车载超声波测距毕业论文基于52单片机的车用超声波测距系统设计与实现.doc
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1、 本科生毕业设计基于52单片机的车用超声波测距系统设计与实现Based on 52 single-chip ultrasonic distance measurement system for Car reversing学生姓名所在专业电气工程及其自动化所在班级申请学位工学学士指导教师职称副教授副指导教师职称答辩时间2012年 12 月 22 日目 录设计总说明IINTRODUCTIONII1设计的研究背景及意义11.1国内应用于汽车测距地方法对比12整体方案设计及器件的选择12.1超声波测距的原理12.2HC-SR04超声波测距模块的原理及参数22.3数据处理的核心:AT89S52芯片32.
2、4DS18B20芯片介绍52.5语音报警模块板载ISD1820芯片63超声波电路测距系统的硬件设计73.1整体电路设计73.2超声波模块电路73.3超声波显示电路设计93.4超声波温度补偿的电路设计103.5报警电路设计语音报警模块板载ISD1820芯片104超声波测距的软件系统设计114.1软件设计分析114.2软件设计思路114.2.1主程序114.2.2温度补偿流程图135调试及误差分析135.1软件调试135.1.1超声波发射启动:145.1.2超声波模块工作145.1.3测距计算155.1.4距离溢出处理及报警155.2 测试分析165.3误差分析17鸣 谢18参考文献19设计总说明
3、随着汽车产业的快速发展和人们生活水平的不断提高,我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时,驾驶员既要前瞻,又要后顾,稍微不小心就会发生事故。据相关调查统计,15的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此,增加汽车的后视能力,研制汽车后部探测障碍物的倒车报警装置便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。国内外的学者开始逐步重视倒车报警器在实际方面的应用,在低成本的基础上力求高精度,这对于降低生产成本、促进技术发展和普及倒车雷达具有很重要的意义1。本设
4、计采用AT89S52芯片为核心,三个HC-SR04超声波测距模块为采样对象,lcd1602为显示模块。三个超声波模块分别位于汽车的后方的左中右,实时把汽车后部距离障碍物的距离显示给驾驶员,当某个距离少于10cm时,ISD1820语音报警模块播报录音对驾驶员提出预警。经试验证明,这套系统软硬件设计合理,抗干扰能力强,实时性能好,可以有效地解决汽车倒车碰撞,能让汽车停靠的更加整齐,驾驶员更加轻松、安全地倒车。关键词:(52单片机;汽车倒车;超声波模块) INTRODUCTIONWith the rapid development of industry and the improvement in
5、 peoples living standards,more and more people have their cars in our country. The proportion of non-occupational car drivers also increased year by year. Reversing in the crowded, narrow roads, streets, parking lots, garages and other places make the drive pay too much attention and it is easily ca
6、use traffic accidents. According to surveys, 5% traffic accidents are due to the drivers can not see what is behind the car. So improving the sight behind the car is very important. If the drivers know the distance between the barrier and the car, they can avoid obstructions while Car reversing. The
7、 domestic and foreign scholars start to take the back-draft alarm apparatus used in the cars.My design is using AT89S52 chip at the core, Three HC-SR04 ultrasonic ranging module as a sample object, cd1602 as the demonstration module. Three ultrasonic modules which are located in the left rear of the
8、 car to the right. Tell the distance to the drivers at anytime. When one of the distances is less than 10cm, ISD1820 voice alarm module broadcasts recorded on drivers early warning.The test proved that this system is reasonable and it has strong anti-interference ability, it is a effective solution
9、to the auto reversing collision. Drivers can be more easily and safely reverse while having this system.KEYWORDS: 52 single-chip;Car reversing; Ultrasonic modules基于52单片机的车用超声波测距系统设计与实现电气工程及其自动化,指导教师:毕业设计说明书1 设计的研究背景及意义超声波是指频率高于20Khz的声波,属于机械波的范畴,遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律,如在介质中的分界面处发生的反射和折射现象,在进入介质后被介质吸收而发生的
10、衰减等,正是因为有这些性质,使得超声波可以用于距离的测量,随着经济的发展,科技水平的不断提高,电子测量技术应用越来越广泛,超声波测量精度高,成本低,性能稳定则备受青睐,所以超声波测距技术被广泛应用于人们的生活和工作中1。超声波测距是一种非接触检测技术,不受光线、被测对象颜色的影响,比其他仪器更加卫生,具有不污染、高可靠、寿命长等特点,被广泛应用于纸业、矿业等行业中,可在不同环境中进行距离测量的准确度的在线标定,可直接用于水、酒精、等液位控制,能达到工业实用的指标要求。因为超声波测距具有以上的这些特点,使得其在汽车防碰撞方面有广泛的应用1。1.1 国内应用于汽车测距地方法对比目前,运用于汽车的测
11、距的主要有以下四种方式:超声波测距、毫米波雷达测距、摄像系统测距、激光测距。雷达测距能够探测多目标,精度高,受天气影响较少,已达到实用水平。作为车载雷达,却存在着电磁波的干扰问题,必须防止因雷达间以及其他通讯设施的电磁波干扰而发生的误动作。目前,车载雷达测距主要作为防撞雷达,防止在高速公路上发生的追尾碰撞。 摄像系统测距模仿人体视觉原理,测量精度高。但目前价格较高,同时由于受软件和硬件的制约,成像速度较慢。 激光测距仪虽然具有测量时间短,量程大、精度高等优点,但同样被高昂的价格制约着他的发展。 超声波测距原理简单,制作方便,成本较低,虽然受环境因素不能用于远距离和高精度测量,但由于其理想的测量
12、距离为4-5米,用于汽车的倒车防碰撞刚好合适1。2 整体方案设计及器件的选择2.1 超声波测距的原理 谐振频率高于20Khz的声波称为超声波。超声波为直线传播方式,频率越高,反射能力越强,而绕射能力越弱。利用超声波这种特性,常常利用检测其发射时间进行测量。其工作原理是:超声波模块向介质发射超声波,声波遇到目标后必然有反射回波作用在模块上。若已知介质中胜诉为c,回波到达时刻与发射波的时间差为t,就可以算出发射点与反射点的距离为s: s=c*t/2. 2 式中的C为超声波在空气中的传播速度340m/s,其与温度有关。如果环境温度变化显著,必须考虑进行温度补偿。空气中声速与温度的关系可以表示为: c
13、=331.4+0.607t 2 2.2 HC-SR04超声波测距模块的原理及参数图 2-1 HR-SR04超声波集成模块正面外观图图2-2 HR-SR04超声波集成模块背面外观图HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感应测距功能,模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理:(1)、采用IO口TRIG触发测距,至少给出10US的高电平信号;(2)、模块自动发送8个40Khz方波,自动检测是都有信号返回;(3)、有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平的持续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;HC-S
14、R04超声波电气参数2.3 数据处理的核心:AT89S52芯片图2-3 AT89S52 单片机引脚图及实物图AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用3。 P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时,
15、引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下, P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验 时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动PLCC封装4
16、个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR) 时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平
17、。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号4。第二功能: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1)P3.4 T0(定时/计数器0) P3.5 T1(定时计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时
18、,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效5。 PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S52由外部程序
19、存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP:外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端6。2.4
20、DS18B20芯片介绍 由于考虑到汽车倒车环境的复杂性,对声速进行温度补偿将大大提高数据的准确性。DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域11。图 2-4 DS18B20的引脚图及实物图特点:独特的一线接口,只需要一条口线通信
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