基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计
1 引言
随着汽车的日益普及，停车场越来越拥挤，车辆常常需要在停车场穿行、掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其它车辆非常接近，而且驾驶员的视野也颇受限制，碰撞和拖挂的事故时有发生，在夜间时则更显突出。
为确保汽车安全，本文将介绍一种超声波测距报警装置，可有效地避免此类事故的发生。
2 功能要求
此设计最终要实现在汽车进行倒车时，如果与障碍物的距离小于安全距离时，发出声光报警并显示车辆与障碍物间的距离，提醒驾驶员及时采取减速或刹车的措施。
3超声波简介
频率高于20kHz的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播，而且碰到界面就有显著的反射。这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等[1]。
3.1超声波传感器特性
超声波传感器的特性有以下四点：
(1) 在自身特性谐振点40kHz附近可获得较高的灵敏度；
(2) 谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制的很窄，有利于抗声波干扰设计；
(3) 不受无限电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计；
(4) 超声波系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。
3.2超声波测距基本原理
超声波测距的基本原理是超声波发射器不断地发射出40kHz超声波，遇到障碍物后反射回反射波，超声波接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号。测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S。在已知速度C的情况下，不难得出[2]
12
S CT = (1) (1)式中，C 为超声波音速，由于超声波也是声波，故C 即为音速。音速为
C =(2)
(2)式中，γ为气体的绝热体积系数(空气为1.4)；
p 为气体的气压(海平面为1.013*106
Pa); 0ρ气体密度(空气为1.29kg/m 3)。
对于1mol 空气，质量为m ，体积为V ，则密度
0/m V ρ= (3)
故
C ==对于理想气体，有
pV RT = (5)
(5)式中，R 为摩尔气体常热；T 为绝对温度。
因此，有
C = 由于γ、R 、m 均为已知常数，故是声速C 仅与温度T 有关。在0C 空气中，C 0=331.5m/s 。
对于任意温度下，有
0/i C C =即
i C = (8)
通过对上式实际分析可得，温度每升高1C ，声速增加为0.607m/s ，故可以得出声速与现场环境温度θ的经验公式是：
331.50.607C θ=+ (9)
因此，只要测得超声波发射和接收回波的时间差T 及现场环境温度θ，就可以精确计算从出发点到障碍物之间的距离。
4方案设计、电路及功能实现
4.1 超声波汽车倒车防撞系统硬件设计
4.1.1系统结构
此系统是在单片机控制下，利用超声波测距原理，测量汽车在倒车过程中与障碍物之间的距离。整个系统的硬件由发送部分、接收处理部分、温度检测部分、语音部分和距离显示及声光报警部分组成[3]。结构如图1所示。
图1 系统结构框图
4.1.2超声波发射电路
在本系统中采用的超声波传感器是一种开放型的，固有频率为40kHz，超声波发射电路如图2所示[4]。
图2 超声波发射电路
该电路采用由双非门组成的3点RC 振荡电路，其振荡频率由如下公式计算：
12.2c f R C
=?? (10) 将此频率调整为超声波发射探头的固有频率40 kHz 左右，以产生最强的超声波信号，与非门A 是超声波发射控制门，振荡器的振荡信号经4049放大后可直接推动超声波发射探头。二极管D1、D2起限制电压作用，电容C1用于隔离直流。
4.1.3超声波接收电路
超声波接收电路的作用是对接收的信号进行放大，并将放大后的信号处理成电路可以接收的电平信号[5]。如图3所示。
图3 超声波接收电路
图3中运算放大器4558A 与4558B 对接收的信号进行交流放大，放大后的信号经过二极管D5、D6整流后成为直流电压，此电压与基准电压放大器4558C 比较后输出结果。
当超声波接收探头接收到超声波时，输出低电平，反之，输出高电平。4.1.4 温度采集及V/F转换电路
温度采样电路部分包括测温电桥、放大电路和V/F转换电路。测温电桥采用铂热电阻Pt100作为温度传感器。经过采样电桥采样后，将温度信号转换成电压信号，再经过放大后接入LM331组成V/F转换电路。该电路变换精度高，数字分辨力可达12位。
4.1.5声光报警电路
声光报警电路[6]由ＡP8821来完成。AP8821是API型21秒一次性编程语音芯片。它具有高质量的录音功能，采用ADPCM制，声音信息储存在512K的EPROM中，6K取样频率能存储21秒的声音数据。AP8821避免采用复杂的电路，但是能录制出不同的声音。它的声音可以根据需要分14段录制，分段组合可达到长时间录音，效果并不是简单的音符曲调，而是极其逼真的话语或模拟声响。AP8821有两个PWM引脚，VOUT1和VOUT2直接驱动喇叭或蜂鸣器，电流输出引脚VOUT，通过一个NPN晶体管来驱动喇叭或蜂鸣器，不需要复杂的滤波和放大电路。具有自动平滑功能，在放音结束时消除噪音。电流如图4所示。
图4 声光报警电路
4.2 超声波汽车倒车防撞系统软件设计
超声波传感器安装在汽车的尾部，起接受和发射传感器距离较近，之间容
易有较强的干扰信号。为防止误测想象，在软件上采用延迟接收技术，以此提高系统的抗干扰能力[7]。
系统初始化，首先完成对温度的采集，确定该温度下的超声波速度；若控制键按下，发出声光报警，告知周围人员该车正在进行倒车，同时发出发射超声波指令，同时T0开始计数，受到反射波后T0停止计数，以此计算出发射和接受超声波的时间间隔；最后通过数值处理程序计算出被测得距离，送显示器显示。
本系统软件采用模块化设计，由主程序、测距子程序、测温子程序、显示子程序等主要模块组成。主程序框图如图5所示。
图5主程序框图
5 小结
本系统充分考虑了测量环境温度对超声波传播速度的影响，为了使车后行人知道汽车在倒车，及时进行避让，设计了“倒车，请注意！”的语音警告功能，同时有放光提示，提醒行人注意。因此，具有较高的适应能力和准确度，具有较好的应用前景。
5 参考文献
[1] 苗汇静，唐诗，谭博学．超声波汽车倒车报警器设计[J]．山东理工大学
学报，2005，19（4）
[2] 戚兵等．用于汽车实施障碍检测的光学传感系统[J]．激光与红外，1999，
29（1）
[3] 王福瑞．单片机微机测控系统大全[M]．北京：北京航空航天大学出版社，
1998
[4] 董子和等．超声波测距系统的建立及其在汽车防撞系统中的应用[J]．汽
车电器，1997，（1）
[5] 赵文龙，苑鸿骥，熊丽云．汽车倒车测距仪中信号处理技术的研究[J]．厦
门大学学报，2001，40（4）
[6] 马大猷等．声学手册[M]．北京：科学技术出版社，1983
[7] 卢红等．汽车防撞的激光监控系统设计[J]．武汉汽车工业大学学报，1997，
19（3）
指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制
目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18)
一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。
摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距
题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，
导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V
单片机课程设计 一、需求分析： 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量围在１m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置，它能对障碍物进行适时、适量的测量，起到智能操作，实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。 超声波发生器可以分为两类：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。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示： 超声波测距器系统设计框图 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
汽车倒车防撞雷达系统设计 摘要：本文在查阅分析了现有的几种不同测距原理后，确定了使用超声波测距，并对基于超声波测距的倒车雷达报警系统的设计进行了深入分析和研究。该系统分为系统控制模块、超声波发射模块、超声波接受模块、温度采集模块和液晶显示及声光报警模块。在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达报警系统的测距实现原理，分析了以ATMEGA16单片机为主控单元的硬件系统和软件设计，并分别对每个模块进行了分析，使我们对该系统由较好的认识和理解。 关键词：倒车雷达超声波测距 1 概述 在现代社会中，随着汽车的增多和停车位日趋紧张，泊车成为很多车主头痛的问题，这时汽车倒车防撞报警系统就成了汽车的好助手。 汽车倒车防撞报警系统是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了倒车的安全性。 本系统以ATMEGA16作为核心处理器，采用超声波原理测量出障碍物距车尾的垂直距离。系统硬件原理图如图1.1： 图1.1 倒车雷达报警系统框图
该系统整体设计思路如下： 警报系统装于汽车尾部，与汽车倒车闸相连，当汽车倒车时，该报警系统开始工作。 ATMEGA16单片机为主控模块，将各个子模块联系起来共同工作，当超声波模块发出脉冲信号时，主控模块内部计数器开始工作。超声波接收模块接到障碍物反射回来的声波后将信号传递给主控模块，主控模块内部的计数器计数停止，从而得到声波往返所用时间。 温度采集模块不断测试环境温度，并将此信息传递给主控模块。主控模块根据温度得出此时超声波速度，进而计算出此时汽车尾部与障碍物的距离。 主控模块距离信息传递给液晶显示模块和声光报警模块，使液晶显示屏显示当前车尾与障碍物的距离，同时控制声光报警模块，当距离小于设定值时发出声光警报，从而提醒司机注意，防止倒撞。 2 系统硬件电路设计 系统电路主要由三大部分组成：（1）超声波发射接收模块；（2）ATMEGA16单片机主控模块；（3）距离显示模块和声光报警模块。细分为六个小模块，各模块分析如下。2.1 主控和接口模块 主控和接口模块如图2.1所示。 Atmega16是基于AVRRISC结构的高性能、低功耗、高集成化的8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，加上片内32 个通用工作寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，大大提高了代码效率，运行速度比AT89C51高出10倍。 Atmega16的端口PC与JTAG接口相连。JTAG接口用于边界扫描，可以对片上16 KB 闪存Flash在线编程和调试，非常方便软件的升级，内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，如定时/计数器、实时时钟、快速PWM通道、A/D转换器、I2C 的串行接口、可编程的串行USART接口、SPI串行接口和带片内晶振的可编程看门狗定时器以及片内的模拟比较器等，除传感器外几乎可以不需要其他任何元件即可构成系统，从而为本设计提供了灵活而低成本的解决方案。 Atmega16的管脚19和管脚16分别与超声波发射模块和超声波接收模块0
一款串口输出超声波测距模块使用范例 一、模块简介： 该串口输出超声波测距模块采用STC11F04E单片机作处理器,工作电源：DC5V，工作电流10mA。测量数据输出方式为TTL串口输出，数据格式为标准的ASCII码，数据由：空格位(起始位)+百+十位+个位。工作方式有两种：一是连续测量方式；二是查询测量方式。
测量范围：方式一：5cm～200cm(盲区5cm)；方式二：25cm～350cm(盲区25cm)。 测量过程中，当接收不到障碍物反射的回波时，输出“C C C”，当测量低于下限值（在盲区内）时显示“- - -”。测量结果由模块上的输出端口输出，输出方式为串口（TTL电平）输出。测量结果可通过电脑进行显示。模块使用串口通讯可靠性更高，
同时可以通过电脑串口采集数据，编写通讯程序非常的 便捷。 波特率：1200 校验位：无 数据位：8 停止位：无 ASCII码数据格式：空格位(起始位)+百+十位+个位。 二、模块的使用设置 下图为模块的背面图片。图中标有A、B、C短接焊 盘是作为设置测量方式用；标有0-7的短路焊盘是设置 查询方式下的模块地址用。
方式1：设置为小盲区期测量。设置方法，标号为B 的焊盘即单片机的P3.5 脚与地断开,这时的测量范围为:5-200；这种方式下，测量盲区值小，适合长时间近距离测量用。 方式2: 设置为远距离测量，这种方式，盲区值相对较大，测量相对较远一些，设置方法：将标号为B的焊盘即单片机的P3.5 脚与地短接,这时的测量范围
为:25-350厘米。 方式3：连续方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地断开，这时模块测量方式是连续的进行 测量，测量间隔为1-2次/秒，每测量一次，就将测量结果通过串口送出。 方式4：查询方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地短接，这时的测量方式为查询方式测量，即通过控制设备向模块发出一个命令后，模块才测量一次。查询方式下，每向测距模块发送一次查询命令，模 块才进行测量一次，完成测量后即将测量结果通过串口 发送出来。设置成查询方式，模块可多块模块连接在一 起组网测量。 查询命令格式：AT+CL=1-255（1-255为模的的地址 编码，每个模块的地址编码由模块上单片机P1口与地短接的情况决定，各块模块的编码可独立，由使用者自己 设定，设定范围1-255，只在查询方式下有效），数据格式为16进制数据。 三、模块使用 为减小本超声波测距模块外形尺寸，该超声波测距 元件采用双面安装，全部元件安装在一块长6cm宽2.5cm 的PCB上。模块可用作应用系统的测距模块。因为它是 串口TTL电平输出的。可应用在倒车雷达、机器人避障、
收稿日期:2006-12-13 作者简介:彭翠云(1979-),女,湖北省荆门市人,硕士生,研究方向为汽车倒车辅助系统。 文章编号: 1004-2474(2008)02-0251-04汽车倒车系统中超声波测距模块的设计 彭翠云1,赵广耀2,戎海龙3 (1.安徽工程科技学院机械学院,安徽芜湖,241000;2.东北大学机械工程与自动化学院, 辽宁沈阳110004;3.东南大学自动化学院,江苏南京,210096) 摘 要:介绍了以Cy gnal 8051F 330单片机为控制器,用于汽车倒车的超声波测距模块的硬件电路和软件设 计方案,在抗干扰设计等方面该模块采用了软硬件综合处理措施,实现了较高的测距精度和较宽的测距范围。在满足倒车系统要求的基础上,体现了简单、经济、实效、实用的特点,文章给出了该模块的实际调试效果和误差分析结果。 关键词:超声波测距;带通滤波;单片机中图分类号:T P212 文献标识码:A The Design of Ultrasonic Distance -Measuring S ystem Used on Car -backing System PENG Cui -yun 1 ,ZHAO Guang -yao 2 ,R ONG Hai -long 3 (1.Dept .of M echanical Engineering ,An hui University of Technology and S cien ce ,Wu hu Anhui 241000,China ; 2.C ollege of M echanical E ngineering an d Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ; 3.College of Automation ,S ou theastern University ,Nanjing 210096,China ) A bstract :A n per so nally desig ned ultr aso nic distance -measuring sy stem is intro duced and its hardw are circuits and softw are design me tho ds are giv en in this pape r ,which ba ses o n Cyg na l 8051F330sing le chip ,a nd is applied to ca rbacking sy stem .In the sy stem ,some impr ovement on bo th ha rdw are a nd softw are is adapted ,w hich makes the sy stem has better precisio n and wider measuring range .M o reove r ,besides its capability o f satisfy the requirement raised by car -backing sy stem ,the system ha s other characters such as briefness ,economy ,actual effect ,practicality e tc ..T he practical debugg ing results and err or a nalyzing results a re given at the end of this paper . Key words :ultrasonic distance -measuring ;bandpass -filtr ation ;sing le chip 超声波测距是利用超声波指向性强、能量消耗缓慢并因而在特定介质中传输距离远的特点,通过发射具有特征频率的超声波实现对被摄目标距离的探测[1]。本文主要探讨倒车系统的超声波测距模块的设计与实现。超声测距模块作为汽车外部环境传感器,其用途是向决策系统实时提供汽车与障碍物的间距,以利于汽车蔽障。为克服以往超声波测距模块因采用超声波专用集成电路而造成的电路固定,应用不灵活,抗干扰和抗噪声能力差等不足,本超声波测距模块以Cy gnal 8051F330单片机为核心,并侧重发送模块和回波接收预处理模块的开发与实验研究,获得了较高的测距精度和较宽的测距范围,能满足倒车系统要求。该模块选用器件较廉价且易获取,体现出简单、经济、实效、实用的特点。 1 硬件设计 为使超声测距模块和决策系统之间的接口线最少,本设计采用模拟口方式而不采用串口、SM Bus 等方式。该方式即决策系统从超声波测距模块获得的距离信息为一模拟电压,该模拟电压正比于被测 距离。 为实现控制系统的简单化,本超声测距模块的中央处理器采用Cyg nal 8051F330单片机[2],该单片机较其他单片机(如F060等)外设规模小,仅有17个I /O 口,虽然功能上显得不够强劲,但其指令执行速度并未降低,加上其20引脚的精简封装,已广泛应用于所需功能较为简单的小规模控制电路中。对于倒车超声波测距系统可谓是合适的选择。 图1为超声测距模块的原理。单片机每隔一定时间间隔向超声波换能器发送一串频率为40kHz (超声波换能器的谐振频率)的激励脉冲,使超声波换能器向需要探测的方向发射出超声波,同时开始定时,一旦接收到返回的超声波信号即停止定时,获得超声波往返时间,由超声波脉冲在空气中传输的速度,便可计算出超声波换能器与目标物体间距离。 第30卷第2期压 电 与 声 光 Vo l .30No .22008年4月 PI EZO EL ECT ECT RICS &ACO U ST OO P T ICS Apr .2008
微机原理与单片机系统课程设计 业：专轨道交通信号与控制 级：班1305 交控
姓名：贺云鹏 学号： 201310104 指导教师：建国 交通大学自动化与电气工程学院 30 日 12 2015 年月 超声波测距仪设计设计说明1 设计目的1.1 测量声波在发超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍射后遇到障碍物反射回来的时间，物的实际距离。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。 超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响，广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。 1.2 设计方法 本课题包括数据测距模块、显示模块。测距模块包括一个HC-SR04超声波测距模块和一片AT89C51单片机，该设计选用HC-SR04超声波测距模块，通过单片机对超声波进行计时并根据超AT89C51发射和接受超声波，使用HC-SR04．声波在空气中速度为340米每秒的特性计算出距离。显示模块包括一个4位共阳极LED数码管和AT89C51单片机，由AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。 1.3 设计要求 采用单片机为核心部件，选用超声波模组，实现对距离的测量，测量距离能够通过显示输出(LED，LCD)。 2 设计方案及原理 2.1超声波测距模块设计
课程论文 题 目：汽车倒车报警系统分析 学生姓名： 学 院：能源与动力工程学院 班 级：交通运输10-2班 指导教师： 2014年 1 月 3 日 学校代码： 学 号：
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：汽车电子控制技术学院：能源与动力工程学院班级： 学生姓名：学号： _ 指导教师：陈永艳 一、题目 汽车倒车报警系统分析 二、目的与意义 根据《汽车电子控制技术》课程学习的知识，系统分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理，掌握汽车电子控制系统的基本结构与原理。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 根据参考文献，系统学习并分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理；按照《内蒙古工业大学课程设计说明书（论文）书写规范》撰写课程论文。 四、工作内容、进度安排 18周周末：根据任务书要求，查阅、学习相关参考文献； 19周周一：提交论文提纲； 19周周二—周四：根据指导教师修改后的论文提纲撰写论文初稿； 19周周四—周五：根据指导教师对论文的修改意见修改论文； 19周周五：提交论文。 五、主要参考文献 [1] 刘修文.实用电子电路设计制作[M]. 北京：中国电力出版社，2011 [2] 胡萍. 超声波测距仪的研制[J]. 计算机与现代化，2010(10):54-56. [3] 陈有卿, 谢刚,新颖电子模块应用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010 [4] 电子报社．电子报2010年合订本下[J] ．成都：四川科学技术出版社．2010 [5] 刘福太，梁发麦，魏书田，林红文.黄版电子电路[M].北京：科学出版社，2011 审核意见 同意。 系（教研室）主任（签字）赵明智 指导教师下达时间2013 年12 月27 日 指导教师签字：_______________
文献综述 题目超声波测距技术综述学生姓名 专业班级 学号 院（系）电气信息工程学院指导教师 完成时间2014 年06月01日
超声波测距技术综述 摘要 我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。 关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量
1 引言 1.1 超声波简介 一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。 超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、
10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，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40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序：
开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波
目录 前言 1课题设计目及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计目----------------------------------------------------- 1 1.2设计意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计任务和规定------------------------------------------- 1 正文 1 课程方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案论证-------------------------------------------- 2 2系统硬件构造设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路构造------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机某些C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距某些C语言程序-------------------------------------- 11
设计任务书 1、设计题目 汽车倒车报警器的设计 2、设计参数 设计要求： 自动实时分段显示距离并进行声音提示。 3、设计要求及工作量 三周内在设计教室中按要求完成各阶段任务及相应工作量。 设计工作量： 1)查阅资料，选择合适的设计方案。 2)设计完整硬件电路图，给出设计说明及相关电路参数的计算公式。 3)针对设计方案及硬件电路图，进行适当的误差分析。 4)根据以上内容撰写完整的课程设计报告。 设计进度安排: 1)查阅资料，优选方案(2天) 2)进入实验室，完成总体设计(4天) 3)完成硬件电路图，进行误差分析(5天) 4)撰写说明书，准备答辩(2天) 5)答辩(2天) 4、主要参考文献 [1]王雪文，张志勇．传感器原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2004 [2] 王化祥，张淑英．传感器原理及应用(修订版).天津：天津大学出版社，1999 [3] 赵继文，何玉彬. 传感器与应用电路设计. 北京：科学出版社，2002 [4] 丁镇生. 传感器及传感技术应用.北京：电子工业出版社，2001 [5] 何希才. 传感器及应用电路.北京：电子工业出版社，2001
汽车倒车报警器的设计 摘要 本设计采用超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，能以声音和更为直观的LED 显示告知驾驶员汽车周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了泊车安全性。 本设计硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路、电源电路和报警电路组成。本设计由AT89C2051单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用超声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。该设计的电路设计合理简单、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量误差方面能够达到简单实用的要求。 关键词：传感器 AT89C2051 超声波汽车倒车报警 目录
最近做超声波测距，就是简单的测量引脚高电平的时间。 思路是这样的 1.使用8MHZ时钟，不分频 初始化Timerx_Init(235,1);//8Mhz的计数频率，计数到235为1cm距离 2. PA0高电平时，打开定时器，测量时间 while(PAin(0)) { TIM3->CR1|=0x01; //使能定时器3 } TIM3->CR1|=0x00; //关闭定时器3 S=temp/2 //测量距离为总路程一半 temp=0；//计数值清零 3.计数到235时，产生中断，进入中断函数。执行temp++操作 void TIM3_IRQHandler(void) { if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中断 { temp++; } TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位 } 4.得出距离值S 初学定时器，这样测距思路对吗 实际测试后，S值一直为0，为什么
超声波测距模块说明 1．模块引脚 从左到右（见图）模块引脚分别为：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND 2．主要技术参数： 1：使用电压：DC5V 2：静态电流：小于2mA 3：电平输出：高电平VCC-0.2V 低<0.2V 4：感应角度：不大于15 度 5：探测距离：0.02m-5m 6：探测精度：3mm(既然探测精度精确到毫米，就是说数据可以显示到毫米级，也就是四位数了！) 板上接线方式：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND。OUT 脚为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！ 3．使用方法： （1）采用IO 触发测距，给TRIG 至少10us 的高电平信号（实际上25us 最佳);此处通过IO口给一个高电平就行了。（2）模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； （3）有信号通过ECHO 返回，ECHO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．此处用定时
西南科技大学毕业设计（论文） 题目名称：超声波测距模块的设计 年级：■本科□专科 学生学号： 学生姓名：指导教师： 学生单位：技术职称： 学生专业：教师单位：信息工程学院 西南科技大学教务处制
超声波测距模块的设计 摘要：超声波测距应用十分广泛。论文在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。本文设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。设计利用51单片机系统的I/O口，使超声波传感器发出40KHz的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。 关键词：超声波；超声波传感器；AT89C51单片机；LCD显示单元；测距仪
Design of Ultrasonic Distance measurement Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. And it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance measure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. The system primarily composed by the four modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound receiving module and display modular. The I/O ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40kHz ultrasonic wave. The reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding distance. This design can realize 3 meters in range finders, with the 7 centimeters blind spot, The system have the LCD demonstration. Keywords: ultrasonic, ultrasonic sensor, AT89C51 single-chip computer, LCD display unit, range finder
《微机原理及应用》课程设计 超声波测距器的设计 学生姓名郝强 学号20110611113 学院名称机电工程学院 专业名称机械电子工程 指导教师王前 2013年12月27日
摘要 随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51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。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。 关键词：超声波；传感器；测量距离；控制
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.设计目的 (4) 2.总体方案 (4) 3.硬件设计 (5) 3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5) 3.2.1单片机芯片的选择 (6) 3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6) 3.3超声波发射电路设计 (6) 3.3.1选择超声波发生器类型 (6) 3.3.2 超声波发射电路设计 (7) 3.4超声波接收电路设计 (8) 3.5超声波显示电路设计 (9) 4.软件设计 (9) 4.1波测距器的算法设计 (10) 4.2系统的主控制程序设计 (11) 4.3发生子程序设计 (12) 4.4接收中断程序设计 (13) 4.5显示程序设计 (14) 4.6距离计算程序 (15) 5.结论 (17) 参考文献 (18)
目录 摘要 (1) 目录 (1) 绪论 (3) 第一章汽车防撞报警系统设计简介 (4) 1.1 设计概要 (4) 1.1.1设计任务与要求 (4) 1.1.2研究方法 (4) 1.1.3解决的关键问题 (4) 1.2 汽车防撞报警系统设计的意义 (5) 第二章设计思路分析 (7) 2.1 系统总体方案 (7) 2.2 工作原理 (8) 2.3 控制器AT89C2051的功能特点 (8) 第三章系统硬件电路设计 (9) 3.1 系统硬件方案设计 (9) 3.2 遥控器控制框图 (10) 3.3 工作原理剖析 (11) 3.3.1传感器的选择 (11) 3.3.2超声波的发射与接收电路 (11) 3.3.3测速原理 (12) 3.4 实物设计所能达到的功能及操作说明 (12) 第四章系统软件电路设计 (14) 4.1 主程序 (14) 4.2 串口通信模块——transplant．C (15) 4.3 程序编写 (16) 第五章调试与测试 (18) 总结 (19)
参考文献 (20) 附录1 (20) 附录2 (22) 致谢 (25)
绪论 随着时代的发展及社会的进步，越来越多的汽车进入了普通人的家庭。汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。 尽管公路条件在不断地改进，但仍然避免不了公路上汽车拥挤的现状，再加上设计车速不断提高，恶性交通事故无时无刻不在发生，给人们和社会带来了巨大的生命与财产损失。汽车防撞报警系统也因此应用而生。 汽车防撞报警系统是一种当汽车离障碍物较近时向司机预先发出报警信号的装置，通常系统的各个探测器安装于汽车的几个关键的车身部位，能探测到接近车身的行人、车辆和周围的障碍物，能向司机或乘客提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司机甚至撇开司机采取应急措施处理特殊险情，避免损失。同时当汽车发生故障时，可以通过按动警示信号键向过往的车辆发送无线警示信号，提醒过往车辆的司机注意，从而更有效地避免交通事故的发生。汽车的各种方便性正不断地被人们所接受，现如今如同是一般的家用电器一样地进入平常百姓的家中，开发本系统，可以广泛地安装于各种家用轿车、客车、货车等，如与车载微型电脑相配合，可以实现更多的人工智能化操作，是实现汽车无人驾驶必不可少的一个组成部分，也是未来汽车的发展方向，因此运用前景是相当可观。 本设计采用了以AT89C52为主控芯片，利用三极管的开关特性驱动T40—16（40kHz 超声波发射端子）发射40kHz方波，然后接收端子R40—16接收信号，经放大电路及后级处理后单片机接收到一个下降沿中断，对信号传输期间所计数据进行处理后实现LED显示障碍物与汽车发射端的距离。本文重点介绍了三极管的开关特性，发射端与接收端的压电效应，检波整流电路以及运放的简单应用。经过实际验证，在车体上合理布置该报警器，利用超声波测量汽车与障碍物距离，实现汽车前行和倒车时与障碍物之间距离的检测；通过LED点阵实时显示距离，使汽车避免和障碍物发生碰撞。实验表明该汽车防撞报警器具有测距速度快、准确度高、易于实现等优点，具有很好的应用前景。而且本设计的应用领域也将十分广泛，不仅可以在汽车工业中运用，当配上相应执行机构，还可以运用于工业机床的限位自动控制当中。