
Stime*1085
S58*2 算出CM
if((S>500)||flag1) 超出测量范围显示
{
flag0
disbuff[0]10
disbuff[1]10
disbuff[2]10
}
else
{
disbuff[0]S1000100
disbuff[1]S100010010
disbuff[2]S100010 10
}
if (S<10)
{
BEEP0
}
if ((S>10)&&(S<500))
{
BEEP1
}
}
********************************************************
void zd0() interrupt 1 T0中断计数器溢出超测距范围
{
flag1 中断溢出标志
}
void zd1() interrupt 2 T0中断计数器溢出超测距范围
{
TH10x20
TL10x41
Display()
}
********************************************************
void zd3() interrupt 3 T1中断扫描数码计800MS启动模块
{
TH10xf8
TL10x30
Display()
timer++
if(timer>400)
{
timer0
TX1 800MS 启动次模块
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
_nop_()
TX0
}
}
*********************************************************
void main( void )
{
TMOD0x11 设T0方式1GATE1
TH00
TL00
TH10xf8 2MS定时
TL10x30
ET01 允许T0中断
ET11 允许T1中断
TR11 开启定时器
EA1 开启总中断
while(1)
{
while(RX) RX零时等
TR01 开启计数
while(RX) RX1计数等
TR00 关闭计数
Conut() 计算
}
} }
}
图1 单片机整体电路原理图
图2 超声波测距模块原理图
图3 设计实物图
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