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1、l摘 要 本设计采用以 AT89C52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。硬件部分采用 AT89C52 单片机作为控制器，主要有超声波发射电路、超声波接收电路和 LCD 显示电路。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。测试结果表明，该测距系统满足设计要求，具有性价比高及系统性能稳定等优点。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强
2、、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。关键词：单片机；超声波；测距lAbstractAt the core of the design using AT89C52 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine
3、 fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function The hardware part of the single-chip microcomputer as the controller by using AT89C52, mainly of ultrasonic transmitting circuit,
4、 receiving circuit and LCD display circuit. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.Experimental results show that the ranging system meets the design requirements, with the advantages of cost effective and system stability, etcThe research has led
5、to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satisfactory and by extension and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace
6、 and some industries spot supervision.Keywords：AT89C52;Silent Wave;Measure Distancel目 录摘要.IAbstract II1 绪论.11.1 引言11.2 汽车防追尾系统的发展.11.3 超声波测距研究现状21.4 汽车追尾的危害.31.5 研发汽车防追尾系统的必要性.41.6 本论文研究的主要内容.52 系统的方案设计.62.1 系统设计原理.62.2 原理框图63 系统的硬件设计.73.1 超声波的介绍.73.1.1 超声波简介.73.1.2 超声波时序图.83.2 超声波发射电路.93.2.1 元器件介绍9
7、3.2.2 超声波发射电路图.113.3 超声波接收电路.123.3.1 元器件介绍.123.3.2 超声波接收电路图.153.4 LCD 显示电路设计.173.4.1 元器件介绍.173.4.2 LCD1602 显示原理.223.5 LED 显示原理.243.5.1 元器件介绍.243.5.2 数码管显示原理.254 系统的软件设计.28l4.1 软件模块设计284.2 系统软件流程图.284.2.1 发射程序设计.314.2.2 LCD 显示子程序.324.2.3 外部中断服务子程序.335 系统的软硬件调试.35总结.36致谢.37参考文献.38附录.39l1 绪论1.1 引言随着公路交
8、通事业的迅猛发展，目前我国高速公路的总长应经跃居世界第二。高速公路的的大力发展，产生了极大的经济效益和社会效益。然而，高速公路作为一种新生事物，其安全管理、交通控制及信息采集与处理的若干关键技术还没有很好的掌握，因此，高速会带来触目惊心的安全负面效应。据报道，全国公路交通事故中，追尾碰撞事故约占 18%，而在全国高速公路交通事故之首。而追尾事故往往破坏极其严重。虽然举国震惊的 7.23 温州动车追尾脱轨事故已告一段落，但对动车追尾事故的讨论却方兴未艾。汽车追尾是一种覆盖全世界的流行性疫情病毒，是有车一族的常见高发病。有关数据显示：80%以上的群死群伤恶性交通事故开始是由追尾剐蹭引起的。因此，如
9、何避免追尾，如何把危害降到最低是全世界有车一族所要急迫解决的问题。近几年，城市汽车数量迅速增加。尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量更是逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型问题。由于存在视觉盲区，无法看见车后的障碍物，司机在倒车时很容易刮伤汽车，甚至发生事故。为了减少因此带来的损失，需要有一种专门的辅助装置帮助司机安全倒车。本文设计分析的基于超声波测距的汽车防追尾系统即是根据这一实际情况而应运而生的，具有较高的性价比。1.2 汽车防追尾系统的发展一般认为，关于超声的研究最初起始于 1876 年 F1Galton
10、的气哨实验。当时 Galton在空气中产生的频率达 300KHz，这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是，1912 年豪华客轮 Titanic 号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且没有显示，操作使用很不方便。随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。目前常用的测距方式主要有雷达l测距、红外测距、激光
11、测距和超声测距 4 种。与其他测距方法相比较，超声测距具有下面的优点： 超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。 超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。 超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。汽车在给人们带来现代文明享受的同时，也给人们带来了触目惊心的巨大损失。尤其是近年来，随着高速公路的发展，汽车行驶速度的不断提高，恶性交通事故频频发生，给人们的生命和财产带来了巨大的损失，车辆交通事故已经成为世界
12、范围内的“第一杀手” 。在这些事故中，恶性特大型事故不断增多，且以高速公路汽车追尾事故为最，少则几辆汽车，多则几十辆汽车，甚至多达百辆以上汽车相撞，造成了巨大损失。统计资料表明，在这些事故中，人为因素占 70以上。欧盟委员会 2001 年发布的白皮书数据表明，欧盟范围内每年有 41 万人死于交通事故，170 万人受伤，损失超过 1600 亿欧元。其中，95的道路交通事故发生与人有关，76的事故的责任在于驾驶员。这些人为的原因包括：驾驶员酒后驾驶、边驾驶边打电话、驾驶中与他人交谈、在高速公路上长时间行车过于疲劳困乏等，使得对外界发生的异常事件反应能力降低，从而引发交通事故；雾天由馏驶员视距的减小
13、而造成追尾事故；在高速行驶中，由于人的反应能力极限而导致交通事故等。这些由人为因素造成的交通事故，无法通过规范驾驶员行为加以有效克服。因此，开发研究能实时获取道路或车辆信息，及时提醒驾驶员或自动采取措施以避免出现危险情况的汽车防碰撞报警系统，就成了解决高速公路交通安全问题的根本途径。1.3 超声波测距研究现状近些年来，随着超声技术研究的不断深入，再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。而我国，关于超声的大规模研究始于 1956 年
14、。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。要利用和研究超声波，首先要设计和制作超声波发生器和检测超声波的探头。总体上讲超声波发生器可以分为两大类：一类使用电器方式产生超声波，一类是使用机l械方式产生超声波。电器方式包括压电型，磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛，液哨和气流璇笛等。他们所产生的超声波的频率，功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率
15、，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为 40KHZ 左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。本设计主要介绍以单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。超声波是一种频率在 20KHz 以上的机械波，在空气中的传播速度约为 340m/s(20C 时)。超声波可由超声波传感器产生，常用的超声波传感器两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波，目前较为常用的是压电式超声波传感器。超声波测距板采用 AT89C52 单片机晶振为 12M，单
16、片机用 P1.0 口输出超声波换能器所需的 40K 方波信号，利用外中断监测超声波接收电路输出的返回信号，显示电路采用简单的 4 位共阳 LED 数码管，段码驱动用 74LS244 集成电路，位码用 S8550 三极管驱动。本设计利用 52 单片机系统的 I/O 口，发出 40MHZ 的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现距离在 3m 内，盲区 7cm 的有效测距，测量精度为 1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够在 LED 上稳定的显示测量结果。该测距系统测量精度高，使用方便。可用于汽车倒车雷达、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。1.4 汽车追尾的危害据相关统计数据显示，在交通事故中，汽车追尾占到了 30至 40。在路上开车，就算你能保证不撞人，但不敢保证别人不撞你。车辆发生追尾后，不论是对车内乘员还是车辆本身，都会造成不同程度的损害。追尾：易引发车辆起火据清华大学汽车工程系博士生导师、中国汽车工程学会汽车安全技术分会主任委员周青教授介绍，目
