小车智能控制功能项目报告.docx

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小车智能控制功能项目报告

《单片机系统设计》

项目设计报告

项目设计题目：

小车智能控制功能的实现

系部：

电子信息与控制工程系

班级：

电子11201班

组号:

小组成员：

指导教师：

2013年11月25日

摘要

随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量大幅攀升。

交通拥挤状况也日益严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人生伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。

控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。

因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。

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。

各探头的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。

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。

设计通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个单元的原理进行了介绍。

对组成系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。

论文介绍了系统系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。

最后，通过对系统的误差分析，给出了较完善的方案。

目录

一、学习目的

1、设计的目的

随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。

但就目前技术水平来说，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。

展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具，在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需要，如倒车雷达，工地及工业现场，声纳探测等方面都有其广泛的应用，经济，军事，文化方面都有重要的应用价值。

毋庸置疑，未来的超声波测距仪将于自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。

随着测距仪的技术进步，测距仪从具有单纯判断动能，发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。

在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。

2、设计的意义

随着社会飞速发展，人们生活水平的不断提高，车愈来愈成为人们不可缺少的最常用的交通工具，交通安全问题变的日益严重。

而通过研究汽车倒车雷达系统，可以达到很高的采集速率和精度。

汽车倒车时可以检测车辆后面的障碍物、并显示其距离，至危险区域后会自动报警。

本设计综合了电子技术、计算机技术、数据处理技术等知识，设计利用单片机控制的汽车倒车雷达超声波测距系统，实现汽车倒车的安全保障。

二、超声波测距系统的设计思路

1、超声波测距原理

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF。

它通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所发射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S。

一般采用渡越时间发：

即S=CT/2，其中S为测量点与被测物体之间的距离，C为声波在介质（此处指空气）中的传播速度，T为超声波发射到返回的时间间隔。

由于超声波也是一种声波，其声速C与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米/秒。

下表列出了几种温度下的声速关系：

温度（℃）

-30

-20

-10

0

10

20

30

100

声速（m/s）

313

319

325

323

338

344

349

386

图超声波波速与温度的关系表

在进行计算时，如果温度变化不大，则可认为声速C是基本不变的，计算时取C为340M/S。

如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿的方法或者在硬件电路基本不变的情况下，通过软件改进算法的方法来加以校正。

如果环境温度变化显著，则必须考虑温度补偿问题。

声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

2、超声波测距原理框图

图超声波测距仪原理框图

单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。

三、设计的任务和要求

1、设计任务

利用8051单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、环境温度采集电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽车倒车距离显示与控制。

2、设计技术要求

（1）距离测量范围越大越好

（2）测量误差越小越好

（3）倒车距离缩短时时自动报警

3、设计内容

（1）系统硬件电路设计（包括：

超声波发射、超声波接收、显示部分）。

（2）软件程序流程设计。

4、设计成果

（1）项目设计报告1份

（2）PPT

（3）上台讲述

四、课题的方案设计与论证

1、系统整体方案的设计

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。

利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，超声波发生器可以分为两大类：

一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

利用超声波测距原理，测量汽车倒车时的安全距离，当车辆与后方车辆的距离小于安全距离时，发出声光报警，并显示车辆与后方车辆的距离，提醒驾驶员及时采取减速、制动等措施，从而达到避免车辆与后方车辆的碰撞等事故。

整个系统由超声波发射、超声波接收、51单片机控制系统、距离显示等设备组成。

2、系统整体方案的论证

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。

本设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。

超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。

由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。

五、系统的硬件结构设计

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路三部分。

单片机采用AT89C51单片机。

采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。

单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。

显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。

1、单片机的功能特点及测距原理

单片机的功能特点

51系列单片机中典型芯片（AT89C31）采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：

IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。

特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器（E~PROM），使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。

5l系列单片机提供以下功能：

4kb存储器；256BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。

空闲方式：

CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。

掉电方式：

保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。

5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。

充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统

单片机实现测距原理

单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S＝Ct／2，（C为超声波波速）。

限制该系统的最大可测距离存在4个因素：

超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角及接收换能器的灵敏度。

接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。

由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。

2、超声波发射电路的设计

超声波发射电路原理图如图2-2所示。

发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。

输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。

上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。

超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

图超声波发射电路原理图

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。

超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

3、超声波接收电路的设计

集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。

考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，因为当CX20106A接受到40KHZ的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入，可以利用它制作超声波接收电路（如图2-3）。

实验证明用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。

适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

#include//器件配置文件

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitRX=P1^4;

sbitTX=P1^5;

unsignedinttime=0;

unsignedinttimer=0;

floatS=0;

bitflag=0;

intA,Z,C,D;

ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

unsignedchardisbuff[4]={0,0,0,0,};

voidmoto_left（）

{

P1=0x02;

}

voidmoto_forward（）

{

P1=0x0a;

}

voiddelay（uchari）

{

ucharj,k;

for（j=i;j>0;j--）

for（k=125;k>0;k--）;

}

voidDisplay（）

{

P2_0=0;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;

P0=table[disbuff[A]];

delay

（2）;

P2_0=1;P2_1=0;P2_2=1;P2_3=1;

P0=table[disbuff[Z]];

delay

（2）;

P2_0=1;P2_1=1;P2_2=0;P2_3=1;

P0=table[disbuff[C]];

delay

（2）;

P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=0;

P0=table[disbuff[D]];

delay

（2）;

}

voidConut（void）

{

time=TH0*256+TL0;

TH0=0;

TL0=0;

S=（time*1.87）/100;

if（（S>=700）||flag==1）//超出测量范围显示“-”

{

flag=0;

A=10;

Z=10;//“-”

C=10;//“-”

D=10;//“-”

}

else

{

A=S/1000;

Z=S%1000/100;

C=S%1000%100/10;

D=S%1000%10%10;

}

/*if（flag==1）

{

flag=0;

}

if（S<30&&S>0）

{

moto_left（）;

}

else

{

moto_forward（）;

}*/

}

voiddelayms（unsignedintms）

{

unsignedchari=100,j;

for（;ms;ms--）

{

while（--i）

{

j=10;

while（--j）;

}

}

}

voidStartModule（）

{

TX=1;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

TX=0;

}

voidmain（void）

{

TX=0;

RX=0;

TMOD=0x01;

TH0=0;

TL0=0;

ET0=1;

TR0=0;

EA=1;

while

（1）

{

StartModule（）;

while（!

RX）;

TR0=1;

while（RX）;

TR0=0;

Conut（）;

}

}