——10
Hz，其中通常的頻率大約在10
——3
之間。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時(shí)，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴(kuò)散；反之，如果超聲波的波長與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴(kuò)散。基于單片機(jī)倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院， 南京210044
摘要：對(duì)于汽車倒車防撞問題，提出了將超聲波測距儀和單片機(jī)結(jié)合于一體的方案,并給出了一種基于AT89C51單片機(jī)的倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)系統(tǒng)中控制部分、發(fā)射部分、接收部分、顯示部分和報(bào)警部分出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理。本文采用一種簡單易行的測距原理建立了防撞報(bào)警系統(tǒng),具體分析了倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及各部分元件的設(shè)計(jì)方案，充分描述了超聲波測距的原理及應(yīng)用，并介紹了我國在超聲波測距的發(fā)展現(xiàn)狀，不過還有一些無法避免的測量誤差，還需日益俱進(jìn)的科學(xué)發(fā)展加以解決。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)勢在必行。超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離和低速狀況，并且在汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴凵洌瓷洌缮妫苌洌⑸洹３暡y距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時(shí)，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。
1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀
汽車倒車防撞測距報(bào)警器是國家安全技術(shù)發(fā)展期間重點(diǎn)開發(fā)的科研項(xiàng)目之一。以往的汽車倒車測距一般有四種：1嘀嘀聲加閃光、2音樂聲加閃光、3語音聲加閃光、4倒車到危險(xiǎn)距離時(shí)發(fā)出警報(bào)聲的超聲波倒車報(bào)警器。由于很多研究都采用的是特殊難購且稀有的專用元件，使其難以推廣。而本設(shè)計(jì)采用國內(nèi)生產(chǎn)的通用元件，成本較低廉，并且使其在整個(gè)倒車過程中自動(dòng)測量車尾到最近障礙物的距離，在倒車到極限距離時(shí)會(huì)發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車，避免事故的發(fā)生。
本論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及工作原理，闡述了超聲波傳感器的原理、特點(diǎn)、分類；對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進(jìn)行了討論和研究，以及在超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了報(bào)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；并且設(shè)計(jì)了系統(tǒng)發(fā)射、接收電路，并仔細(xì)介紹了系統(tǒng)各設(shè)計(jì)單元的原理及它們的工作原理。
——10Hz，其中通常的頻率大約在10——3之間。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時(shí)，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴(kuò)散；反之，如果超聲波的波長與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴(kuò)散。
=（
）
——介質(zhì)的密度；
——絕對(duì)壓縮系數(shù)。
。（T為環(huán)境溫度）。
（細(xì)棒）
（薄板）
（無限介質(zhì)）
——泊松系數(shù)；
（無限介質(zhì)）
介于0——5之間，因此一般可視為橫波聲速為縱波的一半。 
——分別為聲波的入射角和反射角；
——分別為兩介質(zhì)的特征阻抗，其中
為反射波和折射波的速度。反射角、折射角與聲速滿足折射定律關(guān)系式：
。
，則：
>
，入射波完全被反射，在相鄰兩個(gè)介質(zhì)中沒有折射波。
——距離聲源x=0處的聲壓和聲強(qiáng)；
——超聲波與聲波間的距離；
（奈培/厘米）。
和
不等，波程差為d的兩個(gè)波干涉為例，該兩個(gè)波合成振幅為
，其中
為波長。從上式看出，當(dāng)d=0或d=
（
為整數(shù)）時(shí)，合成振幅
達(dá)到最大值；當(dāng)d=
時(shí)，合成振幅
為最小值。當(dāng)
時(shí)，
；當(dāng)d
的奇數(shù)倍時(shí)，兩波相互抵消合成幅度為0。
發(fā)射部分的電脈沖電壓很高，但是由障礙物回波因其的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓不過幾十毫伏，要對(duì)這樣小的信號(hào)進(jìn)行處理就必須放大到一定的幅度。接收部分就由三級(jí)放大電路，檢波電路及門限判別電路構(gòu)成的，其中包括雜波抑制電路。最終達(dá)到對(duì)回波進(jìn)行放大檢測，產(chǎn)生一個(gè)單片機(jī)能夠識(shí)別的中斷信號(hào)作為回波到達(dá)的標(biāo)志。但是由于超聲傳感器固有特性，即盲區(qū)的存在，對(duì)于回波的接收和處理造成了相當(dāng)程度的影響。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件原理圖如圖3及PCB雙面板如圖4：
圖3 系統(tǒng)硬件原理圖
圖4 PCB雙面板
3.1 最小單片機(jī)模塊
本方案使用的單片機(jī)是AT89C51。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)。片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。
單片機(jī)最小模塊常包含：復(fù)位電路，晶振電路，p0口排阻，電源接口電路，串口電路（本單片機(jī)程序都是從開發(fā)板上燒寫進(jìn)入，無需增加串口電路，可節(jié)約成本）。
3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)報(bào)警電路由一個(gè)三極管和一個(gè)喇叭組成。
圖5 系統(tǒng)報(bào)警電路
3.4.1 LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：
顯示容量:16×2個(gè)字符
芯片工作電壓:4.5—5.5V
工作電流:2.0mA(5.0V)
模塊最佳工作電壓:5.0V
字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
3.4.2 LCD1602各引腳功能：
第1腳：VSS為地電源。
第2腳：VDD接5V正電源。
第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。
第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。
第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。
第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。
第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。
第15腳：背光源正極。
第16腳：背光源負(fù)極。
4系統(tǒng)軟件程序
T0中讀取出來的時(shí)間差數(shù)據(jù)并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)闀r(shí)間差值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為S=0.5*V*T。其中，V為聲音在常溫下的傳播速度，T為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間，在這個(gè)部分中，信號(hào)處理包括計(jì)數(shù)值與距離值換算，二進(jìn)制與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換。
在這漫長而又短暫之中，通過自己不斷地學(xué)習(xí)，不斷地努力與拼搏、不斷地對(duì)新知識(shí)的追求與索取、不斷地自我發(fā)現(xiàn)、感到自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)水平提出高了許多，對(duì)知識(shí)的掌握程度也加深了許多，對(duì)知識(shí)之間的相互聯(lián)系也有了更深的了解；通過不斷地提高自己的認(rèn)識(shí)水平與能力、不斷地學(xué)習(xí)新方法、新思想、新的思維方式、不斷地改變自己的人生觀和方法論、感到自己不但成長且成熟了許多；通過不斷地把課本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，不斷地把查閱到的資料與文獻(xiàn)中有用的東西應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)，不斷地把所學(xué)的理論與方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)之中，從而提高了自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
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致 謝
歷時(shí)半載，從論文選題到搜集資料，從開題報(bào)告、寫初稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。
最后，我要感謝四年的大學(xué)生活，感謝南京信息工程大學(xué)濱江學(xué)院08級(jí)電科班的所有老師同學(xué)以及我的家人和那些永遠(yuǎn)也不能忘記的朋友，他們的支持與情感，是我永遠(yuǎn)的財(cái)富。
51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測距報(bào)警系統(tǒng).doc
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