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免费毕业论文--超声波测距汽车倒车防撞雷达(一(5)

2013-06-15 01:35 能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。
 

主要功能特性：
 兼容MCS51指令系统  2k可反复擦写(>1000次）Flash ROM 
 5个双向I/O口  6个中断源 
 两个16位可编程定时/计数器  2.7-6.V的宽工作电压范围 
 时钟频率0-24MHz  128x8bit内部RAM 
 两个外部中断源  两个串行中断 
 可直接驱动LED  两级加密位 
 低功耗睡眠功能  内置一个模拟比较放大器 
 可编程UARL通道  软件设置睡眠和唤醒功能 

3.2 超声波接收芯片
3.3 声光报警电路芯片
3.4 测温电路芯片

4，超声波倒车雷达硬件设计
4.1 超声波倒车雷达的工作原理
 倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。
 如图A所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。

 图A 系统工作原理框图

4.2 超声波发射电路
 超声波发射电路
 超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能器”）选用CSB40T，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前者利用软件产生40kHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无须驱动电路，但缺乏灵活性。
 本设计采用第一种方法产生超声波，电路设计如图B所示。40kHz的超声波是利用555时基电路振荡产生的。其振荡频率计算式为f=1.43/((R 9+2·R 10)·C 5)。将R 10设计为可调电阻的目的是为了调节信号频率，使之与换能器的40kHz固有频率一致。为保证555时基具有足够的驱动能力，宜采用+12V电源。CNT为超声波发射控制信号，由单片机进行控制。
 
 图B 超声波发送模块电路
4.3 超声波接收电路
 超声波接收电路
 超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采用CSB40R，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。正弦波信号不能直接被单片机接收，必须进行波形变换。按照上面所讨论的原理，单片机需要的只是第一个回波的时刻。接收电路的设计可采用专用接收电路，也可采用通用电路来实现，如图C所示。

 图C 超声波接收模块电路 （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.com发布）
  超声波在空气中传播时，其能量的衰减与距离成正比，即距离越近信号越强，距离越远信号越弱，通常在1mV～1V之间。当然，不同接收探头的输出信号强度存在差异。由于输入信号的范围较大，对放大电路的增益提出了两个要求：一是放大增益要大，以适应小信号时的需要；二是放大增益要能变化，以适应信号变化范围大的需要。另外，由于输入信号为正弦波，因此必须将放大电路设计成交流放大电路。为减少负电源的使用，放大电路采用单电源供电，信号放大和变换采用了一片LM324通用运算放大器，前三级为放大器设计，后一级为比较器设计。LM324既可以双电源工作，也可以单电源工作，因此能满足使用要求。为满足交流信号的需要，每一级的放大器均采用阻容电路进行电平偏移，即图3中的C7、C21、C22和C24，容量均为10μF，实现单电源条件下交流信号的放大。对于交流信号而言，电容为短路，因此前三级放大电路的增益均为10。距离较近时，两级放大的增益已能够输出足够强度的信号了，第三级有可能出现信号饱和，但距离较远时，必须采用三级放大。合理调节电位器R27，选择比较基准电压，可使测量更加准确和稳定。

4.4 声光报警电路
声光电路设计
 声光报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员，声光电路设计如图D所示。M3720是单声一闪灯报警音效集成电路，芯片内存储一种报警音效，可直接驱动蜂鸣器发声或经外接功放三极管推动扬声器放音，同时还能驱动一只LED闪烁。该芯片各引脚功能为：5脚VDD；1脚VSS分别为电源输入端与负端，VDD电压3～3.5V；8脚X和1脚Y分别为芯片外接振荡电阻器；6脚TG为触发控制端，低电平触发有效；3脚BZ和2脚BB分别为报警音效输出端，可直接外接压电陶瓷蜂鸣器，如果驱动扬声器则由3脚BZ端引出；4脚L为闪灯输出端，可直接驱动LED发光。

（科教作文网http://zw.ΝsΕac.cOM编辑）

 
 图D 声光电路
4.5显示电路
 基于MAX7219的6位共阴极数码管显示
 目前市面上已有的LED显示驱动芯片种类繁多，从性价比以及功能实用性的角度考虑。本次设计取用MAX7219。其峰值电流可达40MA，最高串行扫描频率为10MHz，典型为1.3KHz。仅使用3条线串行接口传送数据。多片级联时可控制更多的LED。本设计的显示电路原理图如下图所示：
 

5，软件设计
 AT89C2051单片机及其开发应用系统具有语言简洁、可移植性好、表达能力强、可进行结构化设计、可以直接控制计算机硬件、生成代码质量高、使用方便等诸多优点。该系统的主程序处于键控循环工作方式，当手柄转入倒车档，主程序开始调用测量子程序、显示子程序和语音提示
5.1 系统程序的设计
 工作时，微处理器AT89C2051先把P1.0置0，启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器T0开始计时。由于我们采用的