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1、本 科 毕 业 设计 报 告设计题目：基于单片机的汽车倒车测距仪报 告 作 者： 指 导 教 师： 专 业： 电子电气工程学院2016年4月16日摘要汽车倒车时，很难掌握到尾部的视野。往往由于看不到障碍物，在倒车时擦碰到尾部，造成不必要的损失。为了预防擦碰障碍物，设计出了一款基于单片机的汽车倒车测距仪。本次设计主要是利用STC89C52单片机、超声波传感器完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警，及时提醒车主减速刹车，
2、避免擦碰。关键词：超声波传感器;STC89C52 目录目录1 系统方案11.1 主控芯片的选择11.2 距离测量模块的选择11.3四位数码管显示模块的选择12 总体设计方案及论证12.1 总体方案设计13 硬件实现及单元电路设计23.1 主控制模块23.2 电源设计33.3 超声波测试模块33.4 时钟电路的设计43.5 复位电路的设计43.6 声音报警电路的设计43.7 显示模块54 软件设计54.1 主程序工作流程图55测试方案与测试结果75.1 测试方案75.1.1 硬件测试75.1.2 硬件软件联调85.2测试条件与仪器85.3 测试结果及分析85.3.1 测试结果85.3.2测试分析
3、与结论86 结论与心得87 参考文献9附 录102016届电气工程与自动化专业学士学位毕业论文（设计）1 系统方案本系统主要由主控芯片、距离测量模块、报警模块、按键控制模块、四位数码管显示模块组成。1.1 主控芯片的选择单片机比较方案一：采用Atmel 公司的51系列单片机Atmel 公司的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是在线调试功能不叫差，程序调试需要专用的仿真器，仿真器价格高昂，并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。方案二：采用STC公司的51系列单片机STC公司的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，在线调试简单，只需要TX,RX两根线可以做到烧录程
4、序与在线调试。外围电路简单，抗干扰能力强。通过比较，选择方案二，采用STC系列单片机STC89c52作为控制器。1.2 距离测量模块的选择方案一：超声波测距超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响。方案二：红外线测距用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红外线传播时的不扩散原理 ：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都
5、会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。汽车倒车距离比较短，所需要求不是特别高综合考虑选择超声波测距。1.3四位数码管显示模块的选择方案一：采用1602字符液晶进行显示能显示字符，控制简单，良好的背光性能，功耗低方案二：采用12864液晶进行显示价格较高，电路占用面积大，不利于小型化。方案三：采用数码管显示显示字符，控制简单，价格便宜，功耗低。综合考虑，为了更便于操作以及后期开发，选择方案三2 总体设计方案及
6、论证2.1 总体方案设计本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。系统采用STC89C52单片机作为核心控制单元,当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理。然后控制蜂鸣器报警。系统总
7、体的设计方框图如图1所示。电源STC89C52主控制器模块按键控制超声波传感器模块4位数码管显示模块蜂鸣器报警模块图1 系统方框图3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主控制最小系统电路如图2所示。图2 最小系统硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键, 一个加键，一个减键。图3 总设计电路图3.2 电源设计电源部分的设计采用3节5号干电池4.5V供电。3.3 超声波测试模块超声波模块采用现成的超声波模块，该模块可提2cm-
8、400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。实物如下图4。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。图4 超声波模块实物图超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给Trig口至少10us的高电平，
9、启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2，单位为m。程序中测试功能主要由两个函数完成。实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE）/ 1000 其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。3.4 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为
10、片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图5所示为时钟电路。图5 时钟电路图3.5 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是自动复位电路。3.6 声音报警电路的设
11、计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P13引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。图6 声音报警电路图3.7 显示模块显示模块采用数码管显示接口电路如图7图7 数码管电路4 软件设计4.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图8所示；系统初始化报警结束测得距离与设定值比较，小于距离比较，报警是否持续开始启动报警电路开始报警再次检测等待下次报警结束YNNYYN图8主程序工作流程图超声波探测程序流程图：开始关闭定时器1将计数器1清零启动定时器1YECHO端口是低电平吗N时间过了1470us了吗ECHO端口是高吗YYN关闭定时器
12、1关闭定时器1N返回FALSE返回TRUE图9超声波探测程序流程图5测试方案与测试结果5.1测试方案5.1.1 硬件测试1)对每个设备进行独立上电测试，检验其能否正常工作；2）焊接完成后，用万用表检测是否存在虚焊或者焊接错误等情况；3）将外围设备接入继电器，并将所有外围设备并联在一起，便于操作和整体美观性的提升。5.1.2 硬件软件联调整体方案为先将每个模块独立，编写简单程序，测试每个模块能否正常工作。然后在系统地编写程序，最后整体调试，完成测试。具体步骤如下：1）编写一个程序，让四位数码管显示字符。2）加入测量模块，看四位数码管显示距离多少。3）加入按键，按下设置键看是否进入设置界面。4）加
13、入报警模块看是否报警。5.2测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。5.3测试结果及分析5.3.1 测试结果接通电源，按下设置键，设置好安全距离，再按退出设置界面，面对障碍物移动，显示器显示此时距离障碍物的距离。距离大于安全距离时报警器不报警，一旦距离小于安全距离，报警器开始报警。5.3.2测试分析与结论按下设置键，再按加（减）键，设置好安全距离为0.5M，如图10所示，开始测距，当测试距离大于安全距离，如图11所示，报警器不鸣叫。显示与障碍物
14、的距离为0.72M，移动小车模型到小于安全距离0.5M时，报警器报警。如图12 所示，移动小车模型距障碍物大于安全距离时，停止报警。 图10 设置安全距离 图11大于于安全距离 图12小于安全距离根据上述测试，由此可以得出以下结论：正常综上所述，本设计达到设计要求6 结论与心得本设计研究了一种基于单片机技术的超声波智能测距报警系统。该系统通过以STC89C52单片机为工作处理器核心，超声波传感器，它是一种新颖的被动式超声波探测器件，能够以非接触测出前方物体距离，并将其转化为相应的电信号输出.该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。7 参考文献1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报,2001.4552.2 宋文绪
