仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)的綜合實(shí)力顯著提高，人們的生活水平也越來(lái)越高，汽車走進(jìn)千家萬(wàn)戶。人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)汽車的使用率也越來(lái)越高，與此同時(shí)帶來(lái)的是道路的擁堵和車位的緊張。街道、停車場(chǎng)的車位數(shù)量減少的同時(shí)，停車位面積也會(huì)繼續(xù)縮小，停車難度也會(huì)同步提高。鑒于日常生活中倒車和停車的人越來(lái)越多，人們對(duì)倒車系統(tǒng)的安全性也有了更大的需求。本文以此為背景，提出了一種基于超聲波測(cè)距儀的汽車倒車系統(tǒng)。該系統(tǒng)在滿足便捷性和適用性的基礎(chǔ)上，融入了距離顯示和報(bào)警功能。
本文先對(duì)超聲波的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做出研究分析，結(jié)合多名學(xué)者在汽車倒車和停車方面的研究，提出了一種汽車倒車測(cè)距儀的設(shè)計(jì)方案。該超聲波測(cè)距儀可以顯示當(dāng)前距離，且具有報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)最小距離包含在危險(xiǎn)值中時(shí)，系統(tǒng)將有報(bào)警提示。
本文以汽車倒車測(cè)距儀為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一個(gè)STC89C51單片機(jī)為控制器的系統(tǒng)，該平臺(tái)采用超聲波測(cè)距技術(shù)。本文主要研究?jī)?nèi)容為：了解國(guó)內(nèi)外倒車儀系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景；自主設(shè)計(jì)和制造汽車倒車測(cè)距儀；其中超聲波元件檢測(cè)距離信號(hào)后將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)處理，然后由單片機(jī)判斷是否報(bào)警，具有LCD屏顯示。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示： 圖1-1總體設(shè)計(jì)框圖 本文內(nèi)容安排如下： 本文正文部分一共分為五章，詳細(xì)地介紹了汽車倒車儀的發(fā)展?fàn)顩r，完整地介紹了汽車倒車測(cè)距儀設(shè)計(jì)制作和實(shí)驗(yàn)調(diào)試的過(guò)程，每章內(nèi)容安排如下： （1）緒論：主要介紹了汽車倒車測(cè)距儀的發(fā)展背景，內(nèi)容和意義，以及國(guó)內(nèi)倒車儀產(chǎn)品和超聲波測(cè)距技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及本文要完成的工作； （2）硬件設(shè)計(jì)：本章首先對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，介紹系統(tǒng)所用的電子元件的比較和選擇，以及硬件電路的設(shè)計(jì)，包括主控電路，超聲波模塊監(jiān)測(cè)電路，其他電路（包括電源電路，顯示電路）的設(shè)計(jì)； （3）軟件設(shè)計(jì)：介紹了程序設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)思路以及流程，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和仿真； （4）系統(tǒng)調(diào)試：完成系統(tǒng)軟硬件調(diào)試工作，進(jìn)行物理功能的實(shí)驗(yàn)，調(diào)試和分析； （5）總結(jié)與展望：總結(jié)本文的主要工作內(nèi)容，并分析、總結(jié)不足之處，結(jié)合溫度控制系統(tǒng)目前的發(fā)展?fàn)顩r作出展望。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1汽車制動(dòng)距離要設(shè)計(jì)汽車倒車儀，就需要根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)理論來(lái)測(cè)量汽車的制動(dòng)距離。汽車減速的時(shí)候與時(shí)間的關(guān)系如圖2-1所示： 圖2-1 制動(dòng)減速度與時(shí)間的關(guān)系示意圖 其中車速為v，減速度的最大值為amax，汽車的制動(dòng)減速過(guò)程中可以分為三個(gè)階段。 （1）th-ta時(shí)間段。此時(shí)間段內(nèi)，汽車的移動(dòng)距離為s1。  （2.1）（2）ts時(shí)間段，此時(shí)間段內(nèi)，汽車的移動(dòng)距離為s2，，速度可以按照公式（2.2）進(jìn)行計(jì)算。  （2.2）移動(dòng)的距離s2可以根據(jù)公式（2.3）進(jìn)行計(jì)算。  （2.3）（3）tv時(shí)間段內(nèi)汽車移動(dòng)的距離s3，此時(shí)間段的初速度為v，因?yàn)闀r(shí)間段結(jié)束時(shí)，汽車已經(jīng)停止，所以末速度為0。可以按照（2.4）進(jìn)行計(jì)算s3。  （2.4）把上述計(jì)算得出的s1、s2和s3相加，就可以得出汽車制動(dòng)時(shí)候的全部距離。  （2.5）由于（2.5）的最后一項(xiàng)的數(shù)值很小，可以不予計(jì)算，所以可以對(duì)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出：  （2.6）圖2-2為當(dāng)前車輛與前車的位置示意圖，其中D為實(shí)際的行駛距離，D0為安全間距。劇烈小于此D0時(shí)，測(cè)距儀會(huì)通過(guò)超聲波檢測(cè)出來(lái)并進(jìn)行報(bào)警。 圖2-2本車與前車相對(duì)位置示意圖 2.2 超聲波技術(shù)人的耳朵能識(shí)別一定范圍內(nèi)的聲音，且所聽到的頻率必須在20hz到20khz之間，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的機(jī)械波稱為聲波。聲波可以根據(jù)頻率的不同分為三種類型，即次聲波、聲波、超聲波和超超聲波。如圖2-2所示。超聲波頻率應(yīng)高20KHz。 圖2-2聲波頻率界限圖 超聲波在物質(zhì)中的傳播速度的主要制約因素為介質(zhì)的密度。由于超聲波在空氣中傳輸?shù)臅r(shí)候只存在縱波，傳播速度公式如（2.7）：  （2.7）μ--超聲波在空氣中的傳播速度； γ--氣體熱容比； P--壓強(qiáng)； ρ--為介質(zhì)密度。 在理想氣體狀態(tài)下，有：  （2.8）把（2.8）帶入（2.7）中，可以得到超聲波在理想氣體中的傳播速度。  （2.9）上述式中： μ--超聲波的傳播速度； γ---氣體熱容比； R--氣體普適常量； T--絕對(duì)溫度； M--摩爾質(zhì)量。 從（2.9）可以看出，超聲波的超波速度會(huì)受到溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，考慮到溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響比較大，我們需要把溫度的速度的影響考慮在內(nèi)。 當(dāng)空氣溫度為0℃的時(shí)候，超聲波的傳播速度μ0=331.45m/s，當(dāng)空氣溫度為其它數(shù)值時(shí)，有如下公式（2.10）。  （2.10）可以根據(jù)（2.11）來(lái)對(duì)超聲波在空氣中的傳播速度進(jìn)行計(jì)算。  （2.11）其中t是空氣的溫度。在實(shí)際計(jì)算中，如果在一段時(shí)間內(nèi)溫度變化不是很明顯，在精度要求較低的情況下，超聲波的傳播速度可以認(rèn)為是固定的。如果對(duì)精度要求較高，則需要對(duì)該值進(jìn)行修正，并采用溫度補(bǔ)償。一般有兩種補(bǔ)償方法。可以使用溫度傳感器根據(jù)一定的邏輯公式進(jìn)行校正，也可以查詢相應(yīng)的溫度補(bǔ)償表。超聲波速度與溫度的關(guān)系如表2-1所示。 表2-1超聲波速度與溫度關(guān)系表 2.3測(cè)距方案設(shè)計(jì)圖2-3是系統(tǒng)信息處理的示意圖。單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)采用的是單片機(jī)STC89C51對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。STC89C51通過(guò)發(fā)射端發(fā)射超聲波信號(hào)，通過(guò)接收器接收到的反射信號(hào)。單片機(jī)將收集到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，然后顯示在顯示屏上。 圖2-3信息處理示意圖 超聲波距離測(cè)量可以使用超聲波發(fā)射設(shè)備和接收器之間的時(shí)間差來(lái)計(jì)算距離。本系統(tǒng)選擇的HC-SRO4超聲遙測(cè)模塊包括超聲控制電路，發(fā)射器和接收器。 在2厘米至500厘米的范圍內(nèi)，它可以顯示出良好的非接觸距離檢測(cè)效率，并且精度值最高為0.3厘米。 在測(cè)距過(guò)程中，STC89C51開始發(fā)送組脈沖序列，從0開始計(jì)數(shù)。超聲波通過(guò)超聲波發(fā)射端發(fā)射。超聲波在空氣中傳播，當(dāng)遇到前方車輛或障礙物時(shí)，超聲波反射回接收端。接收端接收到返回的信號(hào)后，再次發(fā)送到STC89C51進(jìn)行處理，此時(shí)停止計(jì)數(shù)，可以求得往返時(shí)間t。如果脈沖周期為T，則車輛與前車或車輛與障礙物之間的距離可按式(2.12)計(jì)算。  （2.12）式(2.12)中N為計(jì)數(shù)脈沖數(shù)。因?yàn)槌暡ㄋ俣群皖l率也已知，所以測(cè)量的距離與N成正比，只要讀取N的值，即可求得距離。 3 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀汽車倒車系統(tǒng)中，超聲波的處理通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。硬件部分可根據(jù)功能分為以下幾部分：MCU主控電路，超聲波電路，LED顯示電路和其他電路。整體硬件框圖如圖2-1所示。從該圖可以清晰的看出本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作流程。 圖3-1 體統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)原理圖如圖3-2所示： 圖3-2 系統(tǒng)原理圖 超聲波獲得的信息傳遞給單片機(jī)后，可以通過(guò)程序計(jì)算出障礙物和汽車之間的距離。然后，顯示在顯示屏上，當(dāng)觸發(fā)報(bào)警闕值時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，幫助司機(jī)獲取有價(jià)值的信息，為司機(jī)做出正確的響應(yīng)提供支持。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如果汽車與障礙物過(guò)近，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)蜂鳴器發(fā)聲、數(shù)據(jù)顯示屏亮度閃動(dòng)等方式做出警報(bào)反應(yīng)，提醒駕駛員。 3.2 主控模塊器件選型及設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)的選用目前，市場(chǎng)上有多種MCU，它們的價(jià)格和功能均相差較大，因此用戶的選擇范圍也很廣。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶有必要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇合適的MCU，主要考慮的有價(jià)格、功能、兼容等方面。 本文選用的是 STC89C51單片機(jī)，該單片機(jī)屬于C51系列，它可以通過(guò)串口直接下載。此外，該設(shè)備具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：看門狗，7矢量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（與傳統(tǒng)的51個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)兼容），MAX810復(fù)位電路，4個(gè)外部中斷，全雙工串口。 STC89C51的DIP封裝如圖3-3所示。 圖3-3 DIP封裝的STC89C51RC引腳圖 3.2.2 主控模塊設(shè)計(jì)主控模塊電路由STC89C51、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，它們構(gòu)成了MCU的最小系統(tǒng)。 MCU的復(fù)位由外部復(fù)位電路和MCU中的復(fù)位引腳RST實(shí)現(xiàn)。保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將完全復(fù)位MCU。本系統(tǒng)既使用了上電復(fù)位，同時(shí)，也運(yùn)用了手動(dòng)復(fù)位的復(fù)位鍵。 系統(tǒng)時(shí)鐘電路采用內(nèi)部設(shè)計(jì)。STC89C51內(nèi)部有實(shí)現(xiàn)振蕩器功能的放大器，用作具有片外晶體諧振器的反饋部件，以形成自激振蕩器。電容和頻率為12MHz的外部晶振并聯(lián)，連接在XTAL1和XTAL2。 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖3-4所示。  圖3-4 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 3.3 超聲波模塊器件選型及設(shè)計(jì)3.3.1 超聲波傳感器的選用本系統(tǒng)選用超聲波測(cè)距模塊HC-SR04來(lái)進(jìn)行距離的測(cè)量，該模塊工作電壓為5V，具有超小靜態(tài)工作電流2mA，探測(cè)精度可達(dá)0.3cm。HC-SRO4超聲波測(cè)距模塊提供了2cm-400cm的非接觸式距離。其工作時(shí)序圖如圖3-5所示。 圖3-5 HC-SRO4超聲波模塊工作時(shí)序圖 HC-SR04需要提供一個(gè)10uS以上的脈沖觸發(fā)信號(hào)來(lái)激活模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)入工作狀態(tài)后，模塊內(nèi)部發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測(cè)回波的到來(lái)。當(dāng)檢測(cè)到有回波信號(hào)時(shí)輸出回響信號(hào)。回響信號(hào)脈沖寬度與所測(cè)距離成線性相關(guān)。為了防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的干擾，觸發(fā)信號(hào)周期為60ms以上。HC-SR04實(shí)物圖和原理圖分別如圖3-6、3-7所示： 圖3-6 HC-SR04實(shí)物圖 圖3-7 HC-SR04原理圖 3.4 其他電路設(shè)計(jì)3.4.1顯示電路在本設(shè)計(jì)中，顯示電路的構(gòu)成部分為四位LED數(shù)碼顯示管，如圖3-3所示，在四位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管中，LED數(shù)碼管數(shù)量總計(jì)4個(gè)，并且每個(gè)數(shù)碼管的a段都會(huì)相連，引腳（11腳）總計(jì)1個(gè)，采用相同連接方式的還有b段、c段、d段、e段、f段、g段和dp段等，每個(gè)LED都具有相對(duì)獨(dú)立的公共端。LED顯示電路原理圖如圖3-8所示： 圖3-8 LED顯示電路原理圖 3.4.2 蜂鳴器電路蜂鳴器是一塊壓電晶片，在其兩端加上3~-5V的直流電壓，就能產(chǎn)生3KHz的蜂鳴聲。通過(guò)單片機(jī)軟件產(chǎn)生3KHz的信號(hào)從P2.0口送到三極管的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。在本系統(tǒng)中，當(dāng)超聲波模塊測(cè)得距離小于5cm時(shí)，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警，其電路原理圖如圖3-9所示： 圖3-9 蜂鳴器電路原理圖 3.5 硬件抗干擾整個(gè)電路原理圖如圖2-14所示，繪制完原理圖后就完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分。但僅是設(shè)計(jì)電路原理圖然后制作硬件設(shè)施是不夠的，實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的干擾，這些干擾會(huì)在生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生較多負(fù)面影響，因此需要采用抗干擾措施。抗干擾措施可以根據(jù)應(yīng)用對(duì)象，在大體上可以分為硬件抗干擾和軟件抗干擾，它們的目標(biāo)都是減少干擾在有用信號(hào)中的比例。硬件抗干擾主要是通過(guò)隔離和接地的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （1）隔離：主要用于過(guò)程通道的隔離。在電子設(shè)備和系統(tǒng)中，干擾信號(hào)常常會(huì)疊加在各種不平衡輸入和輸出信號(hào)上，或通過(guò)系統(tǒng)的供電線路竄入系統(tǒng)，對(duì)付這些干擾信號(hào)的辦法通常是采用隔離技術(shù)，即將噪聲源與信號(hào)線相互隔離的技術(shù)。在測(cè)量系統(tǒng)抗干擾的隔離措施中，光電耦合器是最常用的隔離器件。； （2）接地：接地是硬件電路中的重要環(huán)節(jié)，正確的接地可以使得系統(tǒng)不會(huì)相互干擾。接地時(shí)應(yīng)注意數(shù)字地和模擬地要分開接，使數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間不能相互干擾。此外，還應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)寬度的布線模式，從而保護(hù)硬件電路各個(gè)模塊之間盡量少受干擾影響。 4 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)的要求及思想4.1.1軟件編寫的要求在MCU系統(tǒng)中，硬件的設(shè)計(jì)和軟件的編寫時(shí)相輔相成的，它們二者缺一不可。軟件編寫的重要程度不亞于硬件的設(shè)計(jì)，在某些方面，軟件編寫難度還要高于硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)需要正確且合理的軟件程序來(lái)驅(qū)動(dòng)，在編寫程序時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： （1）簡(jiǎn)易性：程序結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，邏輯清晰，要容易理解和修改。在軟件編寫不是從頭編到尾，而是通過(guò)功能分塊化的方式，分別編寫多個(gè)功能模塊的程序，然后通過(guò)把他們調(diào)用到主程序中來(lái)實(shí)現(xiàn)總體的程序要求； （2）可靠性：該指標(biāo)在軟件程序的編譯過(guò)程中占據(jù)著最重要的地位。系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)不可避免的遇到各種突發(fā)情況以及干擾，此時(shí)應(yīng)該保證程序能夠及時(shí)的處理這些問(wèn)題，讓系統(tǒng)回到正常狀態(tài)； （3）準(zhǔn)確性：對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不管是數(shù)據(jù)采集還是控制輸出都需要系統(tǒng)有著較高的準(zhǔn)確性來(lái)支撐，否則即便整體程序沒有錯(cuò)誤，但是由于精度不高，不也不能完成指定的任務(wù)。因此，在設(shè)計(jì)硬件和編寫程序時(shí)，都應(yīng)考慮到準(zhǔn)確性和精確度方面的問(wèn)題； （4）實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)性是控制系統(tǒng)的常見要求，這要求系統(tǒng)不能存在較大的延時(shí)，要能夠迅速做出反應(yīng)。 綜上，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)并不簡(jiǎn)單，應(yīng)考慮多方面的因素，這就產(chǎn)生了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)思想，應(yīng)該合理的運(yùn)用這些編程思想以更好地實(shí)現(xiàn)用戶所需要的功能和要求。 4.1.2 軟件設(shè)計(jì)思想在面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)思想中，可以把把軟件系統(tǒng)的功能理解為輸入，處理和輸出，這要求程序有準(zhǔn)確的因果關(guān)系。另外還有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，即把復(fù)雜的程序工程零件化的思想，按照功能來(lái)把程序細(xì)分為一些小程序，然后在主程序匯總調(diào)用，形成死循環(huán)。這部分視為軟件的后臺(tái)，也可以叫做任務(wù)級(jí)。同時(shí)在面對(duì)一些特點(diǎn)情況時(shí)，需要程序跳出當(dāng)前的操作，轉(zhuǎn)而處理一些特定情況，這就是前臺(tái)，也可以稱為中斷級(jí)。本系統(tǒng)軟件正是基于這種軟件思想編制的。 4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)思想中，可以把把軟件系統(tǒng)的功能理解為輸入，處理和輸出，這要求程序有準(zhǔn)確的因果關(guān)系。另外還有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，即把復(fù)雜的程序工程零件化的思想，按照功能來(lái)把程序細(xì)分為一些小程序，然后在主程序匯總調(diào)用，形成死循環(huán)。這部分視為軟件的后臺(tái)，也可以叫做任務(wù)級(jí)。同時(shí)在面對(duì)一些特點(diǎn)情況時(shí)，需要程序跳出當(dāng)前的操作，轉(zhuǎn)而處理一些特定情況，這就是前臺(tái)，也可以稱為中斷級(jí)。本系統(tǒng)軟件正是基于這種軟件思想編制的。系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示，其中子程序流程圖如圖4-2所示。 圖4-1主程序設(shè)計(jì)流程圖 圖4-2子程序流程圖 4.3 軟件抗干擾措施4.3.1 按鍵的軟件消抖措施按鈕是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)按鍵被釋放時(shí)，開關(guān)打開，按鍵按住的時(shí)候，開關(guān)關(guān)閉。由按鈕的機(jī)械特性，當(dāng)按下的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)。抖動(dòng)的時(shí)間一般約為10ms——20ms； 目前，針對(duì)機(jī)械抖動(dòng)的消除一般有兩種方法：一種是使用波形電路來(lái)濾除抖動(dòng)，這屬于硬件消抖措施；另一種是軟件延遲方法，它使用軟件延遲來(lái)避免按下和提升按鈕時(shí)的抖動(dòng)周期，從而避免檢測(cè)干擾信號(hào)。 4.3.2 數(shù)字濾波數(shù)字濾波是MCU系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最常用的軟件抗干擾措施，此方法的優(yōu)勢(shì)在于：它無(wú)需添加額外的硬件，節(jié)約了成本，并且應(yīng)用靈活方便。但是此方法并不是完美的，它會(huì)以CPU的開銷為代價(jià)，占用一定的處理器的時(shí)間。如上文所述，本系統(tǒng)采用的是去極值平均濾波法。 4.4 本章小結(jié)本章主要是介紹了溫度控制系統(tǒng)的軟件程序方面的設(shè)計(jì)，分析了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的要求和思路。然后，選取了最主要的三個(gè)程序模塊，介紹了它們的設(shè)計(jì)流程和編譯重點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，從軟件去抖和數(shù)字濾波這兩方面討論了系統(tǒng)的抗干擾措施。 5 仿真與調(diào)試5.1 程序調(diào)試5.1.1 調(diào)試的難點(diǎn)軟件的故障只是內(nèi)在錯(cuò)誤的外部表象，表象和錯(cuò)誤之間通常沒有明顯的關(guān)聯(lián)。找到真正的原因并消除潛在的錯(cuò)誤并非易事，從技術(shù)角度發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的困難在于： （1）現(xiàn)象和原因的位置可能相差很遠(yuǎn)； （2）在糾正某些錯(cuò)誤的時(shí)候，可能此處故障現(xiàn)象暫時(shí)消失了，但內(nèi)部錯(cuò)誤可能并沒有排除； （3）現(xiàn)象可能是不易發(fā)現(xiàn)的人為失誤造成的； （4）錯(cuò)誤是由時(shí)序問(wèn)題引起的，與處理過(guò)程無(wú)關(guān)； （5）現(xiàn)象是由于輸入狀態(tài)難以準(zhǔn)確再現(xiàn)造成的（例如，在實(shí)時(shí)應(yīng)用中輸入順序是不確定的）； （6）現(xiàn)象可能會(huì)周期性出現(xiàn)，這種情況在軟、硬件結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常遇到。 5.1.2 軟件調(diào)試步驟軟件的編譯和調(diào)試是要交叉同步進(jìn)行的，在完成相關(guān)模塊程序的編譯后就要將該程序燒錄到MCU仿真電路中進(jìn)行調(diào)試，觀察該程序是否能在硬件電路上準(zhǔn)確無(wú)誤地運(yùn)行，當(dāng)設(shè)計(jì)者完成一個(gè)模塊的調(diào)試后，就進(jìn)入下一個(gè)模塊的軟件調(diào)試的步驟。模塊的調(diào)試順序也并不隨意進(jìn)行的，而是要根據(jù)邏輯關(guān)系來(lái)判斷程序的運(yùn)行順序和他們之間的關(guān)系，從而確定模塊先后調(diào)試順序。 本系統(tǒng)才用的程序編譯軟件是KEIL C51，該軟件是美國(guó)Keil軟件公司出品的能夠兼容MCU的C語(yǔ)言的編譯軟件。相比于其他的程序編譯軟件，它具有可視化和模塊化編譯的優(yōu)點(diǎn)。 KEIL C51編譯界面如圖5-1所示。 圖5-1 程序編譯軟件 調(diào)試的過(guò)程就是通過(guò)對(duì)表象的分析找出內(nèi)在錯(cuò)誤。當(dāng)軟件測(cè)試成功后，軟件調(diào)試工作才開始，與前者不同的是，調(diào)試的工作是繼續(xù)排除錯(cuò)誤。因?yàn)橛行﹥?nèi)在錯(cuò)誤雖然沒有外部故障表現(xiàn)出來(lái)，但是它始終會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。 一個(gè)系統(tǒng)能否完成預(yù)期的功能可以通過(guò)設(shè)計(jì)者利用相關(guān)的調(diào)試看出來(lái)，設(shè)計(jì)者通過(guò)一些調(diào)試程序來(lái)調(diào)用相關(guān)的功能，檢查這些功能是否能夠正常運(yùn)行。調(diào)試的過(guò)程大概分為以下幾個(gè)部分： （1）根據(jù)系統(tǒng)的功能來(lái)劃分模塊； （2）分別確定這些模塊的流程圖，然后開始編寫對(duì)應(yīng)的程序； （3）調(diào)試相應(yīng)的功能模塊的程序，使其完成對(duì)應(yīng)模塊的功能要求，然后將各個(gè)子程序模塊結(jié)合起來(lái)，在主程序中進(jìn)行調(diào)用； （4）調(diào)試總程序，直到整個(gè)程序能完成預(yù)期功能，然后對(duì)程序進(jìn)行修改和簡(jiǎn)化操作。 5.2 系統(tǒng)仿真調(diào)試設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用Proteus進(jìn)行仿真，以便驗(yàn)證設(shè)計(jì)。由于在Proteus中沒有HC-SRO4模型且無(wú)法對(duì)超聲波器件進(jìn)行仿真，需要設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)器件模擬HC-SRO4，采用兩個(gè)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)HC-SRO4所測(cè)量數(shù)據(jù)的大小，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后在LED上顯示出來(lái)，當(dāng)距離小于5cm時(shí)，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警。汽車倒車測(cè)距儀仿真圖如圖5-2所示： 圖5-2 汽車倒車測(cè)距儀仿真圖 6 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)本文的主要研究工作時(shí)基于超聲波測(cè)距技術(shù)的單片機(jī)汽車倒車儀設(shè)計(jì)，在了解國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的發(fā)展，應(yīng)用和研究現(xiàn)狀后，提出了自己的設(shè)計(jì)方案。使用STC89C51單片機(jī)作為設(shè)計(jì)核心，使用HC-SR04作為超聲波元件，采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并在仿真軟件中進(jìn)行了成功的仿真。仿真結(jié)果表明，本系統(tǒng)擁有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度，能夠很好的完成工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)計(jì)要求。 本系統(tǒng)可以保證汽車在倒車狀態(tài)下，汽車可以測(cè)量后面的障礙物和距離，并且顯示在LCD屏幕上，當(dāng)?shù)竭_(dá)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。實(shí)驗(yàn)表明，該測(cè)距系統(tǒng)的可靠性和測(cè)距算法的有效性較強(qiáng)。雷達(dá)最短距離0.2m，最長(zhǎng)距離5.0m，測(cè)量誤差小于3%。 6.2展望本系統(tǒng)測(cè)距的方式僅僅選擇了探頭探測(cè)，因此在對(duì)后方障礙物的定位方面存在一定缺陷。如果將探頭數(shù)量增加，那么可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的準(zhǔn)確定位，使系統(tǒng)測(cè)量盲區(qū)得到縮小，并與車載網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)設(shè)備組成·個(gè)防撞系統(tǒng)，將會(huì)對(duì)汽車和人起到很好的保護(hù)作用。 由于該系統(tǒng)的距離測(cè)量方法只選擇了探頭的檢測(cè)，故而在后方障礙物的定位中存在一定的缺陷。所以可以增加探頭的數(shù)量并使之分布在汽車的四周，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的精確定位和對(duì)汽車四周多方位的距離探測(cè)，進(jìn)而提高行車和倒車時(shí)的安全性和可靠性。
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